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汙水處理中的汙泥脫水

汙水處理中的汙泥脫水

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汙水處理中的汙泥脫水

作者:管理員 來源: 日期:2014/6/3 16:45:09 人氣: 標簽:
汙泥經濃縮消化以後,其含水率仍在94%以上,體積很大,應進一步處理。汙泥脫水工藝就是用于經濃縮後的汙泥進一步脫水,以減小體積,便于運輸和後續處理。汙泥脫水去除的主要是汙泥中的吸附水和毛細水,一般可使汙泥含水率從96%左右降低至60%?85%,汙泥體積減少至原來的1/5至1/10,大大降低了後續汙泥處置的難度。
一、?A汔調理
除了少量尺寸較大的懸浮雜質外,汙水處理廠產生的汙泥中
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固體物質主要是膠質微粒,其與水的親合力很強,若不作適當的預處理,脫水將非常困難。在汙泥脫水前進行預處理,使汙泥微粒改變物化性質,破壞汙泥的膠體結構,減少其與水的親合力,從而改善其脫水性能,這個過程稱爲汙泥的調理或調質。
汙泥調理的方法有很多種,如加藥、淘洗、加熱、冷凍等。其中加藥調理法經濟實用、簡單方便,應用爲廣泛。加藥調理法是通過向汙泥中投加化學藥劑以改變汙泥的性質,在汙泥膠質微粒表面起化學反應,中和汙泥膠質微粒的電荷,促使汙泥微粒凝聚成大的顆粒絮體,同時使水從汙泥顆粒中分離出來,因此提高汙泥的脫水性能。
加藥調理除了考慮汙泥性質和調理劑種類以外,汙泥的溫度、pH值、調理劑濃度和各種調理劑的投加順序都會影響調理效果。除了投加汙泥調理劑外,有時需要投加助凝劑以調節汙泥的pH值、改變汙泥的顆粒結構、破壞膠體的穩定性、增強絮體強度或爲汙泥提供凝聚的骨架,常用的助凝劑有矽藻土、珠光體、石灰、粉煤灰、貝殼粉等。
工、?A說脫水工藝
爲便于汙泥的運送、堆積、利用或作進一步的處理,將汙泥濃縮後,利用物理方法進一步降低汙泥含水率的方法稱爲汙泥脫水。有時爲了減少處理環節,也可以對汙水處理產生的剩余汙泥直接進行脫水處理。
汙泥脫水的方法有自然蒸發法和機械脫水法兩種,習慣上將機械脫水法稱爲汙泥脫水,而將自然幹化法稱爲汙泥幹化。自然幹化可分爲曬砂場和幹化場兩種,曬砂場用于沉砂池沉渣的脫水,幹化場用于初沉池汙泥、活性汙泥、腐殖汙泥、化學汙泥及混合汙泥的脫水。汙泥幹化能耗較低,適用于幹燥少雨地區。機械脫水法占地面積較小,不受氣候條件影響,脫水效果穩定。機械脫水使用專門的機械對活性汙泥進行脫水處理,可實現工業化生產性運行,但動力消耗較大,管理維護比較複雜。
表4-1列出了常用脫除汙泥中水分的方法及其效果。

