（市政工程专业论文）水厂排泥水造粒流化床浓缩中试实验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 水厂排泥水造粒流化床浓缩中试实验研究 专业：市政工程 硕士生：张刚 导师：黄廷林教授 摘要 以湖泊、水库为水源的南方地区水厂，排泥水藻类及有机物含量较高，沉降脱水性 能极差。采用传统的“浓缩调质一脱水”处理工艺，占地面积大，基建成本、运行费用 高，处理效率低下。前期实验研究表明，造粒流化床技术能显著减小浓缩面积，缩短浓 缩时间，明显改善污泥的沉降脱水性能，操作环境良好，易于实现自控，代表了水厂排 泥水浓缩技术的发展方向，是南方地区水厂排泥水浓缩处理的高效实用新途径之一。 本文以深圳梅林水厂排泥水为处理对象，利用造粒流化床污泥浓缩工艺进行了处理 规模为1 0 2 5 m 3 l l 的中试实验研究。研究得出下述结论： ( 1 ) 中试条件下，不同进泥浓度的最小阳离子p a m 投药量应在3 6 4 2 o 之间， 最佳搅拌速度为5 r p m ；中试条件下流化床最大上升流速随进泥浓度增大而线形减小。 当进泥浓度为6 8 7 0 m g l 时，流化床悬浮层最大上升流速为4 9 6 c m m i n ，当进泥浓度增 至11 1 5 8m g l 时，流化床最大上升流速为3 7 7c m m i n ；中试实验条件下，5 0 0 m g l 的 石灰投加量可使阳离子p a m 药耗由3 6 4 2 o 降至2 8 3 5 o ，最大上升流速( 处理负 荷) 由3 8 5 0c m m i n 提高至4 2 5 7c r n m i n ； ( 2 ) 应用流化床工艺可显著降低药耗。传统工艺条件下，石灰投药量为1 6 0 0 m g l 左右。实验表明，p a m 单用条件下，应用流化床工艺，可降低p a m 药耗2 5 4 0 ，并 避免石灰药耗；p a m 与石灰联用的条件下，降低p a m 药耗5 0 左右，降低石灰药耗 7 0 左右： ( 3 ) 应用流化床工艺可在较短时间内显著改善污泥沉降性能。传统工艺出泥沉速为 0 0 1 6 7m m s ；在3 7 5 左右的p a m 投加量下，流化床初造粒颗粒沉速可达5 2 0 m m s ； ( 4 ) 应用流化床工艺，可在较短的时间内显著提高污泥浓度。传统工艺下，在5 7 o 的阳离子p a m 投药量下，搅拌罐出泥含水率为9 8 7 9 9 2 ；在3 7 5 o 左右的p a m 投药量下，流化床工艺污泥含水率可降至9 5 9 7 ； 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 5 ) 工艺后续脱水机械可选用离心脱水机； ( 6 ) 与传统工艺相比，造粒流化床工艺可比传统流程节省运行成本5 1 左右；节省 基建投资7 4 ，节省占地面积7 6 。 关键词：水厂排泥水造粒流化床污泥调质污泥浓缩 机械脱水 论文类型：应用研究 基金资助：陕西省教育厅重点产业化培育项目( 0 1 z c 2 1 ) ； 国家教育部高校青年教师教学科研奖励计划项目 西安建筑科技大学硕士学位论文 a p i l o t - e x p e r i m e n t a ls t u d y o nt h e a p p f i c a f i o n o f p e l l e t i n g f l u i d i z e d b e dc o n c e n t r a t i o nt e c h n o l o g yt ow a t e r p l a n t w a s t e w a t e r t r e a t m e n t s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g m e c a n d i d a t e ： z h a n gg a n g s u p e r v i s o r ：h u a n gt i n g - l i n ，p r o f a b s t r a c t h i 曲o r g a n i c m a t t e ra n d a l g a ec o n t e n tc h a r a c t e r i z e d t h ew a s t e w a l e ro f r e s e r v o i r s o u r c e d w a t e r p l a n ti ns o u t hc h i n a ，t h es l u d g ec o n d i t i o n i n ga n dd e w a t e r i n g w a ss ot a x i n gaj o b t h e t r a d i t i o n a lt r e a t m e n tp r o c e s so ft h i sk i n do fw a s t e r w a t e rm e a n se x p e n s i v ei n v e s t m e n t ，h i g h c o s to fr u n n i n g ，l a r g ea r e ao fo c c u