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江蘇銘盛環境

工業廢水處理時污泥脫水技術工藝

文章出處:未知發表時間:2021-12-02 14:04:45


 

圖片1 

  剩余污泥是污水處置過程中不可防止的副產物,其含有大量含有重金屬和難降解有機物。近幾十年因由于工業化開展、人口快速增長以及更嚴厲的污水排放規范,剩余污泥的數量快速增長。據統計2016年我國的污泥產量已達4000萬噸左右(以含水率80%),估計2020年剩余污泥產量將到達6000萬噸左右。目前城市污水廠的剩余污泥的含水率在99%以上,經過濃縮或機械脫水工藝處置后,其含水率仍在80%以上,高含水率造成污泥體積龐大,統計數據標明我國處置剩余污泥所需的基建與運轉費用占城市污水處置廠總基建與總運轉費用30%~40%20%~50%,因而造成城市污水處置廠運轉中易產生經濟和環境問題。如何改善剩余污泥脫水性能、提升污泥脫水效率已成為剩余污泥處置范疇的重要課題。因而本綜述歸結總結近年來傳統、常用、新型的污泥脫水技術工藝的研討現狀及停頓,為剩余污泥高效脫水提供參考。

 

  1、剩余污泥的水分類型

 

  依據剩余污泥中水分子與污泥固體顆粒的互相作用可將剩余污泥中的水分分為兩品種型,分別為自在水分與約束水分,而約束水分又可細分為間隙水分、外表吸附水分與化學分離水分,如表1。目前限制剩余污泥脫水性能的主要緣由是由于污泥中的外表吸附水分與化學分離水分不能經過機械脫水工藝去除。

 

圖片19 

圖片20 

  2、污泥脫水技術研討停頓

 

  污泥脫水流程主要分為四個局部(2)。

 

圖片21 

  2.1 傳統污泥脫水工藝

 

  2.1.1 自然干化工藝

 

  有污泥池法、沙層枯燥床、楔水枯燥床與冷凍脫水等。且該工藝只適用于氣候枯燥地域。中小型污水處置廠主要采用的傳統污泥脫水工藝為砂床脫水工藝,其優點為費用低,操作簡單,但具有脫水不徹底、周期長與二次污染等缺陷。近年來丹麥科學家研討采用傳統砂床脫水工藝與垂直流人工濕地相分離的污泥枯燥蘆葦床系統(SludgeDryingReedBedSystems,SDRB)比單獨采用砂床脫水工藝用于污泥脫水的效果好很多,并且SDRB系統比機械脫水工藝費用更低,能耗也更少,由于污泥脫水的能量來源來自本身重力、太陽輻射以及生物過程。SDRB系統經過在沙床中種植蘆葦等植物,改善傳統沙層枯燥床的性能,延長枯燥床的工作壽命(5~10)。蘆葦等植物在其根部區域構成一個豐厚的微生物系統,給污泥的有機物質提供營養,同時植物具有較強的蒸發蒸騰才能,對不同含水率的污泥具有較強的耐受性。污泥脫水過程中,污泥的干物質含量增加,污泥體積減小,有機物被合成,最后剩余污泥可用作有機肥料。

 

  2.1.2 機械脫水

 

  機械脫水工藝是最常用的剩余污泥脫水工藝,其按脫水工作原理可分真空過濾脫水工藝、離心脫水工藝與壓濾脫水工藝。早期污水處廠常采用真空過濾脫水工藝,污泥脫水后泥餅含水率普通高于85%。目前污水處置廠常采用壓濾脫水工藝,壓濾脫水又分為帶式和板框壓濾脫水,帶式壓濾脫水工藝的進料污泥應為不易流淌且含固率高于50%的污泥,若污泥含固率低于50%,則必需采用改換濾布、添加木屑的料頭號措施,出泥含水率普通為82%左右,鎮安污水處置廠采用帶式壓濾脫水工藝,出泥的含水率約為82%。板框壓濾脫水工藝通常能將污泥含水率降低至65%~75%,但存在壓濾壓力低于1.0MPa,濾布上的水膜會障礙污泥中水分的脫除而降低脫水效率、濾布改換較費事、運維費用高等缺陷。竹園第二污水處置廠采用板框壓濾脫水工藝,用氧化鈣和聚合氯化鋁等調理劑后泥餅含水率約為75%。上海市白龍港污水處置廠目前采用化學調理法協同隔閡壓濾脫水工藝,脫水后污泥體積縮減35%以上,泥餅含水率低于60%。離心脫水普遍應用于很多行業,出泥含水率普通為75%~80%。環境維護部于20101126日發布《關于增強城鎮污水處置廠污泥污染防治工作的通知》中規則污水處置廠以貯存為目的將污泥運出廠界的,必需將污泥脫水至含水率50%以下,因而單純靠污水處置廠現有常規機械脫水技術顯然不能滿足含水率的請求。