脫水方法

脫水裝置

脫水汙泥含水率

脫出汙泥中水的類型

脫水汙

泥狀態

自然幹化法

幹化場、曬砂場

70%

80%

泥餅狀

真空過濾法

真空轉筒、真空轉盤等

60%

80%

間隙水、毛細結合水和部分表面粘

泥餅狀

間歇壓濾法

板框壓濾機

45%

80%

泥餅狀

連續壓濾法

帶式壓濾機、螺旋壓濾機

78%

~86%

附水

泥餅狀

離心法

離心分離機、離心沉降機

80%

-85%

泥餅狀

熱幹化法

氣流幹燥器、旋轉幹燥器、轉鼓幹燥器

10%

40%

間隙水、毛細結合水、表面粘附水和內部水

粉狀、粒狀

焚燒法

立式多段爐、回轉焚燒爐、流化床焚燒爐

0~

10%

間隙水、毛細結合水、表面粘附水和內部水

灰狀


1.汙泥幹化場脫水
幹化場是一種古老而簡單的汙泥脫水方法,其運行效果與汙泥的性質和當地氣候條件有關。根據濾水層結構的不同,幹化場可分爲自然濾水層幹化場和人工濾水層幹化場兩種。前者適用于自然土質滲透性能好、地下水位低的地區,但由于滲透下去的汙泥水可能會汙染地下水及給滲人土層帶來不可;?轉的汙染,因此一般不推薦使用這種方式。後者的底板是人工不透水層,上鋪濾水層,滲下去的汙泥水由埋設在人工不透水層上的排水管截留,送到汙水處理場重新處理。圖4- [#]1是常見人工濾水層幹化場示意圖。
幹化場主要依靠滲透、蒸發兩種方法脫除水分,滲透脫水一般在汙泥排人幹化場的初2~ [#]d內完成,此時含水率可下降到 [#]5%左右,接着以蒸發爲主繼續幹化,根據汙泥的性質和氣候條件的不同,1周到幾周後含水率可降到70%左右。
幹化場適用于處理含無機顆粒多的汙泥,含油脂多的汙泥不宜使用幹化場處理。幹化場具有結構簡單、管理方便、基建費用低、一般不需要化學調理等優點,但占地面積大,能占到汙水處理場面積的1/4,另外,敞開式的幹化場衛生條件較差,受氣候條件影響較大,夏季多雨季節和冬季冰凍季節的脫水效果較差。
2.汙泥機械脫水
汙泥機械脫水是以多孔性物質爲過濾介質,過濾介質兩側的壓力差作爲推動力,強制汙泥中的水分通過過濾介質以濾液的形式排出,固體顆粒被截留在過濾介質上成爲脫水後的濾餅(有時稱泥餅),從而實現汙泥脫水的目的。常用機械汙泥脫水的方法有以下三種:
(1)真空過濾脫水
真空過濾依靠減壓與大氣壓產生壓力差作爲過濾的動力,其優點是操作平穩,處理量大,整個過程可實現自動化,適用于各種汙泥的脫水;缺點是脫水前必須進行預處理,附屬設備多,工序複雜,運行費用也較高。真空過濾器分爲轉筒式、轉盤式和水平式,轉盤式真空過濾器形式變化較少,而轉筒式和水平式根據濾餅剝離排料方式和過濾室構造的不同,又有多種形式。圖 [#]- [#]2爲轉筒真空過濾器的工作原理示意圖。
轉筒每旋轉一周,依次經過濾餅形成區、吸幹區、反吹區和休止區四個功能區,休止區主要起正壓與負壓轉換時的緩沖作用。真空過濾機的功率消耗約1000W/?,處理汙泥的單耗約 [#]~8W/m3汙泥。
除了真空過濾主機以外,還需要配備調理劑投加系統、真空系統和空氣壓縮系統,有時還需要在汙泥槽內設置攪拌設施。如果將轉筒與汙泥槽的間隙改爲40~ [#]0mm,可以取消攪拌設施。真空過濾機的脫水能力與汙泥性質和汙泥濃度有關,進泥濃度爲 [#]%~8%時,處理生活汙水汙泥的脫水能力爲10~ [#]0kg幹固體/(?-h)0轉筒真空過濾機對消化汙泥脫水時,泥餅的含水率約 [#]0%~ [#]0%;對單純的活性汙泥脫水時,真空過濾機的產率較低;如果與初沉池汙泥或浮渣混合脫水,可提高過濾產率。轉筒真空過濾脫水機的影響因素有:
①汙泥性質:汙泥種類和調理情況對過濾性能影響很大,原汙泥的濃度越大,過濾產率越高。但汙泥含固量好不超過
8%~10%,否則汙泥的流動性較差,輸送困難。另外,汙泥在真空過濾前的預處理及存放時間應該盡量短,貯存時間越長,脫水性能越差。
圖4-12轉筒真空過濾器工作原理示意圖I—濾餅形成區;n—吸幹區;in—反吹區;iv—休止區;
1一空心轉筒;2—汙泥槽;3—扇形格;4一分配頭;5—轉動部件;
6—固定部件;7—與真空泵通的縫;8—與空壓機通的孔;
9~與各扇形格相通的孔;10—刮刀;11—泥餅;12—皮帶輸送器;
13—真空管路;14一壓縮空氣管路

