自来水厂污泥处理技术综述Word文档下载推荐.docx
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1自来水厂污泥种类与性质
沉淀池排泥关键有石灰软化污泥和化学絮凝沉淀污泥两种。
软化污泥关键产生于地下水软化,其关键成份是CaCO3,Mg（OH）2,淤泥、过剩石灰和有机物。
其中Ca,Mg与胶状污物比率决定了污泥脱水性质,比率越高,越易脱水。
化学沉淀污泥大约占原水量0.5%~3%,是水厂污泥处理关键对象。
它是由原水中悬浮物、溶解状胶质、有机物、微生物及加入净水药剂组成。
污泥脱水性能好坏与污泥固体中用作絮凝剂Al含量相关,含量越高,脱水性能越差。
与软化污泥相比,絮凝沉淀污泥不易脱水。
至于滤池反冲洗排水据估量约占原水量1%-2.5%,其含固率比沉淀池排泥水低得多。
关键由悬浮胶体、粘土、有机物及化学药剂残余物组成。
反冲洗废水澄清通常需加入有机絮凝剂,处理方法有:
直接排放、作为原水回用、单独处理。
作原水回用不仅可回收利用废水,对低浊水而言,更可提升絮凝效果。
假如采取该方法造成滤池出水浊度升高,影响滤池出水质量,则应考虑对其单独加药处理,上清液回用,底泥与沉淀污泥一起再行处理。
由上述可知,给水厂污泥关键由从原水中去除有机物、无机物、重金属元素等杂质及水处理过程中投加混凝剂组成。
污泥BOD与COD比值很小,无机物占污泥组分绝大部分。
混凝剂品种和投加量对给水厂中污泥数量和性质有很大影响。
现在,中国给水厂大部分仍使用传统硫酸铝等无机盐类混凝剂。
在欧美等国,已经有相当数量给水厂采取有机高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）,部份或全部替换铝盐等无机混凝剂。
高效混凝剂和助凝剂在给水工艺中应用日益增加,也就降低了混凝剂投放量,这么,所产生污泥体积和数量会大大降低,而且污泥更易脱水和焚烧。
所以,采取适宜混凝剂对给水厂排泥水处理和处理非常关键。
[1-2]
2中国外自来水厂污泥处剪发展历史和现实状况
国外对自来水厂污泥处理研究开展较早,部分经济发达国家经过几十年发展,现在已经有较系统、完整排泥水处理技术工艺和相关法律法规,自来水厂有污泥处理设施也较为普遍。
早在1937-1938年,美国芝加哥试验性自来水厂就开展了自来水厂污泥处理研究[3]。
1946年,美国给水协会（AWWA）任命了一个8人工作委员会（CommitteeE5.8）[4],分别对“石灰-石灰苏打软化污泥处理”、“沸石法离子软化处理再生盐水”和“水厂滤池反冲废水、沉淀池排泥水处理”展开了调查和研究。
五六十年代,在美国和其它国家（如英国、日本）开始有些人对自来水厂废弃物处理进行了少许研究。
日本于1975年6月颁布了《水质污浊预防法》,要求设有沉淀池和滤池自来水厂,其排水必需经处理至符合水质排放标准才能排出,从而在法律上要求了自来水厂必需进行排泥水处理,污泥处理一样日益得到重视。
七十年代国外自来水厂污泥处理技术发展很快,尤其是新型污泥脱水机械出现,使带式压滤机、离心脱水机和板框压滤机开始在实际工程中得到应用,真空过滤机已不再是脱水机械唯一选择。
自来水厂采取机械脱水处理工艺实例也逐步增多。
这一时期对自来水厂污泥处理研究内容非常广泛,公开发表综述文件和专门研究文件也非常丰富,内容包含有机高分子絮凝剂、污泥调质、污泥性质、污泥干化床、污泥浓缩、冰冻-解冻污泥调质、污泥处理工程实例和铝铁回收等。
