污 泥 脱 水.docx

1、污 泥 脱 水污 泥 脱 水污泥经浓缩之后，其含水率仍在94%以上，呈流动状，体积很大。浓缩污泥经消化之后，如果排放上清液，其含水率与消化前基本相当或略有降低；如不排放上清液，则含水率会升高。总之，污泥经浓缩或消化之后，仍为液态，体积很大，难以处置消纳，因此还需进行污泥脱水。浓缩主要是分离污泥中的空隙水，而脱水则主要是将污泥中的吸附水和毛细水分离出来，这部分水分约占污泥中总含水量的15 25%。假设某处理厂有1000m3由初沉污泥和活性污泥组成的混合污泥，其含水率为97.5%，含固量为2.5%，经浓缩之后，含水率一般可降为95%，含固量增至5%， 污泥体积则降至500m3。此时体积仍很大，外运

2、处置仍很困难。如经过脱水，则可进一步减量，使含水率降至75%，含固量增至25%，体积则减至100m3以后，其体积减至浓缩前的1/10，减至脱水前的1/5，大大降低了后续污泥处置的难度。 污泥脱水分为自然干化脱水和机械脱水两大类。自然干化系将污泥摊置到由级配砂石铺垫的干化场上，通过蒸发、渗透和清液溢流等方式，实现脱水。这种脱水方式适于村镇小型污水处理厂的污泥处理，维护管理工作量很大，且产生大范围的恶臭。机械脱水系利用机械设备进行污泥脱水，因而占地少，与自然干化相比，恶臭影响也较小，但运行维护费用较高。 机械脱水的种类很多，按脱水原理可分为真空过滤脱水、压滤脱水和离心脱水三大类，国外目前正在开发螺

3、旋压榨脱水，但尚未大量推广。真空过滤脱水系将污泥置于多孔性过滤介质上，在介质另一侧造成真空，将污泥中的水分强行“吸入”，使之与污泥分离，从而实现脱水。常用的设备有各种形式的真空转鼓过滤脱水机。压滤脱水系将污泥置于过滤介质上，在污泥一侧对污泥施加压力，强行使水分通过介质，使之与污泥分离，从而实现脱水，常用的设备有各种形式的带式压滤脱水机和板框压滤机。离心脱水系通过水分与污泥颗粒的离心力之差使之相互分离从而实现脱水，常用的设备有各种形式的离心脱水机。 以上几种脱水设备都已有几十年的使用历史，但具体使用情况存在很大差别。二十世纪六七十年代建设的处理厂，大多采用真空过滤脱水机，但由于其泥饼含水率较高、

4、噪声大、占地也大，而其构造及性能本身又无较大的改进，二十世纪80年代以来，已很少采用。板框压滤脱水机泥饼含水率最低，因而一直在采用。但这种脱水机为间断运行，效率低，且操作麻烦，维护量很大，所以使用并不普遍，仅在要求出泥含水率很低的情况下使用。目前国内新建的处理厂，绝大部分都采用带式压滤脱水机，因为该种脱水机具有出泥含水率较低且稳定、能耗少、管理控制不复杂等特点。离心脱水机噪音 大、能耗高、处理能力低，因此以前使用较少。但80年代中期以来，离心脱水技术有了长足的发展，尤其是有机高分子絮凝剂的普遍应用，使离心脱水机处理能力大大提高,加之全封闭无恶臭的特点，离心脱水机采用的越来越多。鉴于以上发展趋势

5、，本文将主要介绍带式压滤脱水机和离心式脱水机的运行控制和维护管理。污泥在机械脱水前，一般应进行预处理，也称为污泥的调理或调质。这主要是因为城市污水处理系统产生的污泥，尤其是活性污泥脱水性能一般都较差，直接脱水将需要大量的脱水设备，因而不经济。所谓污泥调质，就是通过对污泥进行预处理，改善其脱水性能，提高脱水设备的生产能力，获得综合的技术经济效果。污泥调质方法有物理调质和化学调质两大类。物理调质有淘洗法、冷冻法及热调质等方法，而化学调质则主要指向污泥中投加化学药剂，改善其脱水性能。以上调质方法在实际中都有采用，但以化学调质为主，原因在于化学调质流程简单，操作不复杂，且调质效果很稳定。 一、污泥的脱