p a t i o n ，a n dp o o re f f i c i e n c yo ft r e a t m e n t mp r e v i o u s e x p e r i m e n t a l r e s u l th a si n d i c a t e dt h a tp e l l e t i n gf l m 妇db e dt e c h n o l o g y ( p f b t ) w a sa p r a c t i c a la n df e a s i b l eu n i f i e dp r o c e s st ot r e a tt h ew a s t e w a t e r b yu s i n gp f b t ，t h ec o s tw a s d e c l i n e d d r a m a t i c a l l y ，t h es l u d g ed e w a t e r b i l i t y w a s i m p r o v e dm a r k e d l y ，w h e r e a s t h e c o n s t r u c t i o na r e aw a sm i n i s h e do b v i o u s l y i nt h i s p a p e r ，b a s e do nt h ep r e v i o u se x p e r i m e n t ，b yt a k i n g t h em e i l i nw a t e rp l a n t w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta st h eo b j e c t p f b tw a sa p p l i e dt oc o n c e n t r a t et h ew a s t e w a t e r 诹ma s c a l eo f1 0 2 5 m 3 h e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e d t h a t ： ( 1 ) u n d e rt h ep i l o t - e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，t a k i n gt h ec a t i o np l o y a c r y l a m i d e ( p a m ) a s f l o c c u l a n t ，t h em i n i m u md o s a g ew a s3 6 4 2 0 ，a n d5 r p m w a st h eo p t i m a ls t i r r i n gs p e e do f b l e n d e r ；u n d e rc o n t i n u o u se x p e r i m e m a lc o n d i t i o n ，t h em a x i m u m w a t e rf l o wr a t eo f t h ep f b t w a si nn e g a t i v ep r o p o r t i o nt ot h et so ft h er a ws l u d g e , w a t e rf l o wr a t ei nt h ep e l l e t i n g f l u i d i z e db e d ( p f b ) c o u l dr e a c h4 9 6 c m m i nw h e nt h et so ft h er a ws l u d g ew a s6 8 7 0 m g l ， w h i l et h ec o r r e s p o n d i n gm a x i u m u mw a t e rf l o wr a t ew a sd e c r e a s e dt o3 7 7 c m m i nw h e nt h e t so ft h er a ws l u d g ea s c e n d e dt o1115 8 m g l u n d e rt h es f l l n ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，w i t h t h el i m ed o s a g eo f 5 0 0 m g l ，t h ep a m d o s a g ec o u l db es a v e d t o2 8 3 5 0 ，a n dt h em a x i m u m w a t e rf l o wr a t ec o u l db ee n h a n c e df r o m3 8 5 0 c m m i nt o4 2 - 5 7c m m i n ( 2 ) c o m p a r e d w i t ht h ec o n v e n t i o n a lg r a v i t y c o n c e n t r a t i o np r o c e s s ，b