城市污泥传统、常用及新型的污泥脱水技术-期货期权及其衍生品

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本文在论说污泥脱水机能影响因素的基础上,先容了近十年来有关都邑污泥传统、常用及新型的污泥脱水手艺,并基于当下最新手艺研究功效,对将来研究目的举行了瞻望。

跟着社会的成长以及人们生活程度的提高,我国的污水处理手艺迅猛成长。终止2016年9月,天下共有污水处理厂3976座,污泥年产量跨越3×107t,是环球最大的污泥发生国。污泥的大量发生对污泥的运输及处理造成了庞大的经济和情况包袱。污泥的组分复杂,性子不不乱,假如直接排到天然情况中,将会对周边泥土、水体、气氛造成重要污染,而且披发恶臭气体,影响人类生活。是以如何科学、妥帖处理污泥,使其减量化、资源化、无害化、不乱化已经成为环保界的核心问题。

1、污泥的特征和分类

污泥含水率极高,可以到达99%,乃至更高。此中还包含重金属、有机质、氮和磷等植物性营养元素以及有毒有害有机物等。污泥絮体呈胶状况,易腐蚀变质乃至引起风行病,极易造成二次污染。一般来说污泥按污水本原特征的分歧可将污泥分为生活污泥及工业污泥。污泥中水分的存在情势有四种:间隙水、毛细管连系水、皮相吸附水以及内部连系水。

表1 污泥中的水分分布

2、影响污泥脱水的因素

2.1

胞外聚合物(EPS)胞外聚合物(EPS)是一种高分子有机聚合体,首要召集在污泥胶体微生物细胞外,一般认为EPS占活性污泥总有机质的50%~90%。因为存在亲水性官能团(如羟基)和具有复杂网状布局的菌胶团,EPS可改变污泥颗粒的轮廓特征,增进其亲水性和黏度。

比方刘轶等的实验研究评释,胞外聚合物对污泥脱水的机能影响显着,胞外卵白质含量、胞外多糖含量以及EPS的总含量对污泥脱水机能的影响机能并不明显。然而浩繁学者的研究并没有杀青一致,如Feng等认为低含量S-EPS(消融性胞外聚合物)能促进寸微小颗粒污泥的絮凝沉降,有助于提高污泥的混凝效应,从而提高脱水机能,并提出最优的S-EPS含量约为400~500mg/L。而Yuan等也揭晓了相同的结论,但其得出最优的S-EPS含量仅为15~18mg/L。对EPS的感化机理的研究仍需不竭的深入。

2.2

粒径分布在污泥中,寸微小污泥颗粒所占比例越大,污泥的脱水机能就越差。由于越是微暇的污泥其水合水平越高,从而影响污泥的脱水机能。

浩繁的研究评释污泥脱水的枢纽在于开释内部连系水,仅仅去除毛细连系水和概况吸附水远远不克到达污泥脱水的方向。Feng等指出,污泥的最佳粒径在80~90μm之间,污泥的比阻与毛细水时间同时到达最小值,此时增大或缩小污泥粒径都将使污泥脱水机能恶化。而yang得出的最佳粒径为129.87μm,造成这种分歧的结论大概是因为污泥种类与性子的分歧。

2.3

Zeta电位污泥颗粒具有双电层布局,由带负电的微生物菌胶团粒子构成。Zeta电位的凹凸对污泥胶体颗粒的凝聚和沉降机能有着决定性的影响,进而影响污泥的脱水机能。

一般来说Zeta电位在-5~0mV时可以得到较好的混凝效验。李敏在研究中发明pH值与介质性子也会影响Zeta电位。Wilén等试验研究进一步指出,污泥颗粒轮廓带电的紧张影响因素是EPS,且EPS中PN和HS对Zeta电位的奉献最大。

2.4

黏度污泥为非牛顿流体,具有粘度和弹性两种特征,是以黏度是评价污泥流变特征、化学调治效率和脱水机能的严重参数。

Li的研究发明污泥的粘度受LB-EPS(疏松型胞外聚合物)的影响明显,而且污泥的粘度越大脱水机能越差。Chen的研究评释,污泥黏度和滤饼含水率呈正相关性(R=0.84),但滤饼含水率随黏度增添显现出先降落后上升的趋向,污泥的脱水最佳黏度为20~25mPa˙s。