进入八、九十年代,国外自来水厂污泥处理工艺已形成一个较完善系统。
在污泥处理技术得到完善同时,这些国家自来水厂污泥处理率也快速提升。
欧洲很多国家自来水厂污泥处理量已占总量70%,日本则为80%以上。
到现在为止,欧美、日本等发达国家水厂通常均设有完备污水污泥处理处理设施。
欧美及日本等国家和地域新建水厂,尤其是大型给水厂,已将净水设施与其污水污泥处理设施一起进行设计施工,部署了很完善污泥处理设施。
老水厂则依据其净水工艺步骤、用地情况和相关法令法规,因地制宜地制订出适宜污泥处理步骤。
现在各国对自来水厂排泥水处理研究,也由工艺步骤、设备应用及污泥调质药剂选择等方面逐步延伸到微观理论和脱水泥饼处理和综合利用上来。
如欧洲国家推行“3R”标准（Reduction,Recycling,Reuse）。
中国开展自来水厂排泥水处理研究始于八十年代末。
1987年,上海市公用事业局向上海市自来水企业下达了题为“水厂排泥水处理研究”关键科研项目。
上海市自来水企业成立了专门科研小组进行专题研究,并于1991年提交了四份研究汇报。
1998年至1999年,程曦[5]对福州市西区自来水厂采取干化床污泥处理工艺进行了小试研究。
现在,自来水厂污泥处理技术研究和设施建设已成为中国市政建设关键内容,北京、上海、石家庄、深圳等城市自来水厂都设置了较为完善污泥处理系统。
3自来水厂污泥处理技术
自来水厂污泥处理关键包含污泥搜集、浓缩、调质、脱水和泥饼处理等多个步骤。
[2,6]不过,不是全部自来水厂污泥处理和处理都要包含这多个步骤,依据具体情况,有自来水厂可省略其中一些步骤。
但要实施排泥水处理工程,首先必需确定自来水厂产生污泥量。
3.1污泥量确定
自来水厂产生污泥量受多个原因影响,这些原因包含原水水质、水处理药剂投加量、采取净水工艺和排泥方法等。
确定经济合理污泥量设计值是广大排泥水处理工作者面临一个难题。
污泥量确定包含两方面内容:
一是排泥水总量确定,它将决定排泥水截留池和浓缩池设计规模;
二是总干泥量确定,它用来确定污泥脱水设备设计规模。
可见,污泥量确定直接影响整个排泥水处理工程设计规模,从而影响整个工程设备配置
和投资规模。
3.2污泥调质
自来水厂排泥水处理通常在污泥脱水前需进行预处理,即污泥调质。
尤其是采取铝盐（或铁盐）处理低浊度原水产生污泥,因为污泥成份中金属氢氧化物百分比很高,污泥脱水性能很差,更需要进行污泥调质。
污泥调质有两方面目:
其一是改善污泥性质和污泥脱水性能,使污泥能够愈加快、更轻易地脱水,大部份污泥调质是为实现这一目;
其二是预防脱水过程中过滤介质堵塞,使污泥脱水能够保持稳定运行。
污泥调质方法很多,通常分为物理调质和化学调质两大类。
物理调质是用物理方法达成污泥调质目,包含加热调质冰冻-解冻调质和硅藻土预涂调质。
化学调质是向污泥中添加化学药剂,使污泥脱水性能得到改善。
包含加酸、加碱、加石灰、加无机或有机高分了絮凝剂调质等。
现在,有机高分子絮凝剂用于污泥调质处理非常普遍。
有机高分子絮凝剂有多个,它们在结构组成、分子量和电荷种类及密度上存在差异,其中应用最广是聚丙烯酰胺（polyacrylamide,PAM）,根据絮凝剂所带电荷,可将其分为阳离子、阴离子和非离子三大类。
大部分阳离子絮凝剂电荷密度靠近100%,但分子量比阴离子和非离子型均小。
Novak
等[7]研究认为,用于污泥调质有机高分子絮凝剂,其分子量大小比所带电荷类型及其密度更关键,所以通常认为,含有长分子链、高分子量有机高分子絮凝剂用于污泥调质愈加好。