yu s i n gp f b t ，t h e f l o c c u l a n td o s a g ec o u l db es a v e dd r a m a t i c a l l y ，u n d e rt h ec o n v e n t i o n a lp r o c e s s ，t h ep a m d o s a g ei s5 - 7 o ，a c c o m p a n i e dw i t hl i m ed o s a g eo f1 6 0 0 m g l t h ee x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h a t 西安建筑科技大学硕士学位论文 t h ec o n s u m e dd o s a g eo fp a mw a sj u s t2 5 4 0 o fc o n v e n t i o n a lp r o c e s sw i t h o u tl i m e c o n s n l n e ；w h e nt h el i m ew a s u s e df o l l o w i n gt h ep a ma sf l o c c u l a n t ，t h ep a mc o n s n l t l ec o u l d b eah a l fo ft h ec o n v e n t i o n a lp r o c e s s a n dt h el i m ed o s a g ew a ss a v e da b o u t7 0 ， ( 3 ) u s i n gt h ep f b t ，t h es l u d g es e n d i m e n t a b i l i t yc o u l db ei m p r o v e dm a r k e d l yw i t h i na s h o r tt i m e t h es l u d g e p a r t i c l es e n d i m e n t a l r a t eo fc o n v e n t i o n a l p r o c e s si s0 0 16 7 m m s ，w h i l e t h es a m ei n d e xo f p f b ti s5 2 0m m s ( 4 ) u s i n g t h ep f b t ，t h es o l i dc o n c e n t r a t i o no ft h es l u d g ec o u l db er e d u c e ds i g n i f i c a n t l y w i t h i nas h o r tt i m e u n d e rt h et r a d i t i o n a lp r o c e s s ，t h ec o n d i t i o n i n ge o u l d n tc o n t r i b u tt ot h e s l u d g ec o n c e n t r a t i o n ，a n d t h es o l i dc o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t1 ；w i t ht h ef i tp a m d o s a g e ，t h e s l u d g e c o n c e n t r a t i o nw o u l db e3 - 5 a f t e rt h ep f b tp r o c e s s ( 5 ) t h ec e n t r i f u g ew a s c h o o s e na st h ef o l l o w i n gd e w a t e r i n gd e v i c e ( 6 ) c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lp r o c e s s ，b yu s i n gt h ep f b tp r o c e s s ，t h er u n n i n gc o s t c o u l db ee c o n o m i z e da b o u t51 ，t h ei n v e s t m e n tw a sr e d u c e dt o2 6 ，a n dt h eo c c u p i e da r e a w a s j u s t2 4 0 o f t h et r a d i t i o n a lp r o c e s s k e y w o r d s ：w a s t e w a t e ro f w a t e r p l a n t ，f l n i d i z e dp e l l e tb e dt e c h n o l o g y ，s l u d g ec o n d i t i o n i n g ， s l u d g ec o n c e n t r a t i o n ，s l u d g ed e w a t e r i n g d e v