 

  2.2 常用污泥脫水工藝

 

  2.2.1 酸處置工藝

 

  酸處置工藝的機理是研討發現剩余污泥的含水率隨pH值的變化而變化,在酸性條件下剩余污泥的胞外聚合物(ExtracellularPolymericSubstances,EPS)水解分開污泥外表,改動剩余污泥的水分散布,從而改善剩余污泥的脫水性能,到達降低剩余污泥含水率的效果。研討發現剩余污泥脫水性能最優化的pH值在2.5左右。何文遠等人比照研討發現硫酸(H2SO4)預處置的污泥的脫水性能比陽離子型聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)預處置的要好很多。謝武明等人研討發現用硫酸預處置污泥,其脫水性能最高能提升30.8%。刑奕等人研討標明剩余污泥的脫水性能好壞的先后次第是在酸性條件下>在中性條件下>在堿性條件下,當pH值調理至3.0左右,外表活性劑投加量為94.0mg/g時,剩余污泥的含水率降低至60.8%。

 

  2.2.2 高級氧化工藝

 

  高級氧化工藝的機理是采用強氧化劑毀壞剩余污泥中的絮體構造,釋放約束水分,改動污泥中的水分散布,從而改善污泥的脫水性能。Fenton法因其高效、對環境友好等特性,被以為是較有前景的氧化技術。傳統Fenton法包括一系列的自在基鏈式反響,如式1至式8。Fenton法預處置污泥的機理有兩種,一是絮凝作用,Fenton法中產生Fe(Ⅲ)OH-構成Fe(OH)3,Fe(OH)3具有絮凝作用。二是氧化作用,Fenton法中鏈式反響生成大量羥基(·OH),其高氧化復原電位能快速氧化胞外聚合物,從而改動污泥內部構造,從而提升污泥的脫水性能。

 

圖片22 

  李娟等人采用Fenton法預處置污泥,在pH值為2.5,反響時間90min,n(H2O2)∶n(Fe(Ⅱ))=8∶1,反響溫度為65~70℃,污泥的含水率顯著降低。梁秀娟等人采用Fenton法預處置印染污泥,最佳反響條件為pH值為2.0,反響時間為90min,n(H2O2)∶n(Fe(Ⅱ))=10∶1,反響溫度為80℃,總懸浮固體(TSS)去除率為74.2%,毛細水抽吸時間(CST)98.6s減少至18.9s,比阻(SRF)6.0×1011s2/g減少至8.4×1010s2/g,剩余污泥的均勻粒徑從53.8μm減少至20.0μm,減少了62.8%。Liu等采用Fenton實行污泥調理,在最優條件下脫水后泥餅的含水率為49.5%。

 

  2.2.3 冷凍凍融工藝

 

  冷凍凍融工藝的機理是剩余污泥中的自在水在冷凍時會構成不規則的冰針,冰針毀壞污泥絮體網狀構造,釋放污泥中的內部間隙水,從而提升污泥的脫水性能。Chen等人研討標明釋放剩余污泥的胞內有機物的最佳凍融溫度為-5℃左右,并改善了剩余污泥的生化性。Li等人采用冷凍凍融結合化學調理工藝改善剩余污泥的脫水性能,研討標明在-15℃的反響溫度協同外表活性劑CTAC,剩余污泥含水率較常溫降低了6.0%左右,約62.8%。Gao等人發現當冷凍時間足以使細胞內水分結晶時,細胞構造與胞外聚合物被毀壞,污泥顆粒匯集,粒徑增大,有利于污泥脫水性能的改善。

 

  2.2.4 化學調理工藝

 

  化學調理工藝的機理是在剩余污泥中參加調理劑改善剩余污泥的物化性質,改善污泥顆粒的沉降性能,其憑仗高處置效率、經濟性、運用范圍廣等優點成為目前最常用的工藝。目前常用的調理劑分為無機調理劑、有機高分子調理劑、外表活性劑等,目前在污水處置廠應用普遍的是無機調理劑(2)與有機高分子調理劑。無機調理劑是一種電解質化合物,主要有鐵系和鋁系兩類。無機調理劑的水解產物帶正電荷,中和剩余污泥外表的負電荷,使污泥膠體失去穩定性,從而提升剩余污泥的脫水性能,其優點為費用低,來源廣,缺陷是用量大,處置效率較差。近年來有機高分子調理劑逐步成為研討熱點,有機高分子調理劑經過吸附架橋作用將剩余污泥中的外表吸附水分轉化成自在水分,增大污泥顆粒粒徑,從而改善污泥的沉降與脫水性能。有機調理劑可分為自然和人工兩種,自然有機調理劑具有經濟、環保雙重效益,但還在研討階段。人工有機調理劑絮凝才能強、用量少,但費用較高。

