环科《固体废物处理技术》课件5(脱水固化)

第五章污泥浓缩、调质破解与脱水处理技术污泥——是水处理过程中形成的以有机物为主要成分的泥状物质。颗粒较细，固体物主要为胶质，结构复杂，密度较小,含水率高且不易脱水,是呈胶状结构的易腐亲水性物质。污泥是沉淀物、颗粒物和漂浮物等物质的统称。含水率高——是污泥处理处置的难点。污泥含水率从95%降低至80%，污泥体积减少75%（3/4），从80%降低至50%体积还将减少60%（3/5），污泥含水率越高，热值越低，当含水率低于50%时，才适合焚烧含水率与污泥热值第一节污泥的分类及基本性质

一、污泥的分类1、污泥按来源分生活污水污泥，工业废水污泥和给水污泥。2、污泥按成分和某些性质分有机污泥和无机污泥；亲水性污泥和疏水性污泥。3、污泥按处理方法分⑴

初次沉淀污泥一级处理污泥。⑵

腐殖污泥与剩余活性污泥二级处理污泥。生物膜法(生物滤池、转盘等)二次沉淀池沉淀物称腐殖污泥；⑶

消化污泥初次沉淀污泥、腐殖污泥与剩余活性污泥经消化处理后，称消化污泥或熟污泥；⑷

深度处理污泥三级处理污泥。常称化学污泥。二、污泥的性质

污泥性质：含水率与含固率，脱水性能，挥发性固体和固定碳，可消化程度，湿密度与干密度，肥分，燃烧价值（热值）等。污泥浓缩和脱水参数：含水率与含固率、污泥密度、污泥比阻与污泥压缩系数等。1、含水率与含固率含水率—单位质量的污泥所含水分的质量分数；含固率—单位质量的污泥所含固体物质的质量分数。污泥体积、质量与固体含量之间的关系式：p、ω、W、C—含水率、污泥体积、质量及固体物浓度。适用于含水率＞65％的污泥。

含水率：＞

85%，污泥呈流状；

65～85%，污泥呈塑态；

65%，呈固态。污泥是污水处理厂不可避免的副产品

《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002规定：脱水污泥含水率＜80%泥饼体积计算式：

ω—泥饼体积，L；Ws—干固体质量，kg；ρw—水的密度，kg/L；γs—干固体相对密度；ε—污泥空隙率，40～50%2、密度（相对密度）

污泥密度—单位体积污泥的质量，其数值常以污泥相对密度，即污泥质量与同体积水(标准状态)的质量之比来表示。相对密度与干固体相对密度的关系式：γ—污泥相对密度；

p—污泥含水率；γs—污泥干固体相对密度；γsρw—单位换算，γs无量纲→kg/Lγ=100γs/｛(pγs+（100-p）｝哪个对？三、污泥水分及分离方法间隙水约70%左右——浓缩法分离毛细水约20%左右——机械脱水法表面吸附水7%左右——加热法脱除内部结合水约3%左右——高温、冷冻法去除外部水间隙水毛细水吸附水内部水脱水难易顺序第二节污泥浓缩技术污泥浓缩方法主要有重力、气浮和机械浓缩法。一、污泥重力浓缩最常用的污泥浓缩法,是利用污泥中的固体颗粒与水之间的相对密度差来实现泥水分离的。本质是一种沉淀工艺，属于压缩沉淀。1、去除对象——自由水和部分间隙水。2、运行方式

间歇式—小型污水处理厂连续式—大中型污水处理厂。重力浓缩的构筑物称为重力浓缩池。3、区域（分层）沉降特征悬浮颗粒恒速下降过渡区：降速减小压缩区：颗粒集结下层间隙水被挤出二、污泥气浮浓缩气浮浓缩是采用大量的微小气泡附着在污泥颗粒表面,使其密度降低而上浮，实现泥水分离的。气泡形成方式：压力溶气、生物溶气、涡凹气浮等。去除对象：γ≈