不一样水厂污泥可能需要不一样种类絮凝剂进行调质,而且目前市场上有机高分了絮凝剂种类多,价格和性能不一,所以每一个自来水厂都应进行有机高分了絮凝剂选型和最好投药量试验研究。
3.3污泥减容
污泥减容是污泥处理系统优化中关键步骤。
改善制水工艺能够大大降低污泥生成量,从而降低污泥处理系统投资与运行费用。
污泥成份关键是原水中有机、无机污物和净水药剂。
药剂在净化水同时,也产生了大量化学污泥。
尤其在原水浊度较低、无机混凝剂用量大时,污泥脱水性能恶化,处理难度增加。
采取有机助凝剂以降低无机混凝剂用量,能够提升净水效率。
佛山市供水总企业从1991年开始,对饮用水生产中使用聚丙烯酰胺作为助凝剂进行了研究,不仅处理了生产中原水水质改变幅度大带来问题,而且在确保供水水质和不增加净水成本前提下,使生产能力显著提升。
[8]采取有机助凝剂更关键是可降低污泥产生量。
助凝剂使用降低了无机絮凝剂用量,使污泥中亲水氢氧化物含量降低。
同时,沉淀池去除效率提升可减轻滤池负荷,降低滤池反冲洗排水。
水处理药剂费用增加能够从污泥处理费用降低中得到赔偿。
国外高聚物助凝剂已得到普遍采取,其中阳离子型聚丙烯酰胺应用最多。
不一样情况下,还可用阴离子型或非离子型聚丙烯酰胺作为助凝剂。
助凝剂品种及剂量能够经过试验室搅拌试验以及中试加以选择。
另外,当原水硬度高时,软化原水将产生石灰软化污泥。
AWWA杂志在一篇汇报中提出,能够经过对原水选择性软化——只去除水中Ca硬度,而不去除Mg硬度来降低污泥量,提升软化污泥脱水性能,不过应该考虑这种选择性软化对不一样原水适应性。
从污泥处理角度考虑,沿海地域能够选择离子交换来软化原水并用海水来再生交换树脂。
3.4污泥浓缩
沉淀池排泥水含固率（絮凝污泥）通常仅有0.5%-1%。
浓缩目是提升污泥含固率,降低污泥体积和后续处理设备负荷。
尤其是对于机械脱水,浓缩通常是污泥脱水工艺必不可少步骤。
最常见浓缩方法是重力式浓缩池。
依据处理水量大小,可设计为间歇式和连续式两种运行方法。
对小型水厂,可使用带浮动式撇水装置间歇式浓缩池。
通常是采取带搅拌装置连续流重力浓缩池。
对污泥进行慢速搅拌造成扰动有利于污泥颗粒之间空隙水和气泡上升逸出,加速污泥浓缩。
慢速搅拌所采取线速度通常控制在0.4-0.5m/min,速度太快轻易打坏已凝结污泥颗粒,反而造成污泥浓缩性能恶化。
工程上常见搅拌方法是在刮泥机水平桁架上设置垂直搅拌栅。
为保持不一样半径圆周上搅拌强度均匀,栅条间距沿径向逐步增大。
浓缩池设计负荷和出泥浓度,由污泥性质和后续脱水方法决定。
连续流重力浓缩池设计,现在比较多地采取固体通量（面积负荷）,可由沉降试验确定。
沉降试验是依据小型沉降柱间歇试验,推断在大型连续流条件下,浓缩池达成一定浓缩效果所需时间。
对最常见铝盐絮凝污泥,重力式浓缩池可达成出泥浓度通常在3%-5%,而浓缩池设计负荷与出泥浓度选择,应依据后续脱水工艺和使整个系统投资和运行费用最小化决定。
比如干化场对进泥浓度要求就比较宽。
机械脱水中,离心法也可接收比较低进泥浓度,而带式压滤则对进泥浓度要求最高,进泥浓度太低（<
2%）,就会形不成泥饼。
3.5污泥脱水
污泥脱水是污泥处理最关键步骤,它将流动性质泥水转变为不具流动性、可进行处理泥饼。
它也是自来水厂排泥水处理现场最终一道工序,也是排泥水处理工程中投资和维护费用较高部分,所以正确选择污泥脱水工艺十分关键。