6、水性能及其影响因素 1.脱水性能指标脱水性能系指污泥脱水的难易程度。不同种类的污泥，其脱水性能不同；即使同一种类的污泥，其脱水性能也因厂而异。衡量污泥脱水性能的指标主要有二，一个是污泥的比阻(R)，另一个是污泥的毛细吸水时间(CST)。 污泥的比阻系指在一定压力下，在单位过滤介质面积上，单位重量的干污泥所受到的阻力，常用R(m/kg)表示，计算公式如下:R=2PA2b/(W)(1)式中，P为脱水过程中的推动力(N/m2)；对于真空过滤脱水P为真空形成的负压，对于压滤脱水P为滤布施加到污泥层上的压力；A为过滤面积(m2)；为滤液的粘度(NS/m2)；W位单位体积滤液上所产生的干污泥重量(kg/m

7、3)；b位比阻测定中的一个斜率系数(S/m6)，其值取决于污泥的性质。R的单位还常采用S2/gmkg与S2/g的换算关系为:1m/kg=9.81103S2/g。已有很多人发现，S2/g是一个错误单位，不能真正反应比阻的物理意义。因此在实际测定中，最好统一采用m/kg作为比阻的单位。比阻有一套专用的测定装置，如图1所示，主要包括布氏漏斗、过滤介质、抽滤器、量筒、真空表和真空泵等部分。主要测定程序如下: (1)准备好待测泥样，泥样量一般为50200mL之间。该泥样应已测得其含固量。 (2)对于真空过滤，则在布式漏斗的金属承托网上铺一层滤纸，并用少许蒸馏水润 湿。对于带式压滤脱水，则在金属承托网上铺

8、一层脱水用滤布，也用蒸馏水润湿。 (3)将50200mL污泥样均匀倒入漏斗内的滤纸或滤布上，静置一段时间，直至漏斗底部不再有滤液流出。该段时间一般约2min。(4)开启真空泵，至额定真空度(一般为380mmHg)时，开始记录滤液体积，每隔15s记录一次，直至漏斗污泥层出现裂缝，真空被破坏为止。在该过程中，应不断调节控制阀，使真空度保持恒定。 (5)从滤纸上取出部分泥样，测其含固量C；从量筒内取部分滤液，测其含固量Ce，并测其温度。(6)将记录的过滤时间t除以对应的滤液体积V，得t/v值，以t/v为纵坐标，以V为横坐标，可得图2所示的曲线，该曲线的直线段部分的斜率即为b值(s/m6)。 (7)W

9、值可用下式计算:W= C(C0-Ce)/(C0-C)(2)(8)A为滤纸或滤布的面积(m2)；P为真空产生的负压N/m2。可近似取相应温度时水的粘度(NS/m2)。将A、P、b、1h W值代人公式(2)，即得该泥样的比阻。 【实例计算】某处理厂初沉污泥经浓缩后，含固量为5.1%，经比阻试验后，滤纸上污泥的含固量为26.3%，滤液的含固量为0.52%，温度为20。比阻测定中的真空负压为380mmHg，滤纸的过滤面积为78.5cm2，t/v V曲线上直线段斜率为0.025s/cm6。试计算该种污泥的比阻。解:已有数据及单位换算为A=78.5cm2=7.8510-3m2 P=380mnHg=4.91

10、04N/m2 b=0.025s/cm6=2.51010S/m6 20时，取=1.029l0-4kgs/m2=1.02910-3NS/m2，C0=5.1%，C=26.3%，Ce =0.52%。 将C0、C、Ce代人式(2)，得W=26.3%(5.1%-0.52%)/(26.3%-5.1%)=5.68%56.8kg/m3将A、P、b、W值代人式(1)，得R=24.91047.8510-37.8510-32.51010/(56.81.02910-3) =2.581012m/kg即该污泥样品的比阻值为2.581012m/kg。 污泥的毛细吸水时间系指污泥中的毛细水在滤纸上渗透1cm距离所需要的时间，常