1，活性污泥或疏水性污泥。相比重力浓缩的优点——浓缩程度高,固体回收率达99%,停留时间短,30～120min，好氧环境，避免厌氧腐败和磷释放，污泥不易发臭，运行稳定。三、污泥机械浓缩包括：离心浓缩、带式浓缩机浓缩和转鼓、螺压浓缩机浓缩等。后二者用于污泥浓缩脱水一体化设备的浓缩段。浓缩方法优点缺点重力浓缩贮存污泥能力强，操作要求不高，运行费用低．动力消耗小占地面积大，污泥易发酵、产生臭气；对某些污泥工作不稳定，浓缩效果不理想气浮浓缩浓缩效果较理想，出泥含水低，不受季节影响，运行效果稳定；池容为重力浓缩的1／lO左右；臭气问题小；能去除油脂和沙砾运行费用低于离心浓缩，但高于重力浓缩；操作要求高，污泥贮存能力小，占地比离心浓缩大离心浓缩只需少量土地就可获得较高的处理能力；几乎不存在臭气问题要求专用的离心机，电耗大；对操作人员要求较高带式浓缩机浓缩空间要求省；工艺性能的控制能力强；相对低的投资和电耗；添加少量聚合物便可获得高固体收集率，可提高浓缩固体浓度会产生现场清洁问题；依赖于添加聚合物；操作水平要求较高；存在潜在的臭气问题；存在潜在的腐蚀问题转鼓机械浓缩空间要求小；相对低的投资和电力消耗；容易获得高固体浓度会产生现场清洁问题；依赖于添加聚合物；操作水平要求较高；存在潜在臭气问题和腐蚀问题表5-1各种污泥浓缩方法的优、缺点

第三节污泥破解与调质技术

一、污泥破解技术

1、技术的出现

水解过程是污泥厌氧消化限速步骤。厌氧菌只有打破细胞壁(膜)才能利用它们（基质）进行厌氧消化。即使20～30d的停留时间也仅能去除30％～50％的挥发性固体(VSS)。因此出现了促进细胞的破解技术。

2、污泥破解

是破坏污泥的结构及微生物细胞壁，使污泥絮体结构发生变化，细胞内的内含物流出，同时释放出酶，酶的作用使未被破解的细胞易被厌氧微生物消耗，变难降解的固体性物质为易降解的溶解性物质，促进污泥厌氧消化。

3、污泥破解技术种类

二、污泥调质技术

1、污泥调质的必要性

由于污泥具有高亲水性，污泥水与污泥固体颗粒的结合力是很强的，如果没有预先的处理，污泥的脱水是非常困难的，这种污泥预先处理的过程称为污泥调质。通过调质，改变污泥粒子表面物化性质和组分，破坏其胶体结构，减少其与水的亲和力，从而改善脱水性能。

2、污泥调质技术种类

第四节污泥机械脱水技术一、污泥机械脱水原理是以过滤介质两面的压力差作为推动力,使污泥水分强制通过过滤介质形成滤液,固体颗粒物被截留在介质上,形成滤饼达到脱水的目的。二、常用污泥机械脱水方式

根据造成压力差推动力的方法分为3类：

1、真空过滤脱水—在过滤介质的一面形成负压进行脱水。是目前应用较多的机械脱水方法。

2、压滤脱水—在过滤介质的一面加压进行脱水；

3、离心脱水—造成离心力实现泥水分离。三、真空过滤脱水国内使用较多的机械是GP型转鼓真空过滤机。

主要用于——初次沉淀污泥及消化污泥的脱水。

优点—能够连续操作,运行平稳,可自动控制

缺点—附属设备较多,工序复杂,运行费用较高,过滤介质紧包在转鼓（一部分浸在污泥中）上,清洗不充分,容易堵塞，影响效率。为此，可用带式转鼓真空过滤机,利用辊轴把过滤介质转出,既便于卸料,又易于介质的清洗再行。