频年来,邢奕等研究评释pH的颠簸也会影响污泥的脱水机能。在Ph值为3.03的前提下,CST和污泥滤饼含水率均降至最低,污泥脱水机能到达最优。

3、污泥脱水手艺

污泥脱水流程首要分为四个部门:1)污泥浓缩,对污泥举办劈头脱水;2)污泥调质,改变污泥的絮体布局;3)污泥脱水,削减污泥体积;4)污泥终极处置。

3.1 传统污泥脱水工艺

3.1.1

干化传统的污泥脱水方法是天然干化,首要方式有污泥池法、沙地干化床和冷冻脱水等。固然天然干化本钱低,操作简略,但其也具有时耗长、有毒有害物质残留、脱水不彻底等缺点。天然干化凡是必要4~5周的时间,第一周可以将污泥的含水率降低至60%左右,4~5周后污泥的含水率平日低于10%,但为了包管脱水效验,该工艺只能在天色干燥的地域行使。

为避免造成二次污染和降低本钱,许多手艺都是创建在微生物的基础上。污泥生物干化法是快速披发污泥中的水分降低其含水率,并使物料连结较高的热值,便于点火或作为肥料等后续再哄骗,该手艺虽未能推广运用,但具有极高的开拓代价和广宽的运用远景。

3.1.2

机械脱水机械脱水是污泥最常见的脱水方法,常见的脱水机有离心星散机、压滤、机真空过滤机等。首要是依赖过滤介质两面的压力差作为推动力,使污泥泥水逼迫星散。

然则,直接通过机械脱水,污泥的含水率并不克有用的降低。李华等试验研究评释,某石油化工企业污水处理厂的污泥,经由浓缩感化和机械脱水后,污泥的含水率仍高达85%左右。并且也没有办理污泥干化时本钱高的问题。

而今,国度发起把污泥的含水率降低到60%以下。南京某污水处理厂所采用的高压双膜片压滤机体系。与现普遍操纵的带式脱水机和离心脱水机相比,高压双膜片污泥压滤机的脱水结果获得极大的提高,脱水后污泥含水率最低可到达45%。

3.2 常见的脱水工艺

3.2.1

酸处理工艺酸处理污泥的感化机理是在酸性前提下,活性污泥的胞外聚合物受到破碎水解,改变污泥的水分分布,使部门间隙水从污泥絮体或细胞中开释出来,从而到达提高污泥脱水机能的成效。

将酸处理与絮凝剂相连系能有用的降低药剂的投加量,如何文远等利用H2SO4对污泥举办预处理,并与仅利用阳离子型PAM处理的污泥举办计较,H2SO4预处理之后,板框压滤30min后,泥饼含水率降低了5.9%(从76.14%降低到70.24%),提高了脱水机能。同样的洪晨等的研究也评释,酸性前提下外面活性剂的感化效验较好,污泥滤饼含水率明明降低。当pH值为3、外观活性剂投加量为93.75mg/g时含水率和比阻可分别降至60.12%、0.59×1013m/kg。

3.2.2

氧化法工艺氧化法是哄骗强氧化性的药剂,摧毁污泥颗粒中的细胞构造及胶体布局,开释内部连系水,从而提高污泥的脱水机能。

常用的工艺为Fenton,在现实操作中也有精良的成效。如梁秀娟等采用Fenton氧化法对印染污泥举办处理,当pH值为2.0,H2O2和Fe2+投加量分别为428mg˙g-1(干泥)和42.8mg˙g-1(干泥),反合时间1.5h、反应温度80℃时,TSS由18.66g/L降落至4.82g/L。毛细水时间和比阻分别由98.6s和6.03×1011s2/g降落至18.9s和8.42×1010s2/g。

3.2.3

冷冻冻融手艺冷冻冻融手艺,通过有用地压缩污泥絮体布局来提高污泥的脱水机能。污泥中的水分子在冷冻时会形成不规则的冰针,这些冰针接续固结污泥絮体中的自由水,絮体网状布局被摧毁,开释大部门的间隙水。

比方陈悦佳等的研究评释,在相对较高的温度(-5℃)下冻融,可以加倍完全的破解污泥,最大限度的开释胞内有机物。污泥在-5℃下完全冷冻后(约5h),挪动到相对较低的温度下连续固化,可以得到更好的冻融结果。而李恺等研究了冷融手艺与化学调节联合对污泥脱水的影响,得出在-15℃,皮相活性剂CTAC投加量为7.38g/L时,将污泥含水率降至62%左右。对付冷冻温度的差异,或许是因为集体调节方法的分歧导致的。

