城市污泥的水分性質(zhì)及處理

城市污泥是由城市污水處理廠在高效沉淀池中分離產(chǎn)生的含97%以上的污泥。污水經(jīng)處理后,其中大多數(shù)有機物和無機物都轉(zhuǎn)化為污泥,如果污泥處理不當,會產(chǎn)生二次污染和新的公害。由于污泥中含有細胞質(zhì)和膠質(zhì),采用濃縮、機械脫水裝置處理后的脫水污泥,含水率仍高于75%。如此高的含水率,一方面不能維持自持燃燒,必須加入輔助燃料;另一方面使污泥體積龐大,增大了運輸與處置的難度。1集體水的概念為使污泥液相和固相分離,必須克服它們之間的結(jié)合力,采用不同措施可以取得不同的脫水效果。污泥中水的存在形式包括游離水、毛細水、吸附水和結(jié)合水。游離水又稱為空隙水,是指存在于污泥顆粒間隙中的水,占污泥水分的70%左右;毛細水存在于污泥顆粒的毛細管中,占污泥水分的20%左右;粘附于污泥顆粒表面的吸附水和內(nèi)部的結(jié)合水,僅占污泥中水分的10%。降低污泥含水率能減少污泥體積,便于進一步處置利用。污泥水去除方法依次為濃縮法、脫水法和污泥干化。1.1重力濃縮系統(tǒng)污泥濃縮脫水的主要對象是間隙水。濃縮后污泥含水率為95%左右,可為后續(xù)脫水處理創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。污泥濃縮可分為重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮,其中重力濃縮應(yīng)用較多。重力濃縮是利用污泥中的固、液相之間的密度差來實現(xiàn)泥水分離的。氣浮濃縮是依靠微小氣泡與污泥顆粒產(chǎn)生粘附作用,使密度小于水的污泥顆粒上浮,并得到濃縮。適用于濃縮密度接近于水的、疏水的污泥。離心濃縮是利用污泥中固體顆粒與水的密度不同,在高速旋轉(zhuǎn)的離心機作用下使兩者分離,達到高效濃縮的目的。1.2處置處置和利用污泥脫水是在污泥濃縮的基礎(chǔ)上,進一步減容以便于后續(xù)的處理、處置和利用。污泥脫水可去除污泥顆粒間的毛細水和部分表面吸附水,主要方法有自然干化、機械脫水,超聲波脫水等。1.2.1污泥塘法水處理自然干化是一種靠自然力量將污泥脫水的簡便經(jīng)濟的脫水方法。適用于氣候比較干燥的地區(qū),分為污泥干化床和污泥塘兩種類型。由于大城市用地緊張以及環(huán)境衛(wèi)生條件限制,污泥自然干化已很少采用。1.2.2真空吸濾法為改善污泥的脫水性能,提高脫水效果,污泥機械脫水前應(yīng)進行預(yù)處理。預(yù)處理方法有污泥厭氧消化、化學(xué)調(diào)理法、熱處理及冷凍法等。機械脫水方法有真空吸濾法、壓濾法和離心法等。真空吸濾法主要用于初沉池污泥和消化污泥的脫水,其特點是處理量大、能實現(xiàn)過程操作自動化;缺點是附屬設(shè)備多、工序復(fù)雜、運行費用高、再生與清洗不充分,易堵塞。壓濾法與真空吸濾法原理相同,只是壓濾法推動力為正壓,而后者為負壓。常用的壓濾機械有板框壓濾機和帶式壓濾機。離心法的推動力是離心力,推動的對象是固相。離心力比重力大得多,且大小可控制,與吸濾、壓濾法相比可實現(xiàn)自動控制和連續(xù)生產(chǎn),且衛(wèi)生條件好。1.3污泥和熱媒的傳熱污泥干化主要是利用熱能來破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu),使污泥中生物體的細胞壁破碎,釋放結(jié)合水。污泥在與熱媒之間的傳熱過程中,細胞壁破裂進一步失去水分形成顆粒狀。熱媒一般采用熱空氣、水蒸氣、導(dǎo)熱油等。按熱媒和污泥接觸方式分為直接加熱式即對流干化技術(shù);間接加熱式即傳導(dǎo)干化技術(shù)以及直接與間接聯(lián)合式干化技術(shù)等3種。