四、压滤脱水

按

加压过滤设备——分为板框式和带式压滤机。

1、板框式压滤机构造简单,过滤效率高,适用于各种污泥,但不能连续运行。有自动板框压滤机和人工板框压滤机。

结构组成：机架；压紧机构；过滤机构。

过滤机构——由过滤板、滤框、滤布、压榨隔膜组成，滤板两侧由滤布包覆，需配置压榨隔膜时，一组滤板由隔膜板和侧板组成。

压滤压差通常为（0.3～0.5）×106Pa。基本原理与真空过滤基本相同，区别在于压滤使用正压，真空过滤采用负压。

2、带式压滤机

——滚压带式压滤机。

工作原理——把压力施加在滤带上,用滤带的压力和张力使污泥脱水,而不需要真空加压设备,动力消耗少,可以连续生产。这种脱水方式目前已广泛采用。

滚压方式——对置滚压和水平滚压两种；

对置滚压——滚压轴处于上下垂直的相对位置；

水平滚压——滚压轴上下错开，靠滤带的张力压榨污泥。

构成：滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统。

五、离心脱水

1、工作原理

组成—由转毂和带空心转轴的螺旋输送器组成。污泥由空心转轴送人转筒后，被甩贴在转毂内壁上，形成固体层；液体贴在固体层内侧。固体层在螺旋输送器的推动下，被输送到转毂锥端的出口连续排出，液体则由堰口溢流排至转毂外。

最关键部件——转毂，控制转毂的转速，是离心脱水机运行良好的关键。目前，多采用低速离心脱水机。

2、特点

脱水泥饼含水率低，占用空间小，安装基建费用低；但具有设备成本高、噪声大、能耗高、处理能力低等缺点。主要用于粗粒沉渣的脱水。第六章危险废物固化/稳定化处理技术第一节概述一、固化概念及目的

1、废物固化

是用物理—化学方法将有害废物固定或包容在惰性固化基材中的一种无害化（稳定化）处理过程。

2、固化目的使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，以便运输、利用和处置。二、主要应用方面1、对危险性废物进行固化处理，使其满足填埋处理的要求。如对液态或污泥的固化处理。2、对其它处理过程中产生的残渣（如焚烧灰分）进行稳定化处理，以便最终无害化处置。3、在大量土壤被有害污染物所污染的情况下，对土壤进行稳定化处理。4、放射性废物处理处置

第二节常用固化方法

一、包胶固化

（一）水泥固化

1、固化原理

水泥是一种无机胶结材料，最常用的固化水泥是普通硅酸盐水泥，主要成分是硅酸二钙2CaO·SiO2和硅酸三钙3CaO·SiO2。是钙、硅、铝及铁的活性氧化物组成的混合物水泥固化石灰基固化热塑性材料固化有机聚合物固化包胶固化

⑴水泥固化时，需要加水使之水化（水合作用）。水化产物称为混凝土，并形成钙铝硅酸盐的坚硬晶体结构，其性能与岩石相似。六方型片状固溶体水合物

3CaO·（Al2O3·Fe2O3

）·Ca[SO4·（OH）2SiO3]

⑵

由于水泥pH值较高，废物中的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐而被固定在固化体中。故水泥固化技术最适用于无机类含有重金属的废物。

2、应用最早应用于核工业系统，如对废液、废树脂、污泥等的固化处理；后来发展到对工业有害废物（含重金属污泥）的处理上。⑴添加剂使用;

