環(huán)科《固體廢物處理技術》課件5(脫水固化)

第五章污泥濃縮、調質破解與脫水處理技術污泥——是水處理過程中形成的以有機物為主要成分的泥狀物質。顆粒較細，固體物主要為膠質，結構復雜，密度較小,含水率高且不易脫水,是呈膠狀結構的易腐親水性物質。污泥是沉淀物、顆粒物和漂浮物等物質的統(tǒng)稱。含水率高——是污泥處理處置的難點。污泥含水率從95%降低至80%，污泥體積減少75%（3/4），從80%降低至50%體積還將減少60%（3/5），污泥含水率越高，熱值越低，當含水率低于50%時，才適合焚燒含水率與污泥熱值第一節(jié)污泥的分類及基本性質

一、污泥的分類1、污泥按來源分生活污水污泥，工業(yè)廢水污泥和給水污泥。2、污泥按成分和某些性質分有機污泥和無機污泥；親水性污泥和疏水性污泥。3、污泥按處理方法分⑴

初次沉淀污泥一級處理污泥。⑵

腐殖污泥與剩余活性污泥二級處理污泥。生物膜法(生物濾池、轉盤等)二次沉淀池沉淀物稱腐殖污泥；⑶

消化污泥初次沉淀污泥、腐殖污泥與剩余活性污泥經(jīng)消化處理后，稱消化污泥或熟污泥；⑷

深度處理污泥三級處理污泥。常稱化學污泥。二、污泥的性質

污泥性質：含水率與含固率，脫水性能，揮發(fā)性固體和固定碳，可消化程度，濕密度與干密度，肥分，燃燒價值（熱值）等。污泥濃縮和脫水參數(shù)：含水率與含固率、污泥密度、污泥比阻與污泥壓縮系數(shù)等。1、含水率與含固率含水率—單位質量的污泥所含水分的質量分數(shù)；含固率—單位質量的污泥所含固體物質的質量分數(shù)。污泥體積、質量與固體含量之間的關系式：p、ω、W、C—含水率、污泥體積、質量及固體物濃度。適用于含水率＞65％的污泥。

含水率：＞

85%，污泥呈流狀；

65～85%，污泥呈塑態(tài)；

65%，呈固態(tài)。污泥是污水處理廠不可避免的副產(chǎn)品

《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002規(guī)定：脫水污泥含水率＜80%泥餅體積計算式：

ω—泥餅體積，L；Ws—干固體質量，kg；ρw—水的密度，kg/L；γs—干固體相對密度；ε—污泥空隙率，40～50%2、密度（相對密度）

污泥密度—單位體積污泥的質量，其數(shù)值常以污泥相對密度，即污泥質量與同體積水(標準狀態(tài))的質量之比來表示。相對密度與干固體相對密度的關系式：γ—污泥相對密度；

p—污泥含水率；γs—污泥干固體相對密度；γsρw—單位換算，γs無量綱→kg/Lγ=100γs/｛(pγs+（100-p）｝哪個對？三、污泥水分及分離方法間隙水約70%左右——濃縮法分離毛細水約20%左右——機械脫水法表面吸附水7%左右——加熱法脫除內部結合水約3%左右——高溫、冷凍法去除外部水間隙水毛細水吸附水內部水脫水難易順序第二節(jié)污泥濃縮技術污泥濃縮方法主要有重力、氣浮和機械濃縮法。一、污泥重力濃縮最常用的污泥濃縮法,是利用污泥中的固體顆粒與水之間的相對密度差來實現(xiàn)泥水分離的。本質是一種沉淀工藝，屬于壓縮沉淀。1、去除對象——自由水和部分間隙水。2、運行方式

間歇式—小型污水處理廠連續(xù)式—大中型污水處理廠。重力濃縮的構筑物稱為重力濃縮池。3、區(qū)域（分層）沉降特征懸浮顆粒恒速下降過渡區(qū)：降速減小壓縮區(qū)：顆粒集結下層間隙水被擠出二、污泥氣浮濃縮氣浮濃縮是采用大量的微小氣泡附著在污泥顆粒表面,使其密度降低而上浮，實現(xiàn)泥水分離的。氣泡形成方式：壓力溶氣、生物溶氣、渦凹氣浮等。去除對象：γ≈