2新技術(shù)：污泥脫水2.1降脫水污泥含水率高壓脫水的工作原理是將脫水污泥投入由高壓和低壓系統(tǒng)組成的機械擠壓系統(tǒng)中,經(jīng)過多級連續(xù)擠壓,可使脫水污泥含水率降至30%~50%。滾壓式脫水的工作原理是將濕污泥(含水率85%~99.5%)投入圓形污泥通道,通道前端為濃縮區(qū),后端為脫水區(qū)。濃縮污泥在脫水區(qū)經(jīng)深度擠壓后由出口閘門排出,排出的污泥含水率可降至60%~75.5%。2.2機械脫水水熱技術(shù)水熱預(yù)處理+機械脫水指利用過熱飽和高溫水蒸汽對污泥進行預(yù)處理,降低污泥粘滯性,之后再進行機械脫水。水熱技術(shù)是將污泥放入密閉的容器中加熱,在一定溫度和壓力下,污泥微生物細胞破碎,胞內(nèi)的水分被釋放;同時,大分子有機物發(fā)生了水解,膠體結(jié)構(gòu)被破壞,提高了污泥的生物降解性能。這項技術(shù)提高了污泥的脫水性能,是一種技術(shù)可行、簡便、經(jīng)濟的污泥處置技術(shù)。3干化效果分析3.1污泥處理的節(jié)能技術(shù)污泥焚燒時,干化和焚燒系統(tǒng)應(yīng)合建,以提高污泥的熱能利用效率,不宜單獨建設(shè)干化系統(tǒng)。污泥干化處理應(yīng)充分利用垃圾焚燒、熱電、水泥、制磚等行業(yè)的生產(chǎn)余熱或污泥焚燒本身產(chǎn)生的熱量,避免采用一次性優(yōu)質(zhì)能源作為主要干化熱源。為保證脫水污泥的熱值,預(yù)焚燒的污泥在濃縮脫水前,不得采用厭氧消化方式處理。因厭氧消化污泥中有機質(zhì)以甲烷的形式轉(zhuǎn)入氣相,降低了污泥的熱值。3.2對于熱源的焚燒污泥焚燒分為直接焚燒和干化后焚燒兩種。污泥的直接焚燒是將高濕(含水率80%以上)污泥在大量輔助燃料作為熱源的情況下,在焚燒爐內(nèi)直接焚燒。由于污泥含水量大、熱值低,入爐的輔助燃料要遠多于污泥才能維持穩(wěn)定燃燒,燃燒時還產(chǎn)生大量高溫、高濕煙氣,會對焚燒構(gòu)筑物產(chǎn)生腐蝕致使焚燒難以維系。而且焚燒后的尾氣量也比較大,后續(xù)處理需要龐大的設(shè)備,操作控制難度很大。目前直接焚燒方式在大型污水廠正逐漸被干化后焚燒所取代。3.3間接式干化污泥污泥熱干化是靠熱量從脫水污泥中將水分蒸發(fā)出來。直接熱干化是將燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接混合使污泥加熱,因為熱媒與污泥直接接觸,會使熱媒受到污染。又由于熱媒與蒸發(fā)水汽、副產(chǎn)氣一同排出,且排氣量大,所以增加了后續(xù)污染治理的費用和難度。而間接式干化是通過熱交換器將熱傳遞給濕污泥,使污泥水分蒸發(fā)得以干化,而熱介質(zhì)不會受到污染。污泥干化分為全干化和半干化。污泥全干化(含固率>90%)要去除的是污泥的細胞結(jié)合水,在污泥逐步形成顆粒時,因表面比內(nèi)部干燥,內(nèi)部水蒸發(fā)困難,所以耗能很高,且易產(chǎn)生揮發(fā)性氣體和粉塵,存在自燃、自爆等危險。為防止此類情況發(fā)生,要控制含氧量(小于3%)、溫度、粉塵濃度等一系列因素,因此全干化系統(tǒng)安全運行要求非常高。相對來講,污泥半干化只需降低污泥含水率,在焚燒時無需添加輔助燃料。由于半干化的污泥沒有爆炸的風險,運輸、儲存較安全。所以污泥半干化是經(jīng)濟、安全、低能耗的處理方法。4污泥干化與冷卻系統(tǒng)熱熱利用將含水率80%左右的脫水污泥,通過采用低壓(0.2~0.4MPa)蒸汽間接加熱預(yù)處理后,再經(jīng)空心漿葉污泥脫水機離心式處理,可將污泥干化至含水率40%左右。呈分散的顆粒狀污泥作為燃料送入爐內(nèi),可自