i c e t h e s i s ： a p p l i c a t i o nr e s e a r c h f i n a e i a l s u p p o r t e db y ：k e yp r o j e c t o f e d u c a t i o no f f i c e ，s h a n n x ip r o v i e n c e ( o l z c 2 1 ) ； t h et e a c h i n ga n dr e s e a r c ha w a r dp m g r a mf o ro u t s t a n d i n gy o u n g t e a c h e r si nh i g h e re d u c a t i o ni n s t i t u t i o n so f m o e p r c ， 声明 y 一6 1 6 7 9 1 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：肥b 关于论文使用授权的说明 日期：2 0 0 4 - 6 f f 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后 黼撇：晦叫 注：请将此页附在论文首页。 ：o d 争占1 多 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 自来水厂排泥水处理技术研究概况 1 1 自来水厂排泥水处理的意义 水资源的可持续利用是当今社会面临的重要课题，水资源短缺、水质污染是其中亟 待解决的中心问题。我国是世界上1 3 个贫水国之一，人均水量仅为2 6 3 0 m 3 ，人均水资 源占有量仅为世界人均占有量的四分之一，而且在时空分布上极不均匀，许多地区水资 源短缺，约3 0 0 个城市缺水，其中1 0 8 个城市严重缺水。而日益严重的水质污染，更 加剧了水资源的短缺。虽然积极的开源节流、先进水处理技术的开发应用在一定程度上 缓解了部分城市的缺水问题，但并没有从根本上解决水资源的短缺问题，在废水再生回 用与节约用水技术研究方面仍有许多工作要做。 自来水厂生产废水约占水厂总净水量的4 7 【2 j ，主要包括反应沉淀池( 或澄清 池) 排泥水和滤池反冲洗水，本文统称为排泥水。目前大部分水厂排泥水基本上不经处 理直接排入水体，或排入市政排水管网，既造成了环境污染，增加了污水厂负荷，又造 成了水资源的极大浪费，环境效益、经济效益和社会效益极差。随着水厂数量的日益增 多，水厂规模的日益扩大，水厂排泥水的排放量也日益增大，排泥水直接排放的危害日 益凸现，解决排泥水处理问题迫在眉睫。当前，发达国家排泥水处理率己高达7 0 8 0 【2 】，然而我国仅在北京、上海、深圳、杭州、西安、广州、石家庄等大城市有为数不 多的几家水厂对其部分排泥水进行处理，且工艺运行中存在很多问题，针对排泥水的科 研、设计及运行管理还刚刚起步，处理技术、工艺还不够合理和成熟。 我国是水资源紧缺的国家，水资源是制约国民经济可持续发展的重要物质条件。努 力搞好自来水厂排泥水处理工程，在改善水环境的同时，还可回收利用占水厂供水量3 5 左右的水量，一定程度上缓解水资源紧缺的矛盾【3 j 。我国近2 8 0 0 个城市自来水厂今 后若实旄建设排泥水处理工程，将可能涉及数百亿元巨额基建投资的合理使用，预期工 程效应和环境效益的实现等重大现实问题。因此，针对排泥水的技术开发和工艺研究显 得尤为重要。 1 2 捧泥水处理技术的发展及现状 1 2 1 国外排泥水处理技术的发展及现状 2 0 世纪7 0 年代以前，世界上先期建造的一些自来水厂排泥水处理设施，很大程度 上是沿用污水厂的污水和污泥处理方法，没能结合自来水厂排泥水的特点综合考虑。 2 0 世纪6 0 年代，有人开始着手认真研究自来水厂排泥水处理和污泥处置问题。各 西安建筑科技大学硕士学位论文 国研究人员调查了自来水厂的排泥水处理与水厂净水工艺之间的关系，探讨了自来水厂 排泥水与污水厂污水处理工艺的相同点和不同点，在总结已建成的自来水厂排泥水处理 设施的运行经验和教训的基础上，针对自来水厂排泥水的有关特点，设计开发了多种行 之有效的工艺、设备。7 0 年代以来，在总结以往运行经验教训的基础上，美国，日本， 欧洲等发达国家的自来水厂排泥水处理和污泥处置工作在蓬勃发展的经济的带动下得 到了迅猛发展，较大规模的自来水厂一般均配置有较为完善的，自动化程度较高的排泥 水处理和污泥处置设施。据资料介绍1 2 】，欧洲许多国家的自来水厂排泥水处理率已达 7 0 ，而在日本更是达到8 0 以上。相应地，与排泥水处理有关的法律法规，技术规范 也应运而生，日本于1 9 7 5 年6 月颁布了水质污浊防止法，规定设有沉淀池和滤池 的自来水厂，其排泥水必须经处理至符合水质排放标准才能排出，从而在法律上规定了 自来水厂必须进行排泥水处理h j 。 欧美等发达国家自来水厂排泥水处理经历了几十年的发展历程，现在己形成较为完 善的处理工艺。目前国外大部分水厂排泥水处理的基本方法是先将排泥水调质浓缩，后 经机械脱水( 包括板框压滤、真空吸滤、带式压滤、离心分离等) 将污泥滤干，脱水污 泥再进行堆肥、填埋、焚烧等最终处置。