11、用CST表示。有专用的CST测定装置，如图3所示，主要包括泥样容器、吸水 滤纸和计时器三部分。A、B两点的距离为1cm；当污泥中的水分渗透至A点时，计时器开始计时，至B点时，计时器停止计时，测得的时间即为CST值。 R和CST是衡量污泥脱水性能的两个不同的指标，各有优缺点。一般来说，比阻能非常准确地反映出污泥的真空过滤脱水性能，因为比阻测定过程与真空过滤脱水过程是基本相近的。比阻也能较准确地反映出污泥的压滤脱水性能，但不能准确地反映污泥的离心脱水性能，因为离心脱水过程与比阻测定过程相差甚远。CST适用于所有的污泥脱水过程，但要求泥样与待脱水污泥的含水率完全一致，因CST测定结果受污泥含水率的影

12、响非常大。例如，同一污水处理系统产生的污泥，不管排泥浓度高低，其脱水性能 应是相同的，其CST值也应相等。但实测CST时，含水率越大，CST也越大。另外，比阻R测定过程较复杂，受人为因素干扰较大，测定结果的重现性较差；CST测定简便， 测定速度快，测定结果也较稳定，因此在实际运行控制中一般都采用CST作为污泥脱水性能指标。 2.不同污泥的脱水性能及其影响因素 不同种类的污泥，脱水性能相差很大，因而其R值和CST值相差甚远。即使同一种污泥，不同处理厂测得的R和CST也相差较多(有时会相差几倍)。一般来说，初沉污泥的脱水性能较好；一些处理厂的初沉污泥，其比阻R会低至2.01013m/kg，此时污泥

13、不经过调质，也可进行机械脱水。人流污水中工业废水的成分会影响初沉污泥的脱水性能，但其影响有时增强有时削弱，具体取决于工业废水的成分。钢铁或机械加工行业的废水，会使初沉污泥的脱水性能增强；而食品酿造或皮革加工等行业的废水会使初沉污泥的脱水性能降低。腐败的污泥脱水性能会降低，因污泥颗粒变小，并产生气体。 活性污泥的脱水性能一般都很差，其比阻常在10.01013m/kg，CST常在100s之上，不经调质，无法进行机械脱水。泥龄越长的污泥，脱水性能越差；SVI值越高的污泥，其脱水性能也越差。一般来说，发生膨胀的活性污泥，无法进行机械脱水，否则会耗用大量的化学药剂进行调质。初沉污泥与活性污泥的混合污泥，

14、其脱水性能取决于两种污泥分别的脱水性能，以及每种污泥所占的比例。一般来说，活性污泥比例越大，混合污泥的脱水性能也越差。消化污泥与消化前的生污泥相比，虽然污泥颗粒减小，但颗粒的有机分降低，比重增大，粘度减小，因而其脱水性能会略有提高。但已发现一些处理厂的污泥经消化之后比阻增大，脱水性能恶化。其原因系由于消化采用机械搅拌，搅拌强度太大，将污泥絮体打碎。采用沼气搅拌的消化池一般无此情况。 二、污泥的化学调质 污泥的比阻R和毛细吸水时间CST越大，污泥的脱水性能越差。一般认为，只有当污泥的比阻R小于4.O1013m/kg或毛细吸水时间CST小于20s时，才适合进行机械脱水。除少量处理厂的初沉污泥以外，

15、绝大部分处理厂的初沉污泥和所有污水处理工艺系统产生的剩余污泥，其比阻均在4.01013m/kg之上，CST均在2Os之上。因此，初沉污泥、活性污泥或二者组成的混合污泥，经浓缩或消化之后，均应进行调质，降低其R值或CST，再进行机械脱水。 1.混凝剂与絮凝剂的种类及其作用机理 污泥调质所用的药剂可分为两大类，一类是无机混凝剂，另一类是有机絮凝剂。无机混凝剂包括铁盐和铝盐两类金属盐类混凝剂以及聚合氧化铝等无机高分子混凝剂。有机絮凝剂主要是聚丙烯酰胺等有机高分子物质。絮凝剂一词只是习惯叫法，严格来说也是混凝剂。另外，污泥调质中还使用一类不起混凝作用的药剂，称为助凝剂。常用的助凝剂有石灰、硅藻土、木屑

