技術(shù)文章
Technical articles無論哪種廢水處理方法都會產(chǎn)生沉淀物、顆粒物和漂浮物,這些物質(zhì)與廢水分離之后就形成了污泥。污泥是一種介于液體和固體之間粘稠物,懸浮物濃度1~10%;不同的廢水處理工藝中污泥的體積占所處理廢水的比例是不同的,城市污水活性污泥法處理所產(chǎn)生的污泥體積約占處理水量的0.5~1.0%,但處理和處置設(shè)施的投資卻占整個污水處理廠的30~40%,有的甚至超過50%;
污泥的處理與處置就是通過適當?shù)募夹g(shù)措施,使污泥無害化,得到利用或返回自然環(huán)境。污泥處理與處置的方法包括:降低含水率,縮小體積,變流態(tài)為固態(tài),便于運送;穩(wěn)定有機物,使其不易腐化,不造成二次污染;作為有機肥料、制磚、養(yǎng)殖蚯蚓等綜合利用;用于廢棄坑道、采石后留下洼地的回填等。
一、污泥的來源、分類、性質(zhì)
1、污泥的來源
截留廢水中懸浮物;
廢水中有機物在生物處理工藝中轉(zhuǎn)化為生物體;
投加化學(xué)藥劑形成的沉淀物;
2、污泥的分類
按來源分類:生活污水污泥;工業(yè)廢水污泥;給水污泥;按處理工藝分類:沉淀污泥:物理沉淀污泥,混凝沉淀污泥,化學(xué)沉淀污泥;生物處理污泥:活性污泥法剩余污泥,生物膜法污泥;
目前的城市污水處理廠的污泥是沉淀污泥和生物處理污泥的混合物;按污泥成分分類:有機污泥:有機物含量高(60~80%),顆粒細(0.02~0.2㎜),密度?。?/span>1.002~1.006g/mL),呈膠體結(jié)構(gòu),親水性好,易管道輸送,脫水性差;無機污泥:有機物含量少,顆粒粗,密度大,含水率低,一般呈疏水性,易脫水,流動性差,不易管道輸送。
3、表征污泥性質(zhì)的參數(shù)
含水率Pw:單位質(zhì)量污泥所含水分的質(zhì)量百分數(shù);
含固率Ps:單位質(zhì)量污泥所含固體物質(zhì)的質(zhì)量百分數(shù);
揮發(fā)性固體(VSS):600℃條件下燃燒并以氣體逸出的固體物質(zhì)的量;一般作為污泥中有機物含量的表征;
有毒有害物質(zhì):病菌、病毒、寄生蟲卵;重金屬,有毒有害有機物。
初沉污泥量: V=100ρ0ηqv /103(100-P)ρ;
V=SN/1000;
剩余活性污泥量:以VSS計: Px=Yqv(ρso-ρse)-KdρxV;
以SS計: Pss=Px/f;
以體積計:Vss=100Pss/(100-P)ρ
污泥中的水分:游離水:存在于污泥顆粒間隙中的水,約占污泥水分70%;毛細水:存在于污泥顆粒間的毛細管中的水,約占污泥水分20%;內(nèi)部水:粘附于污泥顆粒表面的附著水和存在于污泥內(nèi)部的水(包括細胞內(nèi)水),約占污泥水分10%;濃縮處理可去除一部分游離水,其他游離水和毛細水可通過其他物理方法去除,但內(nèi)部水只能通過干化除去一部分。
二、污泥的處置及其前處理
1、污泥處理處置的一般原則:
(1)減量化:Pw大于 95% ,體積龐大,須濃縮以縮小體積;Pw大于85%,可以用泵輸送;Pw小于80%失去流態(tài),便于運輸。70~75%,呈柔軟狀;60~65%,呈固體狀;板框壓濾機可使Pw小于60%,適于填埋。34~40%,呈離散狀;10~15%,則呈粉末狀;右圖顯示污泥含水率與污泥狀態(tài)的關(guān)系。
(2)穩(wěn)定化:污泥中的有機物含量高達60~70%,易厭氧分解而產(chǎn)生惡臭;終止污泥中微生物的活動或使易分解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的物質(zhì)的措施稱穩(wěn)定化;采用好氧或厭氧工藝使污泥中可生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機物質(zhì);投加石灰,提高污泥pH,終止污泥中微生物的活動,同時殺滅病原體。但化學(xué)處理穩(wěn)定的污泥長時間放置后pH值下降仍會導(dǎo)致微生物恢復(fù)活性,產(chǎn)生污泥腐bai而失去穩(wěn)定性。
