1、5 污泥的濃縮和脫水 v 概述v 污泥濃縮v 污泥的調理 v 污泥脫水v 污泥的利用 5.1 概述v 污泥的種類v 污泥處理的目的和方法 v 污泥中的水分及脫水的難易順序 5.1.1 污泥(sewage sludge)的種類 這里的污泥主要是指水處理過程中產生的污泥，根據來源及水處理方法的不同,可以分為三大類，并可進一步分類 初沉污泥 生活污水污泥 沉淀污泥 混凝沉淀 沉淀污泥 腐殖污泥污泥 工業廢水污泥 生物處理污泥 剩余活性污泥 給水污泥5.1.2 污泥處理的目的和方法 處理目的 最終處置方法 最終處置前的處理方法 （1）處理目的 減 容 ：水處理過程中產生的污泥含水率一般在98以上，對進

2、一步處理、運輸及利用都帶來困難。 衛生化和穩定化： 污泥中一般含有有機物，細菌和病原體，有毒有害物質，不經處理將對環境帶來二次污染； 回收和利用：污泥中含有許多有益組分，可以回收利用： a.用作建筑材料 b.農肥 c.生產沼氣（有機污泥） （2）最終處置方法 棄 置 適用于化學性質和生物性質較穩定的污泥填埋 適用于有機污泥，降解過程中產生惡臭海上棄置 同地下深埋 量少，有二次污染（溶出、產生氣體、易著火） 固化棄置 含大量有害物質焚燒 適用于有機污泥，可減容，滅菌消毒 （3）最終處置前的處理方法 方法 濃縮、消化、脫水、干燥、焚燒、固化 工藝系統：主要四類 a.重力濃縮機械脫水處置脫水濾餅 b

3、.重力濃縮機械脫水焚燒處置灰分 c.重力濃縮消化機械脫水處置濾餅 d.重力濃縮消化機械脫水焚燒處置灰分 5.1.3 5.1.3 污泥中的水分及脫水的難易順序污泥中的水分及脫水的難易順序 按水分在污泥中的存在形式可分為四種（見圖5-1） 間隙水：顆粒間中的水，約占70%左右； 毛細管結合水：顆粒間隙形成的毛細管中的水，約占20%左右； 表面吸附水：顆粒表面的水，約占7%左右； 內部水：顆粒內部或微生物細胞內的水，約占3%左右。 脫水時由難易，依次為： 內部水表面吸附水楔形毛細管結合水裂紋毛細管結合水間隙水 圖5-1 污泥水分的存在形式5.2 污泥濃縮（thickening） 前已述及，污泥的濃縮

4、是為了減容，為污泥的后續處理創造條件，故它是預處理作業，由于方法簡單，成本低，又是必須的作業。 污泥濃縮的方法主要有三種：重力濃縮，氣浮濃縮，離心濃縮。其中，應用最多的是重力濃縮 。 重力濃縮法 其他濃縮法 三種方法的比較 5.2.1 重力濃縮法(gravity thickening)原理設備 (1) 原理 基本原理在重選一節中已介紹,屬自由沉降的范疇（因固體含量3%）。 如圖5-2，污泥由中空給料管給入自由沉降區B，固體靠自重迅速下沉，到達D區后，匯集成緊密接觸的類似纖維海綿狀的團塊結構,繼續下降至E區，然后排出；在B,D之間有一個過渡區，該區已非自由沉降，下沉粒子受到已到達該區粒子的阻力,

5、所以下沉速度變緩，C區的大小取決于B、D區的沉降速度。 圖5-2 濃縮機的濃縮過程示意圖A區澄清區； B區自由沉降區； C區過渡區；D區壓縮區 E區濃縮物料區 （2）設備 通常采用連續式濃縮池（圖5-3）主要參數 直徑從6（m）100(m) 小直徑（1.820m）：中心傳動 大直徑（20m）：周邊傳動 攪拌速度：線速度220cm/s 停留時間：68小時，太長，厭氧發酵強化措施 a.加傾斜板，增大沉降面積，縮短沉降距離。 b.加絮凝劑，效果：由固體含量0.32.5%提高到36%優點：操作、管理好，費用低。缺點：占地面積大，效率低。 圖5-3 連續式濃縮池(continuous thickener

6、s)1-中心進料管；2-上清液溢流堰；3-底流排出管；4-刮泥機；5-攪動柵5.2.2 其他濃縮法其他濃縮法有兩種： （1）氣浮濃縮法(Air-lift concentration method)： 利用清水加壓溶氣，減壓釋放氣泡來粘附污泥顆粒上浮的濃縮方法。（圖5-4）（2）離心濃縮法(centrifugal thickening)： 利用離心力增大污泥中固態顆粒和水的密度差以達到固液分離的濃縮方法。（圖5-5） 圖5-4 氣浮濃縮法1-浴氣罐；2-加壓泵；3-水池；4-氣浮濃縮池；5-減壓閥圖5-5 離心濃縮機示意圖(a). 倒錐分離板形離心機；(b). 螺旋卸料離心機5.2.3 三種方法