16、、粉煤灰、细炉渣等惰性物质。助凝剂的作用是调节污泥的pH(如加石灰)，或提供形成较大絮体的骨料，改善污泥颗粒的结构，从而增强混凝剂的混凝作用。 常用的铁盐昆凝剂是三氯化铁。该种混凝剂适合的pH在6.88.4之间，因其水解过程中会产生H+，降低pH，因而一般需投加石灰作为助凝剂。三氯化铁在对污泥的调质中能生成大而重的絮体，使之易于脱水，因而使用较多。对于混合生污泥来说，三氯化铁的加药量一般为2060%，要求相应的石灰技加量一般为200400%，消化污泥的石灰投加量一般为100200%。使用三氯化铁的一个较大缺点，是其对金属管道或设备有较强烈的腐蚀，使之降低使用寿命。铝盐混凝剂一般采用硫酸铝。该种

17、混凝剂调质效果不如三氯化铁，且用量也较大，但由于无腐蚀性，且储运方便，使用也较多。聚合氯化铝作为一种高分子无机混凝剂，调质效果好，投药量少，虽价格偏高，但也有相当程度的使用。 目前，人工合成有机高分子絮凝剂在污泥调质中得到普遍使用，并基本上已取代了无机混凝剂。常用的有机高分子絮凝剂是聚丙烯酰胺(俗称三号絮凝剂，PAM)，其聚合度n高达2000090000，相应的分子量高达到50800万，通常为非离子型高聚物，但通过水解可产生阴离子型，也可通过引入基团制成阳离子型。污泥调质常采用阳离子型聚丙烯酰胺，其作用机理包括两个方面:一是其分子上带电的部位能中和污泥胶体颗粒所带的负电荷，使之脱稳；二是利用其

18、高分子的长链条作用把许多细小污泥颗粒吸附并 缠结在一起，结成较大的颗粒。前一作用称为压缩双电层，后一作用称为吸附架桥。按照离子密度的高低，阳离子聚丙烯酰胺又分成弱阳离子，中阳离子和强阳离子三种，实际中都采用较多。离子密度越高，其中和负电荷使污泥胶体颗粒脱稳的作用越强，但高离子密度的PAM的分子量往往较小，吸附架桥能力较弱。因此以上三种PAM的污泥调质效果一般相差不大。表1为三种PAM的阳离子密度、分子量以及对消化污泥进行调质的加药量范围。 阳离子PAM的离子密度、分子量及调质加药量表1分类相对离子密度(%)分子量调质加药量弱阳离子PAM2550000010000001.05.02.调质药剂的选

19、择 目前调质效果最好的药剂是阳离子聚丙烯酰胺，虽然其价格昂贵，但使用却越来越普遍。但具体到某一处理厂来说，应根据本厂的具体情况，在满足要求的前提下，选择综合费用最低的药剂种类。 采用铁盐或铝盐等无机混凝剂，一般能使污泥量增加1530%，另外其肥效和热值也都将大大降低。因此当污泥消纳场离处理厂距离较远或污泥的最终处置方式为农用或焚烧时，一般不适合采用无机混凝剂进行污泥调质。但当消纳厂离处理厂很近，且处 置方式为卫生填埋时，采用该类药剂有可能使综合费用降低。另外，使用该类药剂还能在一定程度上降低脱水过程中产生的恶臭。富磷污泥脱水时，还能降低磷向滤液中的释放量；当采用石灰做助凝剂时，石灰还能起到一定

20、的消毒效果。 采用聚丙烯酰胺进行调质，将泥量基本不变，其肥效和热值都不降低，因此当污泥脱水后用作农肥或焚烧时，最好采用该类药剂。另外，阳离子型聚丙烯欧胶在调质过程中，能与一些溶解性折光物质生成沉淀，因而脱水滤液中污染物相对较少，呈透明状。 调质药剂的选择还与脱水机的种类有关系。一般来说，带式压滤脱水机可采用任何一种药剂进行调质污泥，而离心脱水机则必须采用高分子絮凝剂，其原因是离心机内空间较小，对泥量要求很严格，如果采用无机药剂，使泥量增加很多，将大大降低离心机的脱水能力。 很多处理厂为降低污泥调质的综合费用，进行了大量的探索。一个主要途径就是采用了各种各样的复合药剂，即采用两种或两种以上的药剂