1，活性污泥或疏水性污泥。相比重力濃縮的優(yōu)點——濃縮程度高,固體回收率達99%,停留時間短,30～120min，好氧環(huán)境，避免厭氧腐敗和磷釋放，污泥不易發(fā)臭，運行穩(wěn)定。三、污泥機械濃縮包括：離心濃縮、帶式濃縮機濃縮和轉鼓、螺壓濃縮機濃縮等。后二者用于污泥濃縮脫水一體化設備的濃縮段。濃縮方法優(yōu)點缺點重力濃縮貯存污泥能力強，操作要求不高，運行費用低．動力消耗小占地面積大，污泥易發(fā)酵、產(chǎn)生臭氣；對某些污泥工作不穩(wěn)定，濃縮效果不理想氣浮濃縮濃縮效果較理想，出泥含水低，不受季節(jié)影響，運行效果穩(wěn)定；池容為重力濃縮的1／lO左右；臭氣問題??；能去除油脂和沙礫運行費用低于離心濃縮，但高于重力濃縮；操作要求高，污泥貯存能力小，占地比離心濃縮大離心濃縮只需少量土地就可獲得較高的處理能力；幾乎不存在臭氣問題要求專用的離心機，電耗大；對操作人員要求較高帶式濃縮機濃縮空間要求?。还に囆阅艿目刂颇芰?；相對低的投資和電耗；添加少量聚合物便可獲得高固體收集率，可提高濃縮固體濃度會產(chǎn)生現(xiàn)場清潔問題；依賴于添加聚合物；操作水平要求較高；存在潛在的臭氣問題；存在潛在的腐蝕問題轉鼓機械濃縮空間要求??；相對低的投資和電力消耗；容易獲得高固體濃度會產(chǎn)生現(xiàn)場清潔問題；依賴于添加聚合物；操作水平要求較高；存在潛在臭氣問題和腐蝕問題表5-1各種污泥濃縮方法的優(yōu)、缺點

第三節(jié)污泥破解與調質技術

一、污泥破解技術

1、技術的出現(xiàn)

水解過程是污泥厭氧消化限速步驟。厭氧菌只有打破細胞壁(膜)才能利用它們（基質）進行厭氧消化。即使20～30d的停留時間也僅能去除30％～50％的揮發(fā)性固體(VSS)。因此出現(xiàn)了促進細胞的破解技術。

2、污泥破解

是破壞污泥的結構及微生物細胞壁，使污泥絮體結構發(fā)生變化，細胞內的內含物流出，同時釋放出酶，酶的作用使未被破解的細胞易被厭氧微生物消耗，變難降解的固體性物質為易降解的溶解性物質，促進污泥厭氧消化。

3、污泥破解技術種類

二、污泥調質技術

1、污泥調質的必要性

由于污泥具有高親水性，污泥水與污泥固體顆粒的結合力是很強的，如果沒有預先的處理，污泥的脫水是非常困難的，這種污泥預先處理的過程稱為污泥調質。通過調質，改變污泥粒子表面物化性質和組分，破壞其膠體結構，減少其與水的親和力，從而改善脫水性能。

2、污泥調質技術種類

第四節(jié)污泥機械脫水技術一、污泥機械脫水原理是以過濾介質兩面的壓力差作為推動力,使污泥水分強制通過過濾介質形成濾液,固體顆粒物被截留在介質上,形成濾餅達到脫水的目的。二、常用污泥機械脫水方式

根據(jù)造成壓力差推動力的方法分為3類：

1、真空過濾脫水—在過濾介質的一面形成負壓進行脫水。是目前應用較多的機械脫水方法。

2、壓濾脫水—在過濾介質的一面加壓進行脫水；

3、離心脫水—造成離心力實現(xiàn)泥水分離。三、真空過濾脫水國內使用較多的機械是GP型轉鼓真空過濾機。

主要用于——初次沉淀污泥及消化污泥的脫水。

優(yōu)點—能夠連續(xù)操作,運行平穩(wěn),可自動控制

缺點—附屬設備較多,工序復雜,運行費用較高,過濾介質緊包在轉鼓（一部分浸在污泥中）上,清洗不充分,容易堵塞，影響效率。為此，可用帶式轉鼓真空過濾機,利用輥軸把過濾介質轉出,既便于卸料,又易于介質的清洗再行。