7、的比較（1）重力濃縮法：操作簡單，處理費用低； 但：占地面積大，效率低（36）（2）氣浮濃縮法：效率高（57） 速度快（時間為重力法的13） 污泥穩定性好，（混入了空氣，不易腐敗） 但：基建費和操作費用高，管理復雜。（3）離心濃縮法：效率高（污泥可被濃縮到7478） 速度快（螺旋卸料型，直徑300400處理速度可 達50m3/h） 但：動力和維修管理費高，一般不采用； （美國用于活性污泥的濃縮） 5.3 污泥的調理(adjustment)v 目的及內容 v 化學調理 v 淘洗（洗滌） v 加熱加壓調理（熱處理或蒸煮處理） v 冷凍融化 5.3.1 目的及內容 （1）目的： 為提高污泥的脫水和過

8、濾性能，是脫水和過濾的預處理。 （2）內容： 化學調理（加藥調理），淘洗（洗滌）普通采用 加熱加壓調理（蒸煮調理），冷凍融化調理受到重視 5.3.2 化學調理 污泥中的固態粒子均為水合物，基本上是一種穩定的膠體懸浮液膠粒具有很強的布朗運動，運動時，擴散層的配衡離子大部分脫離， 膠粒表面產生剩余電荷，是為電動電位（電位）（如圖5-6）相同的電性使之相互排斥，形成穩定分散體系。化學調理的目的是： 通過加藥，壓縮雙電層，達到脫穩作用 通過加藥，用橋連作用將其聚集為絮凝體（小變大）電位有有，實際上，污泥中的分散相全部都帶負電。 壓縮雙電層：采用高價陽離子凝聚劑：硫酸鋁，聚合氯化鋁 橋連作用：高分子絮凝

9、劑，活性基團為陽離子，又有很高的聚合度。 如聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺（3絮凝劑） （CH2 CH ）n CO NH2 這是一種非離子型絮凝劑，分子量一般為400800萬，最高達1200萬。活性基團為酰胺基，由于其非離子特性，可以在很寬的pH范圍內使用，并對溶液中的金屬離子不敏感。化學調理的作用實質上是通過加藥使粒子由小變大，加速沉降過程。 圖5-6 膠體粒子的電動電位 5.3.3 淘洗（洗滌scrubbing） 淘洗是將污泥與34倍污泥量的水混合而進行沉降分離的一種脫水方法。 僅適用于消化污泥，目的在于降低其堿度和濃度： 堿度：過量的OH離子使粒子表面荷同名負電荷相互排斥，呈穩 定懸浮狀態； 濃度

10、：濃度高，黏度大，阻礙沉降；稀，粘度小，越接近自由沉降。 消化污泥： 指厭氧消化產生的污泥，在厭氧發酵過程中，會產生大量鈣 鎂、氨的重碳酸鹽，使其pH升高（OH），這種污泥進行化學調理時，會消耗大量的凝聚劑。 如：2FeCl3+3Ca(HCO3)2=2fe(OH)3+3CaCl2+6CO2 該反應消耗了作為凝聚劑的FeCl3，采用淘洗，可使FeCl3用量減少一半。 5.3.4 加熱加壓調理（熱處理或蒸煮處理） 通過加熱加壓，使部分有機物分解或水解，顆粒結構改變（內部水游離出來），以改善污泥的濃縮和脫水性能。 高溫熱處理：溫度170200 加壓 11.5Mpa 反應時間 40120min 高溫加

11、熱后再濃縮，含水率可降至8087； 污泥的容積可減少幾十倍。 低溫熱處理：溫度150； 常壓 有機物不易水解，進入分離液的BOD約降低4050， 不需二次處理，是主要發展方向。熱處理優點：明顯改善脫水性能，不需加藥，可殺死病原菌。 5.3.5 冷凍融化調理(Freeze-thaw treatment) 將污泥冷凍至-20后再融化，由于溫度的大幅度變化，使膠體脫穩凝聚，水化膜破裂，內部水游離，從而大大提高污泥的沉淀和脫水性能。 優點：能耗比熱處理低，（冷凍473KJ/kg污泥，熱處理753KJ/kg）有機物不分解，（不需對分離液二次處理） 缺點：時間長（5h以上） 設備：冷凍融化槽 在進行冷凍融