美国、日本和欧洲等国的较大规模自来水厂， 一般均配置有较为完善的、自动化程度较高的排泥水处理和污泥处置设旄，而离心机脱 水、加压过滤脱水等机械脱水方法更是得到了普遍应用【2 】。以巴西r i od e s c o b e r t o 水厂 为例，国外排泥水处理工艺流程如图1 1 所示1 5 j ： 竺门丽一眄丽 _ 与 二二二j 二尚 卜_ 1 一i l 上清液至原水配水井r ；瓦五忑磊 t 磊；磊了 疆i l均化池底泥il 耀缁糌伲l 池l 广1 广j 士击 i 污泥干化场ii 塑：! 些查塑i _ 叫塑塑塑 泥饼 图1 1 国外捧泥水处理工艺流程 在欧洲某些水源水质较好的自来水厂，由于排泥水中含泥量少，往往将排泥水排入 市政排水管网，输送到就近的污水厂统一进行处理 在某些气候干旱，土地便宜的地区， 污泥千化场应用也较为广泛f 6 】。 1 2 2 国内排泥水处理技术的发展及现状 早在2 0 世纪7 0 年代，我国就颁布了工业废水排放标准，明确规定了废水中悬浮物 的撮高允许排放浓度。水厂排泥水中悬浮物浓度远远超过规定标准，因为经济条件的制 约，主观上又没引起足够重视，水厂排泥水处理工艺至今发展缓慢，直至2 0 世纪8 0 年 西安建筑科技大学硕士学位论文 代才开始了排泥水自然干化和机械脱水的探索。1 9 9 6 年石家庄第八水厂率先建成污泥脱 水车间【7 l ，而后，有关排泥水处理的探索也相继在北京、深圳、上海、杭州、广州、西 安等城市的部分水厂展开 8 、j 2 】。目前，许多水厂排泥水处理设旖正在建设或正在筹建。 但是，由于起步较晚，对于不同水源，不同制水工艺所产生的排泥水，其干泥量的确定、 调质浓缩工艺的优选、脱水机械的选择等均缺乏设计研究与实际运行经验，且各水厂排 泥水处理系统相对较复杂，基建费用较高，因此水厂排泥水技术研究意义重大。 国外排泥水处理工艺经过数十年的发展，虽然已经形成了较为完善的工艺运行体系， 但它基本等同于新建一座小型净水厂，不仅初期投资高、经常运行管理费用高、设备多、 管理复杂，而且占地面积很大。对于运行中的自来水厂来说，仅占地面积一项就很难解 决，造成排泥水处理工程在很多自来水厂难以实施。在借鉴国外先进生产经验的基础上， 国内发展了适合我国国情的排泥水处理工艺。当前国内自来水厂排泥水处理工艺有两种 选择，其一，滤池反冲洗废水与反应沉淀池排泥水合并处理，如图1 2 ( a ) 所示p j 。此 种工艺选择常见于某些排泥水处理工艺建成较早的水厂或排泥水沉降性能欠佳的水厂， 如深圳梅林水厂，石家庄第八水厂，广州西洲水厂等；其二，滤池反冲洗废水经沉淀后， 底泥与反应沉淀池排泥水合并处理，如图1 2 ( b ) 所示【3 】。此种工艺流程常应用于某些 新建水厂或排泥水沉降性能良好的水厂，如北京第九水厂，西安曲江水厂等。排泥水经 浓缩池浓缩，浓缩污泥进入污泥脱水问进行机械脱水，泥饼外运。排泥水处理上清液视 水质状况排入原水配水井或市政排水管网。 至原水配水井一罩一卜至市政排水管网 上清液 滤池反冲洗废水广 广i 广 ( a ) 沉淀池排泥水与滤池反冲洗废水合并处理 ( b ) 沉淀池排泥水与滤池反冲洗废水分开处理 图i2 国内排泥水处理传统工艺 一 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 3 排泥水处理技术与工艺的发展方向 在整个排泥水处理工艺中，排泥水浓缩是关键，浓缩技术的革新是排泥水工艺发展 的标志，高效浓缩技术的研究与开发、浓缩工艺的改进，是排泥水处理工艺的发展方向。 浓缩效率的高低，浓缩效果的好坏，直接影响排泥水处理成本，甚至整个自来水厂的运 行成本。污泥浓缩效率低，则污泥在浓缩池中的停留时间长，浓缩池污泥负荷低，导致 浓缩池基建费用高，运行管理费用增加，而过长的停留时间易造成污泥腐败乃至浓缩效 果恶化，导致压滤脱水过滤介质堵塞，或离心脱水上清液余浊过高，或泥饼含固率过低， 对后续机械脱水极为不利。因此，污泥浓缩效果的好坏( 浓缩后污泥含水率的高低) 将 直接影响污泥脱水效果，决定脱水工艺运行成本。 排泥水浓缩的目的在于提高排泥水含固率，含固率越高对机械脱水越有利。目前国 内外采用的浓缩工艺有重力浓缩和气浮浓缩两种。由于重力浓缩工艺简单，运行稳定， 成本低廉，水厂排泥水处理一般采用此种浓缩工艺。对于某些浓缩池面积不能满足固体 通量要求的浓缩池，可增设斜板以提高浓缩效率。关于浓缩技术，国内外进行了大量研 究，并在传统浓缩池基础上研发成功了适合于水厂排泥水处理特点的新型浓缩池。 1 3 1 传统浓缩工艺简介 浓缩工艺是排泥水处理研究中关注的焦点，国外对此做了大量研究，并根据排泥水 的特点对传统浓缩池进行了改造。当前比较流行的浓缩工艺有l a m e l l a 浓缩技术和 s u p a f l 0 高速浓缩工艺。 早在在二十世纪七十年代，国外就开始了针对于l a m e l l a 浓缩池的研究，发展到现 在已成为一种先进的污泥浓缩工艺。l a m e l l a 浓缩池是一种横向流斜板污泥浓缩池，它 具有池型小，浓缩效率高的优点。它的内部可分为两个工作区，一是上部的斜板浓缩区， 二是下部的污泥压密区，在压密区一般都设有搅动栅以提高污泥压密效率。