污泥脱水通常分为非机械式污泥脱水和机械式污泥脱水两大类。
非机械式污泥脱水又能够分为污泥塘和污泥干化床等,其中污泥干化床应用和研究较多。
机械式污泥脱水包含真空过滤机、离心机、带式压滤机、滚压式脱水机和板框压滤机等多个关键形式。
其中真空过滤机是早期使用较多脱水机械,因为真空过滤机效率低,真空系统对管路密封性要求很高,滤布轻易堵塞而需采取预涂工艺,使整个系统比较复杂,所以,现在新建污泥处理工程已基础上不采取真空过滤脱水。
表1对多个脱水方法优缺点进行了比较。
干化床适适用于气候干燥,土地廉价地域。
多个脱水机械中,板框压滤机适适用于污泥较难脱水情况,离心机则适适用于相对较易脱水情况。
污泥脱水难易能够依据污泥比阻值进行判定,比阻高污泥较难脱水。
表1
多个污泥脱水方法优缺点比较
Table1sludgedewateringseveralmethodsofcomparativeadvantagesanddisadvantages
脱水方法
关键优点
关键缺点
非机械式
干化床
1.运行费用低
2.在土地价格廉价地方,投资较少
1.受气候原因影响很大
2.占地面积大
3.脱水泥饼起运比较麻烦
机械式
离心机
1.离心设备占地面积小
2.能够全自动连续运转
3.新型离心机适适用于多种污泥脱水
4.污泥在封闭系统中处理,脱水卫生条件好
1.设备高速运转,轻易磨损,维护费用较高
2.噪音较高,电耗也较大
带式压滤机
1.可连续运行
2.电耗较小
3.脱水效果很好
1.跑泥严重
2.卫生条件较差
3.对污泥调质要求较高
板框压滤机
1.能适应多种污泥脱水
2.脱水效果好,泥饼含固率高
1.只能间隙运行
3.实现自动化运行较困难
4.设备复杂,电耗高
3.6泥饼处理
脱水以后泥饼处理是污泥处理关键问题,污泥最终处理费用高,环境影响大,处理方法多。
脱水污泥也是一个资源,最少能够作为填土或垃圾填埋场覆盖土,有些还能够制砖、烧水泥,不投加PAM富含有机物脱水污泥还能够作为肥料。
现在关键有泥饼农用、泥饼焚烧处理、泥饼卫生填埋、泥饼海洋投弃、泥饼资源化等。
[9-11]
3.6.1泥饼海洋投弃
该方法较为简单,不用花费大量投资,不过污染海洋,可能会引发全球性环境问题。
进行海洋投弃时,要注意相关法规。
伴随泥饼陆上埋弃用地越来越困难,海洋投弃被更多地作为污泥处理选择。
投海污泥最好是经过消化处理后污泥。
投海方法可用管道输送或船运。
不过,因为近海污染逐年加剧,甚至影响到海洋生态平衡,所以污泥海洋投弃也会越来越多地受到限制。
在选择海洋投弃时,应估量到相关法令修改和进展。
[12]
3.6.2泥饼焚烧处理
对于有机物含量较大自来水厂污泥,能够采取焚烧处理。
3.6.3泥饼卫生填埋
污泥干化后,含水率约为70％-80％,用于填埋污泥含水率以65％左右为宜,能够确保填埋体稳定与有效压实。
在填埋前可添加适量硬化剂,首先调整含水率,其次能够加速固化。
选择填埋场地需要考虑原因有:
当地水文地质条件,污泥量和运距,周围环境以及填埋地开发利用等。
3.6.4泥饼农用
即使给水污泥中含有粘土、腐殖质以及其她悬浮物质,其肥效很低。
不过,不投加PAM,富含有机物脱水污泥也能够作为农业肥料。
污泥中含有有机物质又能够作为土壤改良剂。
当污泥适度用于土壤中后,发生类似于水处理过程中絮凝反应可提升土壤凝聚程度,改善土壤结构,改良土壤物理化学性质,增加土壤养分,提升可耕作性。
所以可将给水厂污泥用于农业或园林中。