②真空度:真空度是真空過濾機的動力,真空度越高,泥餅的厚度越大、含水率越低。但濾餅厚度的增大又使過濾阻力增大,不利于脫水。一般來說,真空度增加到一定程度後,過濾速度的提高就會變得不明顯,處理經過濃縮的汙泥時更是如此。而且真空度的增加不僅加大動力消耗和運行費用,還容易使濾布堵塞和損壞。通常濾餅形成區的真空度約爲400汞柱,吸屍區的真空度約爲500~ [#]00_汞柱。
③轉筒浸沒深度:浸沒深度大,濾餅形成區與吸幹區的範圍廣,過濾產率高,但泥餅含水率也高。浸沒深度淺,轉筒與汙泥的接觸時間短,濾餅較薄、含水率也較低。
④轉筒轉速:轉速高,過濾產率高,泥餅含水率也高,同時濾布的磨損也會加劇。轉速低,濾餅含水率低,產率也低。因此,轉筒的轉速過高或過低都會影響脫水效果,一般轉速範圍爲
0.7~1.5r/min,轉筒線速度一般< 0.3m/min,具體轉速值需要根據汙泥性質、脫水目標和真空過濾機轉筒直徑等因素綜合考慮。
⑤濾布性能:濾布孔目大小決定于汙泥顆粒的大小和性質。網眼太小,汙泥固體回收率高、產率低,濾布容易堵塞,過濾阻力也大。網眼過大,過濾阻力小,但汙泥固體回收率低,濾液渾濁。
(2)壓濾脫水
利用空壓機、液壓泵或其他機械形成大于大氣壓的壓差進行過濾的方式稱爲加壓過濾,壓濾的壓差爲0.3~0.5MPa,—般適用于對高濃度汙泥的脫水處理,其基本原理與真空過濾類似,兩者區別在于壓濾使用正壓,真空過濾使用負壓。在汙泥脫水中應用較多的汙泥壓濾機有板框壓濾機和帶式壓濾機兩種,其中板框壓濾機一般是間歇運行,而帶式壓濾機爲連續運行方式。
板框壓濾機比真空過濾機過濾能力強,可降低調理劑的消耗量和使用較便宜的、效率較差的藥劑,甚至可以不經過預先調理而直接進行過濾脫水。板框壓濾機是早應用于汙泥脫水的機械,雖然間歇操作、過濾脫水能力也較低,但具有泥餅含固率高、固體回收率高、調理劑耗量少的優點。除了板框壓濾機主機外,還需要配備進泥系統、投藥系統和壓縮空氣系統。
帶式汙泥脫水機又稱帶式壓榨脫水機或帶式壓濾機,是一種連續運轉的固液分離設備,汙泥經過加脫水劑絮凝後進人壓濾機的濾布上,依次進人重力脫水、低壓脫水和高壓脫水三個階段,後形成泥餅,泥餅隨濾布運行到卸料輥時落下。用于城市汙水
處理廠消化汙泥的脫水時,泥餅的含水率可小于80%,而用于小規模的工業廢水處理場未經濃縮的新鮮剩余汙泥脫水時,泥餅的含水率也可降到90%以下。
帶式壓濾脫水的工作原理是利用上下兩條張緊的濾帶夾帶着汙泥層,從一系列按規律排列的輥壓筒中呈S形彎曲經過,依靠濾帶本身的張力形成對汙泥層的壓榨力和剪切力,把汙泥中的毛細水擠壓出來,從而獲得較高含固量的泥餅、實現汙泥脫水。壓濾機的工作原理如圖4- [#]3所示。
帶式壓濾機有很多形式,但一般都分爲以下四個工作區:
重力脫水區:在該區內,濾帶水平行走。汙泥經調理後部分毛細水轉化成了遊離水,這部分水分在該區內借自身重力穿過濾帶,從汙泥中分離出來。一般來說,重力脫水區可脫去汙泥中 [#]0%?70%的水分,使含固量增加7%~ [#]0%。
楔形脫水區:楔形區是一個三角形的空間,濾帶在該區內逐漸靠攏,汙泥在兩條濾帶之間逐步受到擠壓。在該段內,汙泥的含固量進一步提高,並由半固態向固態轉變,爲進人壓力脫水區作准備。