g e b a u e r 认 为【”l ，l a m e l l a 浓缩池斜板浓缩区能给污泥浓缩提供相对静止的浓缩环境，同时使污泥 分配更均匀，避免了普通重力浓缩池容易出现的异重流现象。污泥压密区更不受浓缩池 进泥的影响，污泥层处于相对静止的压密状态。从斜板浓缩区沉下的污泥均匀分布于污 泥床上面。搅动栅缓慢搅动，在污泥层中产生因压实而需排除的水分的通道，同时破坏 污泥颗粒间的分布结构，使其排列更整齐，更紧密。l a m e l l a 浓缩工艺示意图如图1 3 【i 。 s u p a f l o 高速浓缩池也是一种较为先进的浓缩工艺，它具有产量高，体积小，投 资省，运行管理方便等特点。其浓缩机理为：在进入浓缩池的泥浆中投入一定量的絮凝 剂，泥浆从池底附近注入，由导流锥呈2 0 4 5 度角注入到泥浆层中，固体物被截留在 泥浆层内，通过泥浆层滤出的澄清液经溢流堰流入集水槽内，泥浆层的上半部分保持悬 浮状态，下半部分产生浓缩污泥，由下部排泥管排出。这种浓缩机理弥补了传统浓缩池 西安建筑科技大学硕士学位论文 固体物自由沉降缓慢的工艺缺陷，浓缩效率较高”1 。 由两 进水 心 斜板浓缩区 l 0 及中间廊道布水 污泥压密区 浓缩污泥 图1 3l a m o l l a 浓缩工艺示意图 1 3 2 污泥浓缩设备捧泥水浓缩工艺的发展方向 虽然进行了大量的科学研究和技术改造，但目前国内外普遍采用的重力浓缩池和气 浮浓缩池仍存在着污泥负荷低，停留时间长和浓缩后污泥含水率较高等问题。污泥浓缩 设备是近年来国际上普遍采用的污泥处理先进设备，它具有工艺流程简单，自动化程度 高，运行连续，控制简便，工作过程可调等一系列优点，并省却了污泥浓缩池，在一定 程度上节省了建设资金，正得到越来越广泛的应用。国外产品中应用较多的有瑞典阿法 拉伐a l d r u m 污泥浓缩系统和德国r o e d i g e r 公司的转鼓预浓缩污泥脱水一体化设 备，而西安建筑科技大学研究开发的一种新型污泥浓缩工艺上向流造粒流化床工 艺，已在西安曲江水厂成功进行了中试实验，取得了良好的效果。 瑞典阿法拉伐a l d r u m 污泥浓缩系统由絮凝反应器和转筛浓缩器组成。a l d r u m 絮凝反应器由常压反应器及专门设计的螺旋搅拌器组成，为确保污泥的完全絮凝，螺旋 搅拌器能使絮凝剂和污泥充分混合，并与污泥中的固体发生絮凝反应。螺旋搅拌器清洁 光滑，避免搅拌时对絮体的破坏。絮凝后污泥在重力作用下流入a l d r u m 转筛浓缩机； a l d r u m 转筛浓缩机工作原理为：经絮凝处理后的污泥通过低速旋转的转筛浓缩机进 行固液分离，污泥中液体透过滤网流出，截流下来的污泥得到浓缩。出泥浓度可随污 泥进泥流量、转筛倾角及旋转速度改交而改变。 德国r o e d i g e r 公司的转鼓预浓缩污泥脱水一体化设备亦得到较为广泛的应用。 其浓缩机理是：污泥中加入高分子絮凝剂后送入有一定旋转速度的螺旋推进型的转鼓浓 缩机，在重力和离心力的作用下，污水逐步由转鼓表面筛网滤出，达至浓缩的效果。污 泥在筛网内经螺旋推进继续前移，最后移出转鼓筛网末端，结束脱水。其特点是自动化 程度高，出水水质好，能耗较低，用药量较少，无噪音，可有效地去处水中的嗅昧。但 该设备对进泥含水率要求较高，一般不应高于9 7 ，且出泥含水率仍较高，一般为8 8 9 3 。 上向流造粒流化床工艺作为一种新型工艺，有广泛的应用前景。该工艺通过提高污 泥结团体的密度来达到提高浓缩效率、降低污泥含水率的目的，其造粒过程实际上是强 西安建筑科技大学硕士学位论文 化絮凝与高效固液分离相结合的过程，亦称结团凝聚过程( p e l l e t i n gc o a g u l a t i o n & f l o c c u l a t i o n ) 。所形成的近似球形的污泥颗粒，亦可称为结团体。该装置由内桶和外 桶组成，浓缩机理为：加入高分子絮凝剂的污泥由底部进入流化床内桶，在水力搅拌和 机械搅拌的双重作用下实现结团絮凝，高密度大颗粒结团絮体在重力作用下进入外桶， 由下部排泥管排出，上清液由外桶上部出水管排出。通过投加适当的混凝剂，在适当的 搅拌强度下，该工艺可将污泥停留时间缩短至2 5 4 0 m i n ，污泥含水率降低至8 0 8 8 ， 水力负荷提高到2 1 6 6 7 3 c m m i n 【l 。 1 4 本课题研究内容、技术路线及研究方法 1 4 1 课题研究内容 本课题的研究内容为陕西省自然科学基金项目“水厂生产废水高效处理技术集成与 设备开发”的部分内容，同时也是深圳市水务( 集团) 有限公司2 0 0 2 年度与西安建筑科 技大学合作研究科技项目“自来水厂排泥水处理技术研究”中的部分内容。课题针对目前 自来水厂排泥水处理技术中存在的主要问题，结合深水集团梅林水厂排泥水特点及其处 理现状，确定主要研究内容如下： ( 1 ) 水厂排泥水污泥停留时间对污泥性质的影响； ( 2 ) 上向流造粒流化床污泥高效浓缩技术中试实验研究； ( 3 ) 污泥脱水机选型； ( 4 ) 上向流造粒流化床浓缩工艺与传统浓缩工艺的技术经济比较。 1 4 2 技术路线 对于排泥水调质性能的研究，以梅林水厂排泥水为实验对象进行；污泥高效浓缩技 术研究，在梅林水厂进行中试实验；对于污泥脱水机选型，采用调查研究结合脱水实验 的方法进行选择。 