12、化調理時，冷凍速度具有如下影響：緩慢冷凍：可形成大的冰晶體，融化時水易與固體分離快速冷凍：形成小的冰晶體，融化時水易被固體重新吸收。5.4 污泥脫水(dewatering) 概述 真空過濾脫水 壓濾脫水 滾壓脫水 離心脫水 主要脫水方式的比較5.4.1 概述 污泥經濃縮后，含水率一般仍90，對其進一步的處理和處置，仍是不經濟的，所以，濃縮只是脫水的預處理，而脫水才是污泥最重要的減量化手段。或者說，脫水才是污泥處置前不可缺少的預處理作業。 濃縮與脫水的比較 濃縮：污泥的含泥量提高，但污泥的含水率仍大于含泥量； 脫水：污泥的含水率降低，并且含水率低于含泥量。 這種比較只是對固廢中的污泥而言，若粒度

13、較粗，含泥量較高，濃縮也可使含水率小于含泥量。 污泥脫水的類型 真空式： 利用濾材兩邊的壓差，如圓筒真空過濾機 壓榨式：利用機械擠壓，如壓濾機 離心式：利用離心力，如離心過濾機5.4.2 真空過濾（vacuum filtering） 真空過濾機(vacuum filters)的結構 工作原理 工藝流程 改進與發展 （1）結構 過濾機的結構見圖5-7。 過濾機主要有以下部分組成 筒體； 分配頭； 料漿槽； 位于筒體下端,接納被過濾的污泥。 傳動裝置 驅動筒體旋轉。 攪拌器 為防止污泥沉淀，在料漿槽內有往復擺動的攪拌囂。 濾布 一般使用人造纖維布（錦綸、滌綸、丙綸、尼龍等） 圖5-7 圓筒真空過濾

14、機的結構1，9-左右分配頭；2-喉管；3-筒體；4-刮板；5-主軸承；6-料漿槽；7-攪拌器；8-傳動機構筒體 過濾機的主體，鋼板焊制，表面分成一定數量的軸向貫通的過濾室，室與室之間嚴格密封； 過濾室鋪設過濾板（作用：支撐濾布，并形成濾液通道）； 整個筒體包裹過濾布，過濾布用膠條、麻繩嵌在隔條的繩槽內，再以5080mm的間距用鋼絲把濾布固定在筒體上； 筒體的一端有一喉管，與分配頭相連； 以一個濾室為例（如圖5-8）。圖5-8 一個過濾室的截面圖1-隔條；2-筒皮；3-過濾板；4-管子；5-膠條；6-濾布分配頭 分配頭是過濾機的重要部件； 其一面與喉管密合保持滑動接觸，另一面通過管子與真空泵、鼓

15、風機相連，通過它控制過濾機的各個過濾室依次進行過濾，卸料，及清洗濾布。（2）工作原理 工作原理見圖5-9； 仍以一個室為例： 該過濾室隨筒體旋轉，開始處于筒體下部（浸在污泥中），過濾室經管子、喉管與分配頭的I區接通，室內為負壓。水透過濾布進入過濾室，被真空泵抽向機外，濾布表面形成濾餅。 過濾室脫離液面后，進入脫水區（II），進一步脫水。 進入區，為休止區，或為過渡區（正壓與負壓的轉換）進入區，與分配頭的鼓風管道相通，鼓風機將有正壓的風吹入過濾室，吹落濾餅，并在進入料漿槽之前，清洗濾布。圖5-9 過濾機的工作原理圖 （3）工藝流程 真空過濾的工藝流程見圖5-10。 工藝流程的組成 真空過濾機（前

16、已介紹） 氣水分離器真空系統 鼓風機 空氣平衡桶 圖5-10 真空過濾工藝流程1過濾機；2氣水分離器；3風包；4真空泵；5鼓風機 氣水分離器真空泵將水和氣一起抽出，水不能進入真空泵，在此之前需進行氣-水分離，氣-水分離有三種方式：利用壓差分離(見圖5-11)： 氣水分離器中是負壓，要使水壓大于空氣負壓。將氣水分離器下底安裝在距地溝9m的高度，真空負壓9m水柱。 缺點：過濾機要安裝在較高位置。離心泵抽水:(見圖5-12) 配置專用離心泵，從分離器底部抽水。 缺點：增加設備和動力消耗。.自動排液裝置（見圖5-13） 既無需動力，也不要高差。圖5-11 利用壓差分離1-過濾機；2-氣水分離器；3-真

17、空泵；4-鼓風機圖5-12 利用離心泵抽水1-過濾機；2-氣水分離；3-真空泵； 4-鼓風機；5-離心泵；圖5-13 利用自動排液裝置分離1-過濾機；3-真空泵；4-鼓風機；6-自動排液裝置；自動排液裝置工作原理示意圖自動排液裝置工作原理 下設有一對排液箱（6），箱中的浮子懸掛在杠桿（2）的兩端，此時，左邊排液箱由橡膠閥（4）將其與氣水分離器隔絕, 而空氣閥（3）打開與大氣相通，形成正壓，單向閥（7）打開排出滹液 與此同時：右邊排液箱與氣水分離器相通，形成負壓，空氣閥（3）和單向閥（7）關閉，水靠自身重力進入排液箱，隨著濾液增加，浮子（5）所受浮力增大，當其浮力大于真空作用于左邊排液箱，的橡皮