21、进行污泥调质。主要有以下几种组合方式: (1)三氯化铁与阴离子聚丙烯酰胺组合，先加三氯化铁，再加后者。其原理是三氯化铁的电中和作用可使污泥胶体颗粒脱稳，再通过阴离子聚丙烯酰胺的吸附架桥作用， 形成较大的污泥絮体。二种药剂的共同作用，使总的药剂费用降低。 (2)三氯化铁与弱阳离子聚丙烯酿胶组合，先加三氯化铁，再加后者。其原理与组合(1)基本相同。 (3)聚合氯化铝与弱阳离子聚丙烯酰胺组合。 (4)石灰与阴离子聚丙烯酰胺组合使用。 (5)聚合氯化铝与三氯化铁或硫酸铝组合。 (6)阳离子聚丙烯酰胺与一些助凝剂，如粉煤灰、细炉渣、木屑等合用，可降低其用量；国外一些处理厂尝试在阳离子聚丙烯肮胶加入污泥之

22、间，先加入少量高锰酸钾， 可使耗药量降低2530%，同时还具有降低恶臭的作用。 (7)阳离子型和阴离子型聚丙烯酰胺共用。 许多污水处理厂的运行经验表明，药剂组合使用，往往比单独使用一种的调质效果要好，综合费用会降低，但具体采用哪种组合方式，则因厂而异，处理厂可结合本厂特点，选择出本厂的最佳组合方式。可用烧杯搅拌试验初步选择调质药剂，程序如下: (1)取几个1L的烧杯洗净待用。 (2)向每个烧杯中加入600mL的待脱水泥样。 (3)向每个泥样中加入不同种类的调质药剂，投加量可按照每种药剂的使用说明，或参照其它处理厂的投加量确定。 (4)向每个泥样中放入相同的搅拌器进行搅拌，搅拌速度为75rpm，

23、搅拌时间控制在3Os，然后停止搅拌，并取出搅拌器。 (5)观测污泥絮体形成情况及其沉降情况，对絮体较大、沉降较快的泥样，对应的调质药剂为最佳选择。 通过以上程序初步选择的药剂，还需用比阻或毛细吸水时间进一步确认并确定最佳投药量，详见后述。 3.最佳投药量的确定 投药量与污泥本身的性质、环境因素以及脱水设备的种类有关系。要综合以上因素，找到既满足要求又降低加药费用的最佳投药量，一般必须进行投药量的试验。程序如下: (1)按照所选药剂的使用说明或相近处理厂的运行经验，确定一个大致的投药量范围。例如，当采用带式压滤脱水机对初沉生污泥进行脱水时，如采用PAM调质，投药量可选择在15.0的范围内。(2)

24、在所选择的投药量范围内，确定几个投药量。例如在1.05.0的范围内，可确定1.0、2.0、3.0、4.0、5.0五个投药量。 (3)取几个泥样，每个泥样的体积可在50200mL之间。按照泥样的量、泥样的含固量、絮凝剂溶液的浓度及所确定的投药量、计算出应向每个泥样中投加的絮凝剂溶液量。 (4)测定每一投药量所对应的泥样的比阻或CST。采用带式压滤脱水或真空过滤脱水时，采用R或CST皆可，但最好采用R；采用离心脱水时，最好采用CST。应注意，絮凝剂溶液不能向几个泥样同时投加，应测定一个，投加一个。 (5)绘制泥样的比阻或CST值与对应的投药量之间的变化曲线。如图4所示，曲线上的最低点对应的投药量即

25、为最佳投药量。不管污泥原来的比阻或CST多高，经加药调质以后，均应将R降为4.01013m/kg以下，否则，投药范围选择不合理或药剂选择不合理，应予以重新选择或确定。 真空过滤采用三氯化铁和石灰进行调质的加药量范围见表2，带式压滤脱水的加药量范围见表3。各种污泥采用真空过滤脱水时，FeCl3和石灰的加药量表2种类生污泥消化污泥初沉污泥剩余污泥初沉剩余初沉污泥初沉剩余FeCl3(%)24610283536CaO(%)81001691210131521生污泥采用带式压滤机脱水时，FeCl3和石灰的加药量表3种类初沉生污泥剩余活性生污泥FeCl3(%)6710CaO(%)1142025真空过滤脱水采