低壓脫水區:汙泥經楔形區後,被夾在兩條濾帶之間繞滾壓筒作S形上下移動。施加到泥層上的壓榨力取決于濾帶張力和滾 [#]08?
壓筒直徑。在張力一定時,滾壓筒直徑越大,壓榨力越小。汙泥經低壓區之後,含固量會進一步提高,但低壓區的作用主要是使汙泥成餅,強度增大,爲接受高壓作准備。
高壓脫水區:經低壓區後的汙泥,進人高壓區之後,受到的壓榨力逐漸增大,其原因是輥壓筒的直徑越來越小。至高壓區的後一個輥壓筒,直徑往往降至25cm以下,壓榨力增至大。汙泥經高壓區之後,含固量進一步提?,一般大于20%,正常情況下在25%左右。
(3)離心脫水法
汙泥的離心脫水技術是利用快速旋轉所產生的離心力使汙泥中的固體顆粒和水分離,分離性能常用分離因數作爲比較系數。分離因數是液體中顆粒在離心場(旋轉容器中的液體)的分離速度同其在重力場(靜止容器中的液體)的分離速度之比值,即離心機產生的離心加速度與重力加速度之比,可用下式表示:a=rxn2/9QO,式中/*、n分別表示旋轉半徑(m)和轉速(r/min)。即隨着轉速增加,0值提高更快。離心機械產生的離心力場很容易達到用于沉澱的重力場的1000倍以上,遠遠超過了重力沉澱池中的沉澱速度,因而可以在很短的時間內使汙泥中很細小的顆粒與水分離。
離心脫水機主要由轉鼓和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成,如圖4- [#]4所示。
汙泥由空心轉軸送入轉筒後,在高速旋轉產生的離心力作用下,立即被甩人轉鼓腔內。汙泥顆粒由于比重較大,離心力也大,因此被甩帖在轉鼓內壁上,形成固體層,稱爲固環層;水分由于密度較小,離心力較小,只能在固環層內側形成液體層,稱爲液環層。固環層的汙泥在螺旋輸送器的緩慢推動下,被輸送到轉鼓的錐端,經轉鼓周圍的出口連續排出;液環層的液體則由堰口連續“溢流”排至轉鼓外,形成分離液,然後彙集起來,靠重力排出脫水機外。
汙泥脫水所用的臥式離心脫水機一般爲轉筒離心機,按進泥方向和出泥方向是否相同又分爲順流式和逆流式兩種。高速離心機通常采用逆流中心進泥方式;而低速離心機則采用順流始端進泥方式,這也是汙泥脫水使用較多的型式。
順流離心機進泥和脫水汙泥的流出方向是一致的,這樣可以消除逆流離心脫水機不可避的渦流現象。始端進泥方式還可以使離心脫水機全長都起到淨化作用,與逆流離心機相比,延長了沉澱距離和時間,使微細的顆粒也能沉澱下來,因而可以得到含水率更低的脫水汙泥和更清澈的分離液,並能有效地減少脫水藥劑的投加量,有時甚至可以不用再投加藥劑。由于順流離心機內汙泥流態得到了很大改善,而且可以加大轉筒直徑來提高離心力,因此這種脫水機的轉速可以降低到500?l_r/min,不僅節約了電能,而且降低了機器的噪音,延長了使用壽命。
轉筒式離心機特別適用于含油汙泥和難以脫水汙泥的處理,不適用于處理固液密度差較小的汙泥,一般也不用于無機成分較多的汙泥的脫水處理。在投加有機高分子汙泥調理劑聚丙烯酰胺的情況下,經過轉筒式離心機脫水處理後的泥餅含固率一般爲 [#]0%~25%。與其他機械脫水方式相比,轉筒式離心機可以在少投加或不投加調理劑的條件下對汙泥進行脫水,從而可以降低汙泥脫水的藥劑費用。.

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