3.2.4

污泥调节手艺如今运用最为普及的污泥脱水方法是调节剂与机械脱水相连系的工艺。调节剂分为化学调节剂和生物调治剂两大类,化学调节剂又分为助凝剂和絮凝剂。而今在污水处理厂应用遍及的是无机絮凝剂及有机高分子絮凝剂。无机絮凝剂是一种电解质化合物,首要有铁系和铝系两类。固然无机絮凝剂便宜易得,然则用量大,处理结果不睬想。以是近些年垂垂的起头被有机高分子絮凝剂替换。自然生物高分子絮凝剂具有经济、情况双重效益,然则还处于研究阶段。

比年来,研究者发明调节剂的复配利用往往可以到达单一调节剂所不到达的效验。如郦光梅等对照了有机高分子絮凝剂调节污泥与氯化铁、硫酸铝、氯化铝复配操纵的成效:效果评释投加混凝剂调治后污泥比阻降低了70%,比零丁投加有机高分子絮凝剂的污泥比阻降低率高33%。邓伟研究了聚丙烯酰胺—硫酸铁复合调节剂对活性污泥的脱水机能的影响,到达相通脱水效验,PAM和Fe2(SO4)3复配时的用量比零丁哄骗时削减一半以上。熊唯试验评释:红石膏与阴离子有机聚合物LT25(有机高分子絮凝剂),使污泥絮体分型维数由1.38增长到1.71,复配后泥饼含水率比不加石膏调节的泥饼含水率降低了7.1%。

表2 常见的无机絮凝剂

3.3、连年来成长的新型污泥脱水手艺

3.3.1

超声处理工艺超声波处理污泥首要是行使声波的能量。超声波可以在液体中发生“空穴感化”,形成极度的前提,局部发生高温高压,并发生强劲的水剪切力,摧毁污泥中的菌胶团,开释出胞内连系水,从而提高污泥的脱水机能。

超声处理首要的手艺指标是超声波的频率和超声的时间,如邱高顺的研究效果评释,超声波频率为25kHz,声能密度为0.08W/mL,超声时间为60s的环境下,污泥的比阻相较于原泥降低了67.0%。并认为过高的声能密度晦气于提高污泥的脱水机能。而韩青青等得出研究效果评释,最佳的超声时间10min,超声声能密度0.8W/mL。这种差异有或许是污泥的根基与泥质分歧导致的。

3.3.2

生物淋滤工艺生物淋滤工艺因为其本钱低廉、不会造成二次污染并能有用的去除污泥中的重金属离子,连年来成为研究的热点。生物淋滤是通过氧化硫杆菌直接氧化硫单质或间接氧化亚铁离子发生酸化感化,能有用去除污泥中的重金属离子、杀灭细菌去除恶臭。有文献评释,生物淋滤还可以改进污泥的脱水机能。

如肖凌鹏等的研究评释,当生物淋滤的pH值在2.0~2.5时污泥脱水机能获得较大改进,当pH值低于2.0时污泥的脱水机能恶化。淋滤污泥比阻由1.26×1014m/kg降低到8.14×1012m/kg,降低了93.54%。淋滤污泥pH值回调至6.0后,污泥比阻陆续降低到8.27×1011m/kg,共降低99.34%,污泥从难脱水状况转化为易脱水状况。也有学者将生物淋滤与其他预处理手艺联合行使,如陈泓等将生物淋滤与Fenton工艺相连系,将污泥的比阻和滤饼含水率分别由5.89×1011s2/g和88.75%降低至1.26×1011s2/g和82.85%。

3.3.3

电渗透工艺固体颗粒和液体在电场的感化下作定向流动,并通过多孔固体滤膜举办过滤,从而实现的固液离散。如李亚林等的试验效果评释,电渗透手艺可以改进污泥的脱水机能,机械压力为18.83kPa,污泥厚度为1.13cm,电压梯度为60V/cm,初始含水率为87.45%,污泥含水率可降至49.14%。李亚林还将铁盐及过硫酸盐与电渗透相连系,将污泥的含水率降低到60%以下。相对付零丁行使电渗透手艺,泥饼加倍平均,有利于之后的处置。

表3 污泥脱水手艺比拟

4、污泥脱水手艺的应用

4.1

污泥干化手艺的应用此刻污泥干化点火是污泥的紧张处置方法,该方式具有污染物分化彻底、尾气不易造成二次污染。但需增进臭气处理及与污泥点火相关办法。

深圳盐田垃圾点火厂的炉排垃圾点火是海内首创,掺烧污泥约40t/d,烟尘排放等各项指标均到达了欧共体尺度。华电滕州新源热电公司于2008年岁尾告成运行150MW的都邑污泥干化点火体系。本体系操纵电厂汽锅烟气,对都会污泥(含水率75%~80%)举办干化,干化后的污泥掺入(占比约为5%)电厂输煤体系,送入汽锅举办燃烧。