26、用阳离子聚丙烯酰胺进行调质的加药量范围见表4，带式滤脱水和离心脱水采用阳离子聚丙烯酰胺进行调质的加药量范围分别见表5和6。表中括号内数值为典型值。各种污泥采用真空过滤脱水时PAM的投加量表4污泥生污泥厌氧污泥种类初沉污泥活性污泥初沉活性初沉污泥初沉活性PAM(%)0.0250.05(0.6)0.40.75(0.35)0.11.0(0.35)0.0750.2(0.075)0.250.6(0.35)各种污泥采用带式压滤机脱水时PAM的投加量表5污泥生污泥厌氧消化污泥好氧消化污泥种类初沉污泥活性污泥初沉活性初沉污泥初沉活性初沉活性PAM(%)0.10.45(0.25)0.11.0(0.5)0.11.

27、0(0.35)0.10.5(0.15)0.150.75(0.3)0.20.75(0.5)各种污泥采用离心(卧螺式)脱水时PAM的投加量表6污泥生污泥厌氧消化污泥种类初沉污泥活性污泥初沉活性初沉污泥初沉活性PAM(%)0.10.35(0.2)0.20.75(0.4)0.20.5(0.3)0.30.5(0.3)0.350.75(0.4)投药量除与污泥本身性质和脱水方式有关外，还与污泥温度有关系。温度越高，投药量越小；反之，温度越低,投药量越多。一般来说,在保证同样调质效果的前提下，夏季比冬季减少1020%的投药量。上述所谓的投药量，实际上系指污泥中单位重量的干固体所需投加的絮凝剂干重量，因而准确地

28、应称之为干污泥投药量，用fm表示。实际中，常采用kg/Mg为fm的单位，即每吨干污泥所需投加药量的千克数，这是一个千分比()的概念。前述几个加药量表中，为便于直观比较，采用了百分比的概念。实际运行中，应根据泥质的变化情况，通过比阻或CST试验，定期确定或调整fm值。利用fm可较准确地计算出每天每班实际要投加的药量。计算如下: M=QsC0fm (3) 式中，fm为干污泥投药量(kg/Mg)；C0为待脱水污泥的浓度(kg/m3)；Qs为污泥量(m3/d)；M为每天加药量(kg/d)。 【实例计算】某厂采用带式压滤脱水，采用阳离子聚丙烯酰胺进行污泥调质。试验确定干污泥投药量为3.5kg/Mg，待脱

29、水污泥的含固量为4.5%。试计算每天污泥量为 1800m3/d时所需投加的总药量。 【解】已有数据及单位换算如下: Qs=1800m3/d，C0=4.5%=45kg/m3 fm=3.5kg/t=3.5kg/1000kgDS将Qs，C0，fm代入式(3)，得M=1800453.5/1000=284kg 即该厂每天污泥调质所投加的阳离子型聚丙烯酰胺量为284kg。4.投药系统及操作 投药有干投和湿投两种方法，污泥调质投药常采用湿投法。投加系统一般包括干粉投加及破碎装置、溶药混合装置、贮药池、计量泵和混合器等部分，如图5所示。 PAM通常应存贮在低温干燥的环境中，因PAM遇热或潮湿易结饼失效。干粉加

30、入溶药池后，至少应持续低速搅拌30min以上，以保证PAM充分溶解。没有充分溶解的PAM呈粘糊状，会堵塞计量泵、管道及脱水机的滤布。可用一种简单的方法检验药剂是否充分溶解。取配制好的少量药液滴到一块玻璃片上，观察其是否平稳流动。如果流动不均匀，说明溶解不充分，应继续搅拌。溶液池的温度应控制在10以上，否则很难充分溶解。配制好的絮凝剂溶液在24h内一般不会失效，因此运行中可一次性配好一天的用药量。配制的PAM溶液浓度越低，调质效果越好，因低浓度时易溶解，且大分子链能充分伸展开来，充分发挥吸时架桥作用，但太低了会增大脱水机入流量，影响脱水能力。实际运行中，一般将PAM配制成浓度为0.11.0%的溶液。如有可能，可再低一些，但配制浓度一定不能过高。 投药点与调质的效果也有较大的关系。投药点离脱水机既不能太远，也不能太近。太近，PAM