 

  近年來發現復配調理劑可到達單獨調理劑所達不到的處置效果。Li等人研討比擬運用有機高分子調理劑與運用復配氯化鐵(FeCl3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、氯化鋁(AlCl3)等無機調理劑調理污泥的處置效果,結果標明投加復合調理劑的剩余污泥的比阻降低了70.0%,比單獨投加有機高分子調理劑的降低率高33.0%。Deng等人研討聚丙烯酰胺與硫酸鐵(PAM-Fe2(SO4)3)的復配調理劑調理剩余污泥的處置效果,發現聚丙烯酰胺與硫酸鐵復合調理劑的處置效果明顯好于單獨運用聚丙烯酰胺和硫酸鐵。Xiong等人研討比擬紅石膏與陰離子有機聚合物LT25的復合調理劑調理剩余污泥的處置效果,發現剩余污泥絮體的分形維數由1.38增加至1.71,同時泥餅含水率比不加紅石膏調理的泥餅含水率降低7.1%。

 

圖片23 

  2.3 新型污泥脫水工藝

 

  2.3.1 超聲波處置工藝

 

  超聲波處置工藝的機理主要是應用超聲波的特殊性能,一是超聲波具有聲化學性能,超聲波可在水中產生空穴作用,部分產生高溫高壓與強勁的水剪切力,毀壞剩余污泥的細胞構造與菌膠團,釋放出內部分離水,改善剩余污泥的脫水性能。二是超聲波具有海綿效應,超聲波可使水分子更容易借助于超聲波的波面的通道而經過,從而增大剩余污泥粒徑。三是超聲波具有混凝作用,超聲波可促使污泥顆粒之間碰撞而粘結,從而增大剩余污泥粒徑。影響超聲波處置效果的主要技術指標有超聲波頻率、聲能密度與超聲時間,中低的超聲波頻率與較低的超聲時間有利于改善剩余污泥的脫水性能。超聲波處置工藝的缺陷是能耗較大,因而限制其在污泥脫水處置處置中的推行應用。Qiu等人研討超聲波頻率、聲能密度與超聲時間等要素對污泥脫水性能的影響,發現當超聲波頻率為25.0kHz,聲能密度為0.08W/mL,超聲時間為1min,剩余污泥的比阻降低了67.0%,同時研討發現聲能密渡過高會造成反作用,惡化剩余污泥的脫水性能。Han等人研討標明單獨超聲波處置剩余污泥可降低污泥的含水率,而絮凝劑協同超聲波處置剩余污泥可進一步提升剩余污泥的脫水性能,污泥脫水性能最佳的超聲條件為超聲時間為10min,聲能密度為0.8W/mL。馬守貴等人研討標明低頻率的超聲波有利于改善剩余污泥的脫水性能。

 

  2.3.2 生物淋濾工藝

 

  生物淋濾工藝的機理是經過生物淋濾處置后的剩余污泥,其pH值降落,剩余污泥的胞外聚合物水解分開污泥外表,改動剩余污泥的水分散布,從而改善剩余污泥的脫水性能。生物淋濾工藝的優點是費用低廉、無二次污染、有效去除污泥中的重金屬離子與殺滅細菌去除惡臭。2004年周立祥最早將生物淋濾技術引入污泥脫水范疇,他應用生物淋濾處置制革污泥,發現生物淋濾具有顯著的污泥脫水效果。Xiao等人研討標明當生物淋濾的pH值在2.0~2.5時,較大改善污泥的脫水性能,污泥從難脫水狀態轉化為易脫水狀態。宋永偉等人應用生物淋濾處置剩余污泥,經過生物瀝浸2d后剩余污泥的比阻降落至2.4×1012m/kg。孟維舉等人應用生物淋濾處置剩余濃縮污泥,泥餅的含水率降落至65.0%以下。之后研討發現將生物淋濾協同其他預處置工藝能獲得更好的效果,陳泓等人研討應用生物淋濾協同Fenton法處置印染污泥,剩余污泥的比阻減少至1.3×1011s2/g,改善了剩余污泥的脫水性能。

 

  3、結語

 

  目前剩余污泥的減量化和資源化是急需處理的關鍵問題。如今普遍運用的無機與有機高分子調理劑,大局部會產生二次污染,不利于后續剩余污泥的資源化應用,因而研討方向應轉向尋覓無二次污染、不形成泥餅增容、有利于污泥資源化應用的調理劑。最后單一污泥脫水工藝的效果很有限,今后需研討多種污水脫水工藝的協同式工藝,既能讓各污泥脫水工藝揚長避短,又能到達剩余污泥高效脫水的效果

 


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