18、閥（4）時，通過杠桿的作用使左、右兩邊的狀態互換；如此交替進行，實現了連續、自動排液。 該裝置克服了前兩種排液方式的缺點。真空系統一般采用真空泵，真空度為450600mm汞柱，每平方米過濾面積需吸氣量約0.81.3m3/min；真空泵一般有兩種：水環式：允許濾液帶入泵中短期運轉。易維護，但功率大。 柱塞式：功率小，但不允許進液，維護工作量大，已逐漸為水環式淘汰。新技術： 采用水噴射泵，利用水的射流原理產生負壓。優點：與水泵配套，本身無運動部件，效率高，生產費用低。 比較試驗結果 機型 真空計算壓力 ,(Mpa) 濾餅厚度 mm 單位處理量 t/(m3.h) 水分 (%) 耗電 kw.h/臺 耗

19、水 t/臺.h SSB-65 水噴射泵 62.7 15.4 0.69 9.2 24.0 0.8 SZ-4 水環真空泵 57.3 14.1 0.64 94 46.5 2.4 鼓風機 提供正壓空氣卸料并清洗濾布。鼓風壓力：0.10.3kg/cm2；每平米濾餅空氣量0.20.5m3/min 空氣平衡桶 俗稱風包，儲存空氣并保持一定壓力； 或調節壓力。 （4）改進與發展 圓筒真空過濾機技術成熟，應用廣泛，運行穩定，但由于濾布緊貼在轉鼓上，清洗不充分，易堵塞，影響其效率，其改進途徑有：鏈帶式轉鼓真空過濾改善料漿性質 a.鏈帶式轉鼓真空過濾 鏈帶式轉鼓真空過濾機的結構見圖5-14 特點 自動卸料，無需壓縮

20、機； 兩次沖洗：防堵塞，降低濾餅水分； 濾布洗清槽，并設三角打布器，濾布再生性好； 適合粘度大的污泥。圖5-14 鏈帶式轉鼓真空過濾機1-卸料輥；2-洗滌輥；3洗滌槽；4-進口輥；5-沖洗水；6-三角打布器 b. 改善料漿性質 添加助濾劑或凝聚劑： 使顆粒細粗 降低粘度：可提高產量，但濾餅水分略有增加。 5.4.3 壓濾脫水(pressure filtering) 概念：利用機械壓縮作用的過濾脫水方法。 類型： 自動板框壓濾機：應用廣泛； 廂式全自動壓濾機：成本高，僅用于特殊情況。 自動板框壓濾機(filter presses)。 結構（見圖5-15） 工藝過程（見圖5-16） 壓緊進料壓干卸

21、料圖5-15 自動板框壓濾機1-主梁；2-濾布；3-固定壓板；4-濾板；5-濾框；6-活動壓板；7-壓緊裝置；8-洗刷槽圖5-16 工作過程1-濾布；2-濾框；3-橡膠模；4-隔板；5-濾板；6-多孔網板；7-上滾筒；8-下滾筒；9-進料口5.4.4 滾壓脫水 滾壓脫水采用的是連續壓榨方式，一般有兩種形式： 對置式：見圖516（a） 滾壓軸處于上下垂直的位置（圖5-17a）。 特點是：瞬時、連續、壓力大、反復施壓。 水平式：見圖516（b） 滾壓軸上下錯開，利用滾軸的壓力和濾布的張力的合力施壓，并有剪切作用（圖5-17b）。 特點：連續受壓、壓力小、壓榨時間長。 滾壓脫水的特點 滾壓脫水前必須

22、經化學調理，以降低粘性，經濃縮以降低流動性。 優點：可連續操作（與壓濾機相比）；濾餅含水率低（與真空過濾機比）。圖5-16（a）對置式滾壓脫水機圖5-16（b）水平式滾壓脫水機圖5-17a 對置滾壓式壓榨方式圖5-17b 水平滾壓式壓榨方式5.4.5 離心脫水(centrifugal dewatering) 離心過濾機的圓筒高速旋轉（12008500轉分），使固態物料擠向筒壁，螺旋輸送器慢速旋轉將固態物料運往排料口。 一般排料口小端為錐形，邊輸送邊擠壓，濾渣的含水率一般可達7080。 優點：不需濾布，不發生堵塞 缺點：機械磨損大，動力消耗大，噪音大。 類型：有圓筒型、圓錐型和沉降過濾型三種 圓筒型離心脫水機 構造：見圖5-18 特點 圓筒高速轉動，固體顆粒受離心力作用附著于圓筒內壁，液