1 4 3 研究方法 ( 1 ) 水厂排泥水污泥停留时间对污泥性质的影响研究 以梅林水厂排泥水为处理对象，取足量排泥水于容器中，避光保存。测定排泥水水 样总固体，p h 值，密度，定时取上清液测定z e t a 电位，将泥样缓慢搅匀，取泥样分别 测定c o d c ，污泥比阻。测定时间间隔1 2 小时。 ( 2 ) 污泥的高效浓缩技术研究 工艺参数优选： 通过模型动态实验，寻找不同污泥浓度下的最小投药量和最大上升流速，以及最佳 西安建筑科技大学硕士学位论文 搅拌转速，并研究石灰投加对浓缩效果的影响。 工艺运行： 优化状态下，实现间歇排泥和连续排泥两种运行方式。 ( 3 ) 排泥水处理工艺流程的优选 对不同的污泥浓缩设备和脱水机械的配合衔接方案，进行技术经技分析，主要考虑 的因素有：占地面积、基建投资、设备运行的可靠性、系统自动化程度。然后确定一种 较为合理的配合衔接方案，同时选择适合的配套设备。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 梅林水厂排泥水污泥浓缩脱水性能实验研究 2 1 梅林水厂捧泥水的组成成分及对污泥脱水性能的影响 水厂排泥水污泥的组分为污泥中的水分、无机物、藻类及有机物、以及净水工艺加 入的药剂。日本神奈川县水质试验所研究表明，污泥浓缩脱水性能好坏与污泥有机物含 量、污泥颗粒粒径大小及污泥中铝的含量有很大关系【3 1 ，而j r p a n 等认为，污泥脱水 性能受污泥有机物含量、污泥颗粒粒径大小、颗粒形状、表面电荷、比表面积、密度、 结合水含水率及p h 值等因素影响1 1 7 j 。 2 1 1 无机物 污泥中的无机物包括s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 、t i 0 2 、m n o 、c a o 、m g o 掣3 1 。无机粘 土颗粒粒径对污泥脱水性能影响很大。粒径越小，粒径分散度越大，污泥沉降陛能越差， 污泥颗粒吸着水和结合水含量越高，污泥脱水性能越差。梅林水厂排泥水污泥颗粒平均 粒径5 2 5 6 9 m ，且分散度不大。对比神奈川县水质试验所研究结果1 3 ，该种粒径的污泥 颗粒浓缩脱水性能较好。 2 1 2 藻类及有机物 污泥中藻类及有机物的存在对污泥浓缩脱水极为不利。藻类生长过程中产生的高分 子有机物附着在污泥颗粒表面，或有机物大分子与混凝剂水解产物形成的表面络合剂， 都会不同程度地影响混凝过程【l ”。d u l i n 和k n o c k e 的研究证明【1 9 1 ，由于藻类及有机物 的存在，污泥调质中难以形成大颗粒絮体，脱水性能较差；污泥中藻类的存在使污泥颗 粒性质和颗粒粒径分布发生了变化，致使污泥易发酵变质，有粘性，沉降、脱水性能差， 且随着泥龄的增长，水质易于恶化，不利于后续污泥调质、脱水。由于有机亲水颗粒( 有 机物及氢氧化物) 的存在，絮体中吸着水含水率较高，致使排泥水调质效果不佳，亦不 利于后续脱水工艺；另外，由于藻类及有机物密度较小，难于沉降，粘性较大，易压缩 变形，因此污泥中有机物含量越高，污泥脱水性能越差，越难于处理。某些以湖泊、水 库水为水源的水厂排泥水密度甚至小于1 9 e r a 3 ，且粘性较大，这些污泥往往非常难于处 理。梅林水厂原水藻类含量很高，一般为5 7 千万个升，最高达2 亿个升，因此排泥 水中藻类含量较高；排泥水有机物含量3 0 以上，排泥水密度0 9 6g e m 3 左右，对比神 奈川i 县水质试验所研究结果口】，该污泥沉降脱水性能极差。 2 1 3 净水工艺投加的药剂 水厂净水工艺反应池中需投加铝盐，因此水厂污泥中铝盐含量较高。污泥脱水性能 西安建筑科技大学硕士学位论文 的好坏与污泥中铝盐含量有很大关系。铝盐水解形成氢氧化铝，其密度与水接近，因此 其含量影响污泥沉降性能2 0 1 。制水工艺中铝盐投加量越高，排泥水铝盐含量越高，污泥 沉降陛能越差，越难于处理。梅林水厂排泥水污泥中铝含量为4 2 6 0 公斤吨干泥，对 比神奈川县水质试验所研究结果l ”，该种情况下污泥脱水性能一般。 2 1 4z e t a 电位 排泥水污泥颗粒为反应沉淀池脱稳胶体粒子，z e t a 电位较低，因此z e t a 电位不是造 成水厂污泥浓缩脱水性能极差的主要因素。然而随着停留时间的增长，污泥颗粒z e t a 电位将升高，较高的z e t a 电位不利于污泥的浓缩脱水”9 】。 综上所述，引起梅林水厂排泥水污泥浓缩脱水性能极差的主要因素是污泥中极高的 藻类及有机物含量，因此，污泥停留时间对污泥浓缩脱水性能有较大影响。另外，随着 停留时间增长，颗粒z e t a 电位升高，不利于污泥浓缩脱水。因此，有必要通过实验研究 停留时间对污泥浓缩脱水性能的影响。 2 2 污泥浓缩性能涌试实验内容及实验方法 2 2 1 实验内容 本实验研究了排泥水浓缩污泥c o d c ，污泥比阻，上清液z e t a 电位7 2 小时内随时 间的变化规律，并通过上向流造粒流化床污泥浓缩中试实验分析了污泥停留时间对调质 投药量的影响。 2 2 2 实验方法 实验以梅林水厂排泥水为研究对象。