四、壓濾脫水

按

加壓過濾設備——分為板框式和帶式壓濾機。

1、板框式壓濾機構造簡單,過濾效率高,適用于各種污泥,但不能連續(xù)運行。有自動板框壓濾機和人工板框壓濾機。

結構組成：機架；壓緊機構；過濾機構。

過濾機構——由過濾板、濾框、濾布、壓榨隔膜組成，濾板兩側由濾布包覆，需配置壓榨隔膜時，一組濾板由隔膜板和側板組成。

壓濾壓差通常為（0.3～0.5）×106Pa?；驹砼c真空過濾基本相同，區(qū)別在于壓濾使用正壓，真空過濾采用負壓。

2、帶式壓濾機

——滾壓帶式壓濾機。

工作原理——把壓力施加在濾帶上,用濾帶的壓力和張力使污泥脫水,而不需要真空加壓設備,動力消耗少,可以連續(xù)生產(chǎn)。這種脫水方式目前已廣泛采用。

滾壓方式——對置滾壓和水平滾壓兩種；

對置滾壓——滾壓軸處于上下垂直的相對位置；

水平滾壓——滾壓軸上下錯開，靠濾帶的張力壓榨污泥。

構成：濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系統(tǒng)和濾帶驅動系統(tǒng)。

五、離心脫水

1、工作原理

組成—由轉轂和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成。污泥由空心轉軸送人轉筒后，被甩貼在轉轂內壁上，形成固體層；液體貼在固體層內側。固體層在螺旋輸送器的推動下，被輸送到轉轂錐端的出口連續(xù)排出，液體則由堰口溢流排至轉轂外。

最關鍵部件——轉轂，控制轉轂的轉速，是離心脫水機運行良好的關鍵。目前，多采用低速離心脫水機。

2、特點

脫水泥餅含水率低，占用空間小，安裝基建費用低；但具有設備成本高、噪聲大、能耗高、處理能力低等缺點。主要用于粗粒沉渣的脫水。第六章危險廢物固化/穩(wěn)定化處理技術第一節(jié)概述一、固化概念及目的

1、廢物固化

是用物理—化學方法將有害廢物固定或包容在惰性固化基材中的一種無害化（穩(wěn)定化）處理過程。

2、固化目的使危險廢物中的所有污染組分呈現(xiàn)化學惰性或被包容起來，以便運輸、利用和處置。二、主要應用方面1、對危險性廢物進行固化處理，使其滿足填埋處理的要求。如對液態(tài)或污泥的固化處理。2、對其它處理過程中產(chǎn)生的殘渣（如焚燒灰分）進行穩(wěn)定化處理，以便最終無害化處置。3、在大量土壤被有害污染物所污染的情況下，對土壤進行穩(wěn)定化處理。4、放射性廢物處理處置

第二節(jié)常用固化方法

一、包膠固化

（一）水泥固化

1、固化原理

水泥是一種無機膠結材料，最常用的固化水泥是普通硅酸鹽水泥，主要成分是硅酸二鈣2CaO·SiO2和硅酸三鈣3CaO·SiO2。是鈣、硅、鋁及鐵的活性氧化物組成的混合物水泥固化石灰基固化熱塑性材料固化有機聚合物固化包膠固化

⑴水泥固化時，需要加水使之水化（水合作用）。水化產(chǎn)物稱為混凝土，并形成鈣鋁硅酸鹽的堅硬晶體結構，其性能與巖石相似。六方型片狀固溶體水合物

3CaO·（Al2O3·Fe2O3

）·Ca[SO4·（OH）2SiO3]

⑵

由于水泥pH值較高，廢物中的重金屬形成不溶性的氫氧化物或碳酸鹽而被固定在固化體中。故水泥固化技術最適用于無機類含有重金屬的廢物。

2、應用最早應用于核工業(yè)系統(tǒng)，如對廢液、廢樹脂、污泥等的固化處理；后來發(fā)展到對工業(yè)有害廢物（含重金屬污泥）的處理上。⑴添加劑使用;

