活性污泥减量及资源化9.16

1、活性污泥及其来源 活性污泥法是利用微生物的生命活动转化污水中的有机物和有毒有害的物质的方法。微生物由于自身的增殖，在消耗污水中有机物的同时，也会产生剩余污泥。 剩余污泥的来源主要有： 工业污水处理产生的剩余污泥 城市生活污水处理产生的剩余污泥剩余活性污泥的处理 剩余活性污泥中含有一定量的毒害有机物，重金属，致病微生物等有害物质，如不有效处理，将对环境造成直接或潜在的危害。 通常的处理方法中温厌氧消化（生物减量）压滤（机械脱水）填埋或焚烧。污泥的处理费用占到污水处理费用的4055剩余活性污泥处理的原则 1996年，德国人明确提出，对于这种废弃物的处理原则减量，无害化处理和资源化利用。 污泥减量技

2、术脱水减量，控制生物代谢过程减量等。 无害化处理技术中温消化后填埋；焚烧（300元/吨） 资源化利用复合肥，合成燃料，烧砖辅 料。污泥处理技术的关键 通常情况下，剩余污泥的含水量为99。自由水：与固体颗粒之间无作用力，通过简单重力沉淀可实现固液分离。空隙水：絮体或生物体结构内部空隙中的水当絮体或生物体结构被破坏时，空隙水可释放出来。表面水：与固体颗粒表面之间通过吸附或黏附结合的水。水合水：与固体颗粒表面通过化学键结合的水水合水只能通过固体颗粒的热化学破坏而得到释放。污泥脱水困难的主要原因 活性污泥由大量的微生物构成，细胞物质(多聚糖、蛋白质、DNA、类腐殖酸物质、脂肪以及杂聚物质)形成的EPS

3、包围在污泥颗粒的表面。 EPSEPS主要由多聚糖、蛋白质和DNA(得自于死亡细胞的消散)组成，这些物质结合大量水分，产生很好的粘性。同时还有类腐殖酸物质、脂肪以及杂聚物质，如糖蛋白类。污泥脱水困难的主要原因 活性污泥絮体呈电负性，是生物体(主要是细菌)，无机颗粒(硅酸盐、磷酸钙、铁氧化物)，胞外聚合物以及多价阳离子相互之间物理化学作用形成。 污泥颗粒的粒径分布，絮凝过程通过将小颗粒聚集起来而改变污泥颗粒的粒径分布，进而影响污泥的脱水。现有污泥脱水处理技术 物理法物理法（冷冻融化，加热或超声波处理） 化学法化学法（改变酸碱度，加入加入高分子絮凝剂，臭氧曝气，表面活性剂） 生物法生物法（好氧消化，

4、厌氧消化）其中化学法由于成本低，成为主要的污泥脱水预处理技术。可将污泥中的水含量降至78%左右。污泥脱水的目的减量 向剩余污泥中加入各种向剩余污泥中加入各种药剂或力场药剂或力场来调来调理污泥的性质，进而易于固液分离理污泥的性质，进而易于固液分离。 得到含固率高的得到含固率高的泥饼泥饼，从而降低污泥运，从而降低污泥运输及处理处置的费用输及处理处置的费用。现有污泥调理技术的核心 降低活性污泥中的吸湿性胞外聚合物(EPS)的含量来提高活性污泥的脱水效果 通过适当的絮凝条件来得到适宜过滤的污泥絮凝物大小分布来提高活性污泥的脱水速率 衡量的技术参数比阻值。比阻值越大表明污泥越难以用机械过滤进行脱水。污泥

5、调理方法的耦合 表面活性剂絮凝剂 超声强化絮凝剂 表面活性剂酸处理絮凝剂 超声强化表面活性剂絮凝剂 臭氧氧化表面活性剂絮凝剂加入絮凝剂的作用 加入絮凝剂能克服污泥颗粒表面负电荷的斥力，污泥颗粒形成的胶体脱稳并趋于凝聚。 通过架桥形成网状结构并将固体颗粒吸附在上面，从而絮凝污泥，增大絮体颗粒的尺寸，并使絮体变得更加致密。加入表面活性剂的作用 表面活性剂通过分散作用使污泥絮体结构分散解体，同时增溶作用溶出EPS等亲水大分子，释放出原絮体内部的结合水。 实验证明，加入表面活性剂的污泥颗粒粒径比原泥小，90的颗粒粒径都在52 m以下，说明能够凝聚污泥颗粒成团，改变污泥絮团结构，提高污泥脱水性能，含水量