⑵水泥配料影响。

3、优缺点

优点

⑴对有毒重金属污泥十分有效；

⑵工艺熟悉，设备、运行费用低；

⑶水泥原料和添加剂便宜易得；

⑷对湿污泥和含水废物无需脱水可直接固化；

⑸固化体强度、耐热性、耐久性均好，适于投海处置。

缺点

⑴增容比较高1.5～2.0；⑵

浸出率较高，需涂覆处理

⑶预处理和添加剂，使费用增高；

⑷碱性使NH3逸出。

增容比——固化后体积V2与固化前体积V1之比

Cr=V2/V1

（二）石灰固化

1、石灰固化的概念及对象石灰固化——用石灰作基材，以粉煤灰、水泥窑灰作添加剂，专用于处理含硫酸盐或亚硫酸盐类泥渣的一种方法

处理对象：

⑴

钢轨、机械工业酸洗废水和废渣；

⑵含重金属电镀污泥；

⑶石灰吸收烟道气或石油精炼气而产生的泥渣。

2、优缺点

⑴优点——添加剂（粉煤灰、水泥窑灰）本是废物，成本低，常温处理，废物不需完全脱水，无尾气处理问题

⑵缺点——增容比较大，易被酸性介质浸蚀，须进行表面涂覆，很少单独使用。（三）热塑性材料固化

1、固化原理

2、应用

目前以沥青较为普遍，研究多，进展大。

初期——处理放射性废物，60年代末期大规模应用；

后来——其它工业重金属污泥；低放废物的长期基材。

工艺过程：预处理(脱水)→热混合→二次蒸汽净化处理热塑性材料固态高温粘液固废固化体沥青（石油蒸馏的残渣，成分复杂）石蜡（固体烷烃C20～C30混合物）聚乙烯、聚丁二烯等热塑性材料常温加热包胶

比利时莫尔原子能研究所沥青固化放射性废物：

放射性污泥→冷冻→融解→离心脱水（至50%～80%）→

沥青加热混合槽中搅拌蒸发（130～230℃）→固化产品

3、优缺点

优点

⑴

固化体孔隙降低，防水性能好，浸出率低；

⑵增容比较低，费用较低;

⑶

耐酸、碱腐蚀性，对微生物有抗蚀性；

缺点

⑴不良热导体，蒸发热效率低，耗费能量；

⑵

产生挥发物质，不宜处理高温分解的和有机溶剂等

⑶不宜处理高放废物；

⑷

基材较贵，高温操作，设备费用高，安全性较差。

（四）有机物聚合固化

1、固化原理

有机物聚合固化法——将一种有机聚合物与湿废物或干废物在一个混合容器里完全混合，并加入一种催化剂使其聚合、固化。在固化过程中，废物被聚合物包胶。

树脂——遇热变软，具有可塑性高分子化合物的统称。

有机聚合物特点：液体固体固体不再液化或软化脲醛树脂（粘液，常温或加热均速固化）不饱和聚脂（常温、常压下可固化成型）有机聚合物（热固性塑料）

再加热加热

2、应用

国际上应用：处理工业有害废物和放射性废物，对有机物污染土地的稳定化处理研究较多，许多技术已商业化

日本冈山县公害防治中心处理电镀污泥工艺：

3、优缺点

优点

⑴常温操作，添加催化剂数量少，增容比小，密度小

⑵既能处理干废渣，也能处理湿泥浆；

⑶固化体不可燃，掺合废物比例高。电镀污泥（含重金属、油类有机物）干燥混合加热固化固化体絮状内镶废粒强度大质轻作建材不饱和聚脂助凝剂河沙催化剂CaCO3

缺点

⑴属于物理包胶法，不与固废反应，不够安全；

⑵某些有机聚合物能被微生物降解，固化体易老化破碎污染物可能再进入环境；

⑶固化基要有容器包装，增加费用；

⑷材料价格昂贵，仅用于少量高危废物的处理。二、自胶结固化

1、原理自胶结固化法——将硫酸钙或亚硫酸钙的废物，在控制条件下煅烧到部分脱水至产生有胶结作用的亚硫酸钙或半水硫酸钙状态，然后与某些添加剂混合成稀浆，凝固后生成像塑料一样硬的透水性差的物质。

亚硫酸钙CaSO3·2H2O——无色晶体或白色粉末，在空气中慢慢被氧化成硫酸钙，100℃失去结晶水，650℃分解。

硫酸钙CaSO4——白色粉末或晶体，CaSO4·2H2O（石膏）加热到150℃脱去一部分水而成烧石膏CaSO4·0.5H2O。

2、特点⑴添加剂主要是废料，仅占总混合物的10%左右；

⑵凝固时间短，强度高，性质稳定，不具反应性；

⑶废物不需完全脱水，但应用面较为狭窄。脱水添加剂3H2O107～170℃迅速凝固硬化胶结剂CaSO4·2H2O

CaSO3·2H2OCaSO4·0.5H2O

CaSO3·0.5H2OCa