(3)無害化:污泥中有害物質(zhì):病菌、病毒、寄生蟲卵;重金屬,有毒有害有機物;污水中的病菌在10分鐘內(nèi)95%吸附于活性污泥,吸附過程符合吸附等溫式;重金屬和有毒有害有機物會滲出污泥產(chǎn)生二次污染;無害化處理:殺菌、沉淀重金屬、固定有毒有害有機物。
2、污泥的處置
按照有關(guān)法規(guī),采取適當?shù)募夹g(shù)措施,在環(huán)境和經(jīng)濟允許的條件下妥善解決污泥的出路,使污泥得到綜合利用或安全地回到環(huán)境中去。
(1) 農(nóng)業(yè)利用:污泥中的N、P、K是農(nóng)作物的肥料,腐殖質(zhì)良好的土壤改良劑,采用堆肥、厭氧消化等技術(shù)措施消除病原體和寄生蟲卵,達到衛(wèi)生要求后使用。重金屬是限制農(nóng)業(yè)應(yīng)用的主要因素:
(2)填埋:穩(wěn)定處理之后單獨填埋或與垃圾混合填埋;根據(jù)水文地質(zhì)和土壤條件選擇填埋場位置,避免地下水污染;填埋場滲濾液應(yīng)妥善處理;定期檢測填埋場附近的地表水、地下水和土壤的污染狀況。
(3)焚燒:可以大幅度減少體積,并可滅菌。灰分可填埋或利用;尾氣應(yīng)處理;設(shè)備投資和運行費用高。
(4)投放海洋:投入遠洋,后果尚無定論。
3、污泥處理處置的基本工藝流程
(1) 濃縮→前處理→脫水→好氧消化→土地還原;
(2) 濃縮→前處理→脫水→干燥→土地還原;
(3) 濃縮→前處理→脫水→焚燒(或熱分解)→灰分填埋;
(4) 濃縮→前處理→脫水→干燥→熔融燒結(jié)→建材;
(5) 濃縮→前處理→脫水→干燥→燃料;
(6) 濃縮→厭氧消化→前處理→脫水→土地還原;
(7) 濃縮→蒸發(fā)干燥→燃料;
(8) 濃縮→濕法氧化→脫水→填埋。
污泥濃縮:減少污泥的游離水,降低含水率,減少污泥體積,為后續(xù)處理創(chuàng)造有利條件,節(jié)省設(shè)備投資,降低運行費用,是常用的前處理工藝;常用的方法有:重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮、和水力旋流濃縮等。
沉降法:間歇式污泥濃縮池,主要設(shè)計參數(shù)為停留時間(9~12h);時間過長產(chǎn)生厭氧發(fā)酵。連續(xù)時污泥濃縮池;固體通量:單位時間內(nèi),通過濃縮池某一斷面的干固體量;主要設(shè)計參數(shù)有固體同量、水力負荷,停留時間等。氣浮濃縮法,適應(yīng)條件:密度接近于水,疏水性;設(shè)計參數(shù):污泥負荷、氣固比、水力負荷、回流比。
離心濃縮法:基本原理:利用污泥中固、液兩相的密度差,在高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下使兩相分離,達到濃縮目的;固體回收率:離心機出口和進口污泥中的固體總量的比值;改制反映離心分離效果和分離液中的SS濃度;為提高分離效果,分離前進行混凝處理;工作效率高,占地小,衛(wèi)生條件好,但能耗大。
常用離心濃縮機:
籠形立式離心濃縮機:圓錐形籠框內(nèi)側(cè)面鋪上濾布。污泥從籠筐底部流入,沿籠筐徐徐向上,分離水通過濾布進入濾液時,濃縮液通過上邊沿排出,完成濃縮過程;過濾和離心雙重作用,效果好;
轉(zhuǎn)速較低(900r/min),操作方便。
臥式螺旋離心濃縮機:以污泥供給管為中心,外筒轉(zhuǎn)速快,起離心分離作用;內(nèi)部螺桿轉(zhuǎn)速慢,起輸送濃縮污泥作用;濃縮液從左邊出口排出,分離水從右邊出口排出。
水力旋流濃縮:基本原理:利用污泥本身產(chǎn)生旋流的離心力和污泥中固、液密度差達到固液分離目的;工作過程:污泥從進泥管以切線方向高速進入圓筒,形成旋流,并沿錐體下降成為濃縮液;分離液沿旋流器中央形成漩渦竟中心管上升,由出水管溢出;處理量小,易堵塞,操作困難。