6、可降至68。加入超声波的作用 超声波可以破坏污泥颗粒的强度结构，使其内部包含的水排出，从而使污泥脱水性能得到提高。 实验证明，超声声强在400 W/m2左右时，处理2-4mins，可以使污泥的结合水含量降低50以上。结合水的降低可提高滤饼过滤性能，减少污泥最终含水率。但当平均声强高于1000 w/m2时，超声处理反而不利于污泥的结合水降低。臭氧氧化的作用 经过臭氧氧化，污泥菌胶团密度降低，细胞呈独立暴露游离分布，细胞量明显减少；细胞结构被破坏，细胞壁破坏，细胞质溶出，污泥中的多糖类及细胞壁成分等难于或不可生物降解的有机物转化为易生物降解的分子，可减量污泥40%100%。 由于臭氧需求量太大，设

7、备投资与运行费用高，工业应用受到很大限制。现有污泥调理技术的目的易于采用机械压榨或高速离心的方法脱去水分我们研发工作的着眼点？我们的工作思路 改变污泥颗粒的结构，破坏污泥絮体，使污泥颗粒粒径分布均匀； 在亲水的污泥颗粒表面覆盖一层具有适当HLB值的表面活性剂，使之具有较高的亲油性； 被适当的有机溶剂捕获并分散。如何实现？ 高剪切力场下，破坏污泥絮体和结构，使其均质化； 在破坏污泥结构的同时，加入表面活性剂， 表面包覆的污泥颗粒与非极性有机溶剂逆流接触，被捕获并分散。剩余污泥浮选工艺流程可能出现的问题？ 作为原料的剩余污泥的含水率过滤前？过滤后？ 可能会形成油包水的乳液，使油相含水率过高调整两相

8、的流比，使水相成为连续相；调整溶剂以及表面活性剂的种类；采用物理或化学的方法破乳。实验方案以及计划 五月中旬六月中旬5月11日20日，原料准备，药品准备5月23日6月3日，对实验原料以及实验方案进行初步的探索性实验，6月7日17日，总结实验数据与实验过程中的现象，集中讨论一次。实验原料 原料性状：经过絮凝、压滤、脱水后的污泥；实验测定其含水量为82%；黑色、沥青状粘稠固体，恶臭，有毛发等杂质。 实验用原料制备：200克污泥加入1000克水，经胶体磨均质化，得到固含量为2%3%的还原污泥。然后再加入一定量的表面活性剂。实验过程1 将制备好的还原污泥，与一定量的溶剂，重量比为2：1，在分液漏斗内进

9、行混合震荡，静置分层，分别取出分层各项进行称重。 溶剂为蒽油，洗油，油脚，柴油。 表面活性剂司班60，80（HLB值4左右）吐温60，80（HLB值12左右）木质素磺酸钠和季铵盐（离子型）实验过程2 活性污泥的热解原料：压滤脱水后的污泥（含水82%）热解溶剂：蒽油投料比：1：1（质量比） 常压热解：热解油得率65%，稳定。 加压热解：热解油得率90%，稳定。实验过程中的一些问题？ 污泥中的一些杂质不利于破碎设备。沙子，头发，线团等 单级实验中，污泥可以被富集至溶剂中，起到一定的脱水作用，油泥混合物中的含水量测定不易。溶剂消耗量？水相的再次处理？实验过程中的一些问题？ 污泥热解热解的能量消耗与干

10、化能量消耗？ 孰高孰低？热解油的热值利用与干化焚烧的热值利用？孰高孰低？ 如何与其他燃料配合，得到合适的C,H,O的比例，获得最大的燃烧效率？有关行业的规定 美国是世界上污泥填埋率最高的国家，而日本是污泥焚烧率最高的国家。由此看出，剩余污泥处理受该地区的法律法规影响的最大的。 我国的污泥处理处置技术规范中建议“东部经济发达地区采用干化焚烧，西部欠发达地区采用填埋”。对于填埋污泥对于环境的影响，规范中明确“谁提供，谁负责”。6月中旬7月中旬的工作 浮选过程的文献调研；6月15日6月24日 浮选实验设备的加工；6月24日7月8日 浮选药剂的购买；6月21日7月6日 污泥浮选实验的初步实验。 7月1