[13]不过污泥中也含有有毒物质,其中重金属含量是决定污泥是否能够农用关键原因。
所以,污泥农用时必需符合:
（1）满足卫生要求,即不得含有病菌、寄生虫卵与病毒,故在污泥农用前应该进行消毒处理或者是季节性使用。
（2）因重金属离子,如Cd、Hg、Pb、Zn和Mn等轻易被作物吸收并在植物根、茎、叶与果实内积累,所以污泥重金属离子含量必需符合相关部门指定农用标准。
3.6.5泥饼资源化
伴随污泥处理用地日益担心,很多国家自来水厂及相关环境保护部门,都在致力于用泥饼制造有用物品研究。
这些物品包含建筑用骨料、研磨料、陶瓷工业原料等。
研究证实,自来水厂泥饼资源化利用在技术上是可行,不过,现在污泥资源化利用还存在污泥品质成本、数量不足等方面问题。
污泥资源化还需注意两点,[12]一是产品市场性;
二是加工过程中是否会产生二次污染。
因为工艺复杂、成本昂贵,泥饼综合利用现在还较难实施。
不过从环境保护长远见解来看,会有宽广前途。
所以,怎样将泥饼综合利用过程简单化、实用化、商品化,是一个急待处理课题。
4总结和展望
自来水厂污泥中含有大量悬浮物和其它污染物,直接排放会对环境造成一定污染。
为保护环境,实现水资源可连续发展,应该对自来水厂污泥进行处理。
经过几十年发展,不一样城市和地域已形成比较完善自来水厂污泥处理工艺系统,自来水厂污泥处理也已达成相当百分比。
实施水厂污泥处理首先需要确定水厂产生污泥量,包含排泥水量和干污泥产量,其中确定干污泥产量较为困难,需要进行较长时间对水厂原水浊度SS相关关系分析。
污泥处理包含搜集、浓缩、调质、脱水和处理多个关键步骤。
污泥浓缩池设计参数可经过污泥沉降试验取得。
现在最常见污泥调质方法是投加有机高分子絮凝剂PAM,每个排泥水处理项目应进行PAM选型和最好投药量试验。
常见污泥脱水方法有污泥干化床、板框压滤、带式压滤和离心机等法,应依据水厂环境条件、污泥脱水性能等原因决定选择何种脱水工艺。
泥饼处理现在应用最广是填埋,泥饼土地利用和综合实施则有一定困难,需要深入进行研究开发。
因为污泥处理费用昂贵,会大大增加水厂投资和制水成本。
所以,在污泥处理过程中综合利用污泥处理中多种副产物,回收部分污泥,以及使污泥无害化、资源化备受关注。
（1）从给水污泥中再生铝盐和铁盐
硫酸铝、聚合氯化铝等铝盐混凝剂现在被广泛地用于去除原水中浊度,消耗量从30mg/L到60mg/L,所以混凝剂费用在制水成本中占很大比重。
铝盐投加到待处理水中,经过絮凝沉淀形成化学污泥。
污泥固体中铝含量较高,含铝率为15%-40%,能够考虑从中回收铝盐用作给水处理混凝剂。
在给水处理中,铁盐也常被用作混凝剂。
铁盐经使用后,基础上变成沉淀物,混合在沉淀污泥中。
铁盐回收和铝盐回收一样,对给水厂污泥处理含有相同优越性。
以类似于铝盐再生措施,用酸来再生铁盐。
（2）泥饼综合利用
将自来水脱水泥饼作填埋处理是一个消极方法,而经过对泥饼进行加工制作成有用物品是值得推广变废为宝资源化工程。
给水污泥粘结性很好,将其用作制砖、煅烧水泥熟料等,不仅得到了资源化利用,而且节地、节水、保护环境和自然资源。
用给水厂排泥水处理后脱水污泥替换天然粘土烧结一般转,既能处理水厂脱水污泥综合利用问题,又能填补烧结一般砖所需天然粘土资源不足问题,发展前景很好。
在给水污泥-粉煤灰-粘土砖中掺入30%-45%给水污泥,可烧制成品符合国家标准要求。
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