⑵水泥配料影響。

3、優(yōu)缺點

優(yōu)點

⑴對有毒重金屬污泥十分有效；

⑵工藝熟悉，設備、運行費用低；

⑶水泥原料和添加劑便宜易得；

⑷對濕污泥和含水廢物無需脫水可直接固化；

⑸固化體強度、耐熱性、耐久性均好，適于投海處置。

缺點

⑴增容比較高1.5～2.0；⑵

浸出率較高，需涂覆處理

⑶預處理和添加劑，使費用增高；

⑷堿性使NH3逸出。

增容比——固化后體積V2與固化前體積V1之比

Cr=V2/V1

（二）石灰固化

1、石灰固化的概念及對象石灰固化——用石灰作基材，以粉煤灰、水泥窯灰作添加劑，專用于處理含硫酸鹽或亞硫酸鹽類泥渣的一種方法

處理對象：

⑴

鋼軌、機械工業(yè)酸洗廢水和廢渣；

⑵含重金屬電鍍污泥；

⑶石灰吸收煙道氣或石油精煉氣而產(chǎn)生的泥渣。

2、優(yōu)缺點

⑴優(yōu)點——添加劑（粉煤灰、水泥窯灰）本是廢物，成本低，常溫處理，廢物不需完全脫水，無尾氣處理問題

⑵缺點——增容比較大，易被酸性介質浸蝕，須進行表面涂覆，很少單獨使用。（三）熱塑性材料固化

1、固化原理

2、應用

目前以瀝青較為普遍，研究多，進展大。

初期——處理放射性廢物，60年代末期大規(guī)模應用；

后來——其它工業(yè)重金屬污泥；低放廢物的長期基材。

工藝過程：預處理(脫水)→熱混合→二次蒸汽凈化處理熱塑性材料固態(tài)高溫粘液固廢固化體瀝青（石油蒸餾的殘渣，成分復雜）石蠟（固體烷烴C20～C30混合物）聚乙烯、聚丁二烯等熱塑性材料常溫加熱包膠

比利時莫爾原子能研究所瀝青固化放射性廢物：

放射性污泥→冷凍→融解→離心脫水（至50%～80%）→

瀝青加熱混合槽中攪拌蒸發(fā)（130～230℃）→固化產(chǎn)品

3、優(yōu)缺點

優(yōu)點

⑴

固化體孔隙降低，防水性能好，浸出率低；

⑵增容比較低，費用較低;

⑶

耐酸、堿腐蝕性，對微生物有抗蝕性；

缺點

⑴不良熱導體，蒸發(fā)熱效率低，耗費能量；

⑵

產(chǎn)生揮發(fā)物質，不宜處理高溫分解的和有機溶劑等

⑶不宜處理高放廢物；

⑷

基材較貴，高溫操作，設備費用高，安全性較差。

（四）有機物聚合固化

1、固化原理

有機物聚合固化法——將一種有機聚合物與濕廢物或干廢物在一個混合容器里完全混合，并加入一種催化劑使其聚合、固化。在固化過程中，廢物被聚合物包膠。

樹脂——遇熱變軟，具有可塑性高分子化合物的統(tǒng)稱。

有機聚合物特點：液體固體固體不再液化或軟化脲醛樹脂（粘液，常溫或加熱均速固化）不飽和聚脂（常溫、常壓下可固化成型）有機聚合物（熱固性塑料）

再加熱加熱

2、應用

國際上應用：處理工業(yè)有害廢物和放射性廢物，對有機物污染土地的穩(wěn)定化處理研究較多，許多技術已商業(yè)化

日本岡山縣公害防治中心處理電鍍污泥工藝：

3、優(yōu)缺點

優(yōu)點

⑴常溫操作，添加催化劑數(shù)量少，增容比小，密度小

⑵既能處理干廢渣，也能處理濕泥漿；

⑶固化體不可燃，摻合廢物比例高。電鍍污泥（含重金屬、油類有機物）干燥混合加熱固化固化體絮狀內鑲廢粒強度大質輕作建材不飽和聚脂助凝劑河沙催化劑CaCO3

缺點

⑴屬于物理包膠法，不與固廢反應，不夠安全；

⑵某些有機聚合物能被微生物降解，固化體易老化破碎污染物可能再進入環(huán)境；

⑶固化基要有容器包裝，增加費用；

⑷材料價格昂貴，僅用于少量高危廢物的處理。二、自膠結固化

1、原理自膠結固化法——將硫酸鈣或亞硫酸鈣的廢物，在控制條件下煅燒到部分脫水至產(chǎn)生有膠結作用的亞硫酸鈣或半水硫酸鈣狀態(tài)，然后與某些添加劑混合成稀漿，凝固后生成像塑料一樣硬的透水性差的物質。

亞硫酸鈣CaSO3·2H2O——無色晶體或白色粉末，在空氣中慢慢被氧化成硫酸鈣，100℃失去結晶水，650℃分解。

硫酸鈣CaSO4——白色粉末或晶體，CaSO4·2H2O（石膏）加熱到150℃脫去一部分水而成燒石膏CaSO4·0.5H2O。

2、特點⑴添加劑主要是廢料，僅占總混合物的10%左右；

⑵凝固時間短，強度高，性質穩(wěn)定，不具反應性；

⑶廢物不需完全脫水，但應用面較為狹窄。脫水添加劑3H2O107～170℃迅速凝固硬化膠結劑CaSO4·2H2O

CaSO3·2H2OCaSO4·0.5H2O

CaSO3·0.5H2OCa