11、1日7月15日文献调研情况 泡沫浮选法是一种以各种物质在溶液中表面活性差异为基础的分离技术。 影响因素：被分离的物质种类选择表面活性剂；溶液的PH值影响表面活性剂的存在形式；表面活性剂的浓度小于CMC；？温度和气流速度气泡的稳定性和大小。泡沫分离的工业应用 从1915年起就应用于矿物浮选； 上世纪70年代开始应用于工业废水的处理； 本世纪初开始应用于生活污水的处理。曝气沉沙与浮选表面活性剂；降低絮凝剂与沉淀剂的用量；实验中必须要明确的问题 原料及基本的物性数据？ 浮选柱的结构参数？ 如何选择表面活性剂及其用量？ 浮选过程中的气含率？ 如何评价浮选效果？高碑店污水厂工艺流程全图污泥原料的基本物性

12、 污泥颗粒在水中的行为与胶体物质相近，带有电荷，电位通常在-4520mv； 污泥的pH值为7.22； 污泥颗粒大小（均质后）200500m 污泥含水率99%左右；还原污泥的含水率为97%浮选实验设备的参数 设备参数影响浮选的两个参数气泡表面积通量；污泥负荷； 浮选柱结构参数内径50mm；有效高度h=500mm；浮选实验装置流程气泡表面积通量和污泥负荷 单位时间内通过单位浮选柱截面积的气泡总表面积，表达了气泡数量、大小(气泡直径d )和浮选柱表观充气速率(J )，定义为：Sb=6 Jgdb 污泥负荷是单位时间内的污泥加入量。表面活性剂的选择与用量 HLB值，决定了表面活性剂亲水性的参数油包水（H

13、LB=4），水包油（HLB=10.5）改变污泥颗粒表面的电位，提高疏水性 CMC，临界胶束浓度；对于浮选过程，低于CMC；对于反相微胶团萃取，高于CMC。 关键因素之一。待选表面活性剂列表商品名商品名组成组成类型类型HLBHLBSPAN-80山梨醇单油酸酯非离子4.3SPAN-60山梨醇单硬脂酸酯非离子4.7TWEEN-60聚氧乙烯山梨醇单硬脂酸酯非离子14.9TWEEN-80聚氧乙烯山梨醇单油酸酯非离子15.0聚乙二醇1000聚乙二醇单油酸酯非离子18油酸钠油酸钠阴离子18硬脂酸钠硬脂酸钠阴离子21十二烷基磺酸钠十二烷基磺酸钠阴离子13月桂酸十二烷酸阴离子12浮选柱中的气含率 浮选柱内的气含

14、率直接决定了气泡荷载上浮无的数量，从而决定了污泥中有机质的产率和回收率。 通过注入清水，无采出无进料的通气实验，考察通入气体流量与平均气含率的关系。浮选通常的数据范围为20%35%。（待测定） 水处理方法和絮凝、浮选、分离装置 Kataoka，Katsuyuki等(Ebara Corp，Japan)日本公开特许公报JP 2002 ll3，47l 2002，4，16 6页(日本) 该水处理方法包括以下几步： 加无机絮凝剂，搅拌，絮凝悬浮固体： 带气泡的浮选处理，将生成的废液返回原水中。 该装置包括一个絮凝搅拌槽、使用压缩空气的浮上分离设备和分离槽、生成之废水的返回设备和污泥脱水设备。该水的絮凝方

15、法可节约絮凝剂的消耗，提高浮上分离效果。浮选过程的评价 浮选效率浮选率=浮选得到的干污泥量/污水中总干污泥量 脱灰效率脱灰率=尾渣灰分总量/污泥总灰分量 浮选时间约30min 浮选操作方式：间歇 污泥负荷：1200克左右实验过程中比较的参数 表面活性剂种类 表面活性剂加入量（CMC, ? ） 气含率 pH值 操作方式表面活性剂对浮选效果影响1比较项目比较项目油酸钠油酸钠硬脂酸钠硬脂酸钠十二烷基十二烷基磺酸钠磺酸钠月桂酸月桂酸聚乙二醇聚乙二醇10001000污泥总量1238125012371296含水率97%70%70%70%97%灰分浮选剂量11111气体流速1l/h1l/h1l/h1l/h1

16、l/h浮选时间30min30min30min30min30min浮选效率52%71%65%68%脱灰效率下一步的工作安排 7月18日7月22日专利文献的翻译与样品的灰分测定 7月25日7月29日表面活性剂种类对浮选影响 8月1日8月12日高于CMC浓度下，表面活性剂的影响。7 7月月1515日日8 8月月1212日工作日工作 对表面活性剂在污泥浮选中气泡负载性能进行比较； 改进了现有浮选工艺流程； 对表面活性剂加入量对浮选过程的影响进行了比较。气泡中污泥絮体含量的比较气泡中污泥絮体含量的比较 在浮选过程中，被浮选物由于表面活性剂的存在而变得疏水，表面能降低，从而会向气液界面迁移与气泡发生“锁合