该水厂以深圳水库为水源，原水藻类及有机物 含量较高，排泥水沉降、脱水性能极差。 实验取足量排泥水于容器中，避光保存。泥样总固体9 5 4 7 m g l ，p h 值8 3 ，密度 o 9 6 9 c m 3 。定时取上清液测定z e t a 电位，将泥样缓慢搅匀，取泥样分别测定c o d c ， 污泥比阻。测定时间间隔】2 小时。 污泥停留时间与投药量的关系通过造粒流化床水厂排泥水调质浓缩中试实验确定。 2 3 实验结果及分析 2 3 1 污泥浓缩池停留时间对污泥c o d c ，的影响 污泥c o d c ，随沉淀池停留时间的变化如图2 1 所示。 在前2 4 小时，污泥c o d c ，迅速上升，由初始时刻的1 9 8 5 m g l 上升至2 4 小时的 3 0 7 5 m g l ：2 4 小时至4 8 小时，污泥c o d c r 基本保持不变：至7 2 小时，上升至3 5 7 5 m g l 。 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 j i l lr u h s i n gp a n 等1 1 7 j 通过实验证明，由于生物降解作用，水厂排泥水污泥t o c 应 随时间呈下降趋势。对于水质比较稳定的污水，t o c 与c o d c ，有一定的相关关系【2 i 】， 因而对于水厂排泥水，污泥c o d e ，也应随时间呈下降趋势。由于实验条件所限，实验中 只能以c o d c r 代替t o c 来反映排泥水有机物含量。本实验中，由于实验方法所限，实 验初期大分子有机物不能被氧化剂氧化，故而所测c o d c ，偏小；前2 4 小时内，随着停 留时间增长，大分子有机物被分解成小分子有机物，有机物颗粒变小，故所测c o d c ， 值上升较快；2 4 7 2 小时，大分子有机物降解速度与小分子有机物氧化分解速度趋于平 衡，c o d c ，值上升较慢。实验数据说明，随着停留时间的增长，大分子有机物颗粒逐渐 被生物降解，颗粒粒径减小。 2 3 2 污泥浓缩池停留时间对上清液z e t a 电位的影响 排泥水上清液z e t a 电位随时间的变化规律如图2 2 所示。由图可见，随着污泥停留 时间的延长，排泥水上清液z e t a 电位缓慢升高。初始时刻，上清液z e t a 电位为一1 7 9 m v ， 1 2 小时后升至一3 5 0m v ，2 4 4 8 小时变化不大，7 2 小时后z e t a 电位升至一7 8 8 m v 。 s g u 目 脚 o 时间( h ) 01 22 43 64 86 07 2 图2 2z e t a 电位随时问的变化 由于排泥水污泥颗粒为反应沉淀池脱稳颗粒，故而初始时刻z e t a 电位较低；随着停 留时间的延长，由于排泥水中微生物对藻类及有机物的降解作用及藻类细胞问质的渗 出，上清液z e t a 电位缓慢升高至一7 8 8m v ，但一直维持在较低的水平上，不会对污泥 调质浓缩产生大的影响。 2 3 - 3 污泥浓缩池停留时间对污泥比阻的 影响 污泥比阻随沉淀池停留对间的变化如 图2 3 所示。由图可知，污泥比阻在前2 4 小时内迅速上升，由1 7 4 x 1 0 1 1 m k g 上升至 2 5 9 1 0 1 1 m k g ，2 4 小时至7 2 小时，污泥比 阻随停留时间的延长略有增大。 1 0 q = 。 v 要 童 螺 o1 22 43 64 86 07 2 时间( h ) 图23 污泥比阻随时间的变化规律 dhg)，占ou 西安建筑科技大学硕士学位论文 污泥比阻与污泥颗粒粒径，污泥颗粒可压缩性，污泥中水份存在形式等因素有关。 污泥粒径越小，颗粒可压缩性越高，污泥结合水含水率越高，污泥比阻越大。前2 4 小 时，随着停留时间的延长，在生物降解作用下大颗粒有机物分解速度较快，颗粒粒径迅 速变小，结合水含水率迅速增高，故而污泥比阻增大较快；2 4 小时后，大部分大颗粒有 机物己被分解，污泥颗粒粒径变化较慢，因此污泥比阻随时间的延长略有增大。 2 3 4 污泥比阻与调质投药量的关系 以深圳水务集团梅林水厂排泥水为处理对象，采用上向流造粒流化床浓缩工艺进行 中试实验，以确定污泥停留时间对调质投药量的影响。实验分为两组，1 组为新鲜排泥 水，2 组为1 组排泥水浓缩池停留2 4 小时后形成的排泥水。实验选用法国s n f 公司阳 离子p a m 作为调质药剂，固定进泥流量 不变，改变阳离子p a m 投药量( p a m 干 固体重量与干污泥重量之比) ，考察出泥 比阻随投药量的变化规律。实验结果如图 2 4 所示。由图可见，污泥停留时间对调 质投药量有较大影响。以出泥比阻r o 5 小 于5 1 0 m k g 作为主要控制指标，新鲜 污泥所需最小阳离子p a m 投药量为 3 6 2 9 o o ，沉淀池停留2 4 小时后污泥所需 最小阳离子p a m 投药量为3 8 1 o ，后者 较前者增加投药量约5 。因此，较长的 停留时间将导致调质投药量的变化。 2 4 本章小结 詈 毛 三 1 5 1 0 1 卜1 - - - 1 1 - 2 ， | l 心一 ( 1 ) 造成梅林水厂排泥水浓缩脱水性能极差的主要原因是污泥中约3 0 的藻类及有机 物含量； ( 2 ) 由于