4.2

污泥深度脱水手艺的应用污泥机械脱水的难点在于脱水后的污泥的含水率仍然在70%~80%,而且能耗较大。田禹等通过真空过滤法丈量比阻发明,当污泥的含水率小于97%后,污泥的比阻明显增大。由此可见,当污泥的含水率较低时,污泥中的固体物质也许会吸附在一路,使此中的内部连系水的量变多,从而影响污泥脱水的成效。而桑德团体开拓的电渗透污泥高干脱水手艺与现有手艺相比,同时具有投资少并节能的双重结果。

该公司将“电渗透”与“板框压滤”相连系,可将污泥含水率由80%~85%降低至60%~40%,而且在不添加任何药剂的环境下,总耗电约为80~120k˙Wh/t。2014年建成25t/d的示范工程,在一年的运行时间里,脱水后的泥饼的含水率低于40%,低位热值到达4186~5443kJ,可收受部门热能。

同样的位于上海市白龙港污水处理厂旁,采用“添加FeCl3及CaO化学调节+隔阂压滤”工艺,调治剂投加量分别为干泥量8%的FeCl3和20%的CaO;工程主体设备板框隔阂压滤机共26台,过滤压力一般在1.0MPa以上。在为期4个月的试运行中泥饼含水率不乱在60%以下,并不乱运行至今。可是投加20%的CaO,将会使污泥增容20%以上,给后续的处理处置带来贫穷,该问题亟待办理。

当污泥脱水处理厂污泥中重金属含量相符《城镇污水厂污泥处置制砖用泥质》的要求,可思量将污泥经“化学改性+机械脱水”后,按20%的比例列入到烧结砖质料的页岩、粘土或煤渣中举办制砖.不会影响砖的成型和含水率、此种方法实现对污泥的减量化、无害化处理,并举办资源化行使,既经济又到达了终极处置的标的。

4.3

超声波手艺在污泥脱水中的应用超声波脱水手艺是连年来鼓起的一种首要的污泥脱水手艺,现在我国根本上还处于实验室研究阶段,而在外洋己将该项手艺现实应用于污泥的减量处理中,应用最告成的是德国的巴姆堡市污水厂。

该污水处理厂的原设计手段为30000m³/d,行使超声波对污泥举办预处理。一期两台运行3个月后,沼气产量增长30%,污泥停顿时间从25d降到18d,知足了后续污泥脱水处理处置的要求。而且不是悉数的污泥都必要举办超声处理,处理量一般取剩余污泥的30%左右。从投资角度来看,哄骗超声处理每方污泥脱水的用电量为3度左右,其设备投资只需建罐用度的一部门。

同其他手艺相比,行使超声波手艺对污泥举办脱水处理具有很多上风,如二次污染、分化速率快、设备节略等,超声波的频率并非越高越好,马守贵等的研究评释,低频超声(28.7KHz)对污泥的脱水结果优于高频超声(40KHz);但超声波手艺在行使过程中能耗较大,限定了其在污泥脱水处理处置中的推广应用,若对超声波加以改善,降低能耗,则可以将该手艺大范畴的应用污泥的处理处置中,变废为宝,使污泥资源化。

表4 常见污泥处置方法比力

5、污泥脱水存在的问题与瞻望

当今我国污泥的不乱化、无害化水平较低,并存在重要的“重水轻泥”的征象,以是必要加大在污泥脱水科研方面的投入,创建健全相关的法令律例,增长政策支撑和监禁系统。当今污水处理厂遍及操纵的无机絮凝剂和有机絮凝剂,此中大部门会对情况会发生二次污染,也晦气于污泥的资源化行使。以是无二次污染且机能优秀的生物絮凝剂成为人们将来研究的偏向。而且,往往单一种类的脱水方法的脱水结果是有限的,难以到达人们的预期。

污泥脱水手艺从此还必要鼎力成长多种处理手艺联合的组合式手艺,如Fenton试剂与CPAM联合调治污泥、无机混凝剂与壳聚糖联合调节污泥、优化超声波联合絮凝剂强化污泥脱水等,如许可以阐扬单一手艺的甜头,互相之间取长补短,从而到达高效脱水的结果。总的来说,提高污泥的调治结果,降低本钱,削减其对情况的风险是污泥调节手艺往后成长的首要标的。连年泛起的污泥调治手艺当今还处于实验阶段,往后应加速其研究步调,尽快应用于现实同时应致力于对其机理的研究,为其应用供给靠得住的依据。