污泥的穩(wěn)定:采取措施使污泥中易生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定物質(zhì)或暫時不產(chǎn)生分解的過程;污泥的穩(wěn)定方法:(1)生物穩(wěn)定法:污泥中的有機物在微生物作用下降解為穩(wěn)定的無機物或變成不易生物降解的有機物的過程;(2)厭氧生物處理法;(3)好氧生物處理法;(4)化學(xué)穩(wěn)定法:采用化學(xué)藥劑殺滅導(dǎo)致污泥腐bai的微生物,使污泥中的有機物短期內(nèi)不致腐bai的過程;如氯穩(wěn)定法:殺滅微生物;石灰穩(wěn)定法:提高pH,殺滅微生物,沉淀重金屬;
污泥的好氧消化:在不投加底物的條件下,對污泥進行較長時間的曝氣,使污泥中的微生物處于內(nèi)源呼階段進行自身氧化。該方法可以去除微生物體中的可生物降解部分(約占80%),所以消化程度高,剩余消化污泥量少;
由于有酸性物質(zhì)產(chǎn)生,污泥必須有足夠的堿度以保持消化池內(nèi)溶液中性,以維持反應(yīng)正常進行,控制消化液中DO≥2mg/L;控制95%左右,以便于攪拌;優(yōu)點:污泥中有機物降解程度高;上清液BOD濃度低;消化污泥量少、穩(wěn)定、易脫水、肥分高、運行管理簡單、基建費用低;缺點:能耗和運行費用高;不能回收沼氣;上清液SS濃度高;運行過程受氣溫影響大。
污泥的厭氧消化:在無氧條件下,污泥在厭氧微生物的作用下分解成穩(wěn)定物質(zhì),殺滅病菌和寄生蟲卵,達到污泥穩(wěn)定、減量和無害化。厭氧微生物可分為兩類,分別在酸性消化階段和堿性消化階段其作用:酸性消化階段:產(chǎn)酸菌(兼性厭氧菌)起作用,代謝產(chǎn)物都具酸性,且有大量的氫氣產(chǎn)生,故亦稱酸性發(fā)酵或氫發(fā)酵;堿性消化階段:甲烷菌(專性厭氧菌)起作用,將酸性發(fā)酵階段的代謝產(chǎn)物分解為CO2、CH4和NH3, CO2、CH4大量溢出(故稱甲烷發(fā)酵),而NH3則中和酸性消化階段產(chǎn)生的酸性物質(zhì),創(chuàng)造甲烷菌生存的弱堿性環(huán)境;
影響污泥消化的因素:pH制和堿度;酸性發(fā)酵佳pH值5.8,堿性發(fā)酵佳pH值7.8,其中甲烷菌對pH值敏感,pH值的微小變化都會抑制甲烷菌生長。因此,兩個階段同時進行時,控制pH值7.0~7.6;為使消化液的pH值穩(wěn)定,要求消化液有較大的堿度;堿性發(fā)酵階段的產(chǎn)生的CO2和NH3,可以提高消化液的堿度,增大消化液的酸堿緩沖容量;溫度:由于消化池的微生物(尤其是甲烷菌)對溫度敏感,所以溫度是影響消化的重要因素。溫度變化大于1℃/d時,就會對消化過程產(chǎn)生影響。一般設(shè)計溫度的變化范圍不大于0.5 ℃/d;消化池中各種微生物種群均有佳生長溫度范圍。因此,根據(jù)利用微生物種群的不同,可分為中溫消化和高溫消化,對應(yīng)的溫度范圍如圖20-10所示;高溫消化反應(yīng)速率快,產(chǎn)氣率高,殺滅病原菌的效果好,浮渣少,消化污泥脫水性能好,但能耗高,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜;中溫消化控制溫度35℃左右。,該溫度下產(chǎn)氣量比較大,生成浮渣也較少,消化液與污泥易分離,能耗相對較低,是目前常用的污泥消化系統(tǒng)。
影響污泥消化的因素:
投配率:每日處理新鮮污泥體積與消化池體積之比,以百分數(shù)計;有機負荷率:每日處理新鮮污泥中的干污泥量與消化池體積之比;投配率的倒數(shù)是水力停留時間,有機負荷率才真正反映有機物的降解速率。以有機負荷率作為設(shè)計依據(jù)時,要復(fù)核污泥中固體的平均停留時間,以保證污泥的降解時間;工程設(shè)計時,有機負荷率小,有機物降解程度高,產(chǎn)氣率增加,但是所需消化池容積大;有機負荷率大,有機物降解程度低,產(chǎn)氣率減少,但是所需消化池容積小;運行過程中,有機負荷濾過大,消化池中有機酸類機,pH值和池溫降低,甲烷菌生長受抑制,可能破壞消化池的正常運行。中溫消化式的生活污泥投配率控制6~8%。
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