17、效应”，将被浮选物吸附在气泡上。 通过气泡负载量的测定可对表面活性剂进行初步筛选，从而确定更适合的污泥搜捕剂。实验方法与过程实验方法与过程 原料采用二沉池的污水，固含量0.6%； 表面活性剂加入量为总质量的千分之一； 利用胶体磨的强力搅拌来进行混合发泡； 刮取上层泡沫干燥3h后称重。气泡负载量的测定气泡负载量的测定对气浮装置的改进对气浮装置的改进实验方法 将800克左右的污水（固含量0.6%）加入到浮选柱中； 开恒流泵使污水在装置内循环流动； 加入一定量的表面活性剂； 通入压缩空气，0.46L/min，气含率33%。加入量（g）固含量（wt%）浮选率%浓缩倍数0.71.02441.71.012

18、.7604.51.481.14741.9800800克左右污水克左右污水+ +十二烷基磺酸钠十二烷基磺酸钠800800克左右污水克左右污水+ +油酸钠油酸钠加入量（g）固含量（wt%）浮选率%浓缩倍数0.722.5744.21.012.7634.5800800克左右污水克左右污水+ +月桂酸月桂酸加入量（g）固含量（wt%）浮选率%浓缩倍数0.71.75512.91实验中想到的问题 浮选的目的脱灰？浓缩？浓缩到什么程度？ 浮选得到的污泥可以去热解吗？直接？不直接？8月15日9月15日工作汇报 针对活性污泥中灰分的来源进行了实地的调研，分别去了高碑店和肖家河两个污水处理厂； 对气升环流过程与泡沫

19、精馏过程进行了对比与分析； 一些实验数据和想法。活性污泥中的灰分 where? 在污泥取样过程中，不管在何处取样，污泥中的灰分平均含量在38%44%之间，脱水污泥灰分含量44%回流污泥灰分含量38% why?活性污泥本身特点 活性污泥是充满微生物的絮状泥粒，包括细菌、原生动物和后生动物，相互联接成一条食物链。工艺过程中人为加入 北京市生活污水中的磷含量很高，为了达到国家二级排放的要求，采用化学法除磷，加入液体硫酸铝或硫酸铁。 加入位置高碑店（后部沉淀）曝气池出口肖家河（同步沉淀）曝气池入口两种过程的比较和分析 气升式环流反应过程特点优势与劣势 泡沫精馏过程特点优势与劣势气升式环流反应过程图气升

20、式环流器 气升式环流反应器源于鼓泡塔 优势气相高度分散，有较高的传质与传热速率；对于气升式环流反应器来说，液体形成有规则的循环流动，可以强化反应器的传质效果，具有径向气液流动速度均匀，轴向弥散系数低，传热传质系数大；气-液-固体系，固体颗粒都可均匀分布。适用于高粘性的物质生化过程。气升式环流反应器 劣势轴向返混很严重，尤其是气升式环流反应；鼓泡过程中，气相的压降较大。 工业上的解决办法在处理量小时，采用间歇操作，处理量大时，采用多级串联操作。 不适用于分离操作。气体浮选与泡沫精馏泡 沫 分 离 泡沫分离法是一项利用物质在气泡表面上吸附性质的差异进行分离的技术它最早被用于矿物的浮选； 该技术向含有表面活性剂的溶液中鼓泡形成泡沫层并将泡沫层与液相主体分离，由于表面活性物质聚集在泡沫层内因此能与表面活性物质相结合的任何物质都可通过吸附作用得到浓缩，从而达到浓缩表面活性物质或净化液相主体的目的。泡 沫 精 馏 泡沫精馏从气泡浮选发展而来；泡沫浮选实验中发现，气泡的并聚破坏了一些气泡表面，从而释放出了被吸附物，使它通过上升的泡沫而往下淋，产生内回流而浓缩上升泡沫，结果使泡沫液更浓。 引入了外部回流，把一些在外部破坏的泡沫送回塔顶。实验证明，通过这样的操作可以达到表面吸附的饱和浓度。泡沫精馏的优势 能从很低浓度的料液中提取所需要的组分； 相对于一般意义上的泡