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1、刘宏远 教授/博士生导师 饮用水厂污泥处理技术与热泵低温干化实践饮用水厂污泥处理技术与热泵低温干化实践 2023年2月中国给水排水2023年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十三届)目 录CONTENTS饮 用 水 厂 污 泥 特 点01技 术 进 展0203热 泵 低 温 干 化 实 践PART 01饮用水厂污泥特点l 饮用水厂混凝、沉淀、过滤等工艺过程中,产生污泥(水源水污染物、混凝剂、助凝剂、石英砂、活性炭渣等)l 据住建部统计,截止2021年,全国城市水厂干污泥年产量已突破1400万吨,相较20年增加了260万吨背景介绍处置方式优点可能存在的问题排泥水排
2、入自然水体大量的铝盐以及污泥沉积严重破坏水生态;造成河道堵塞;造成河床抬高,进而影响航运、降低防洪排涝能力排泥水排入进污水管网使得初沉池中的有机物更容易沉降;提高对磷的去除率;对污水厂污泥起调节作用,提高其脱水性导致管道堵塞、腐蚀;管道后续维护需要额外费用焚烧减量显著热值低填埋技术成熟、处理费用低处理量大、灵活性强、适用范围广污泥中的重金属可能会污染地下水,还有渗滤液问题;填埋场往往远离市区,如何经济地解决泥饼的运输问题是关键饮用水厂污泥特点 污泥化学组成某饮用水厂污泥元素组成某污水厂污泥元素组成ElementAtom%ElementWt%Atom%ElementWt%C12.758.0559
3、.4951.21O62.1552.2637.6943.23Na0.560.67Mg0.630.80.120.2Al8.1611.571.83.49Si12.318.150.711.43P000.140.3S0.210.36Cl0.110.20.010.03K6.82.640.010.03Ca0.290.610.020.03Ti0.13.0.32Fe1.634.8 饮用水厂污泥的主要来源于原水中的悬浮物和水处理药剂,有机物相较于污水厂污泥要低得多,饮用水厂中的含碳量仅为污水处理厂的15.72%。由于饮用水厂使用铝基混凝剂,使得铝离子含量为污水处理厂污泥的4.5倍。同时在饮用水厂污泥含有一定量的钾
4、,在一定条件下可回用作种植土。处理方式处置方式饮用水厂污泥浓缩调理脱水(低温干化)卫生填埋;土地利用、园林绿化;水泥生产原料,制陶粒、砖等;无机盐回收;用作污水处理污水厂污泥浓缩稳定调理脱水高温好氧发酵、高温干化、石灰固化、厌氧发酵、焚烧、堆肥等卫生填埋;制备成砖、陶粒等 污泥物理性状饮用水厂污泥污水厂污泥表观性状粘稠的絮状物、颜色呈黑灰色、有臭味更加粘稠的絮状物,颜色为黑褐色,消化污泥有恶臭含水率(%)沉淀池排泥水:99及以上滤池反冲洗废水:更高初沉污泥:97.5左右二沉污泥:99.3左右密度(g/cm3)1.061.2小于1 饮用水厂污泥外表面非常粗糙,且分布着许多大小不一的裂缝,BET结
5、果表明,其比表面积高达67m2g-1,所以可直接用作吸附剂或改性后用作吸附剂。污水厂污泥的表面积通常较小,大约为0.0020.1 m2g-1饮用水厂污泥特点PART 02技术进展研究综述 随着社会的发展和人口增加,污泥的产量也随之增加随着社会的发展和人口增加,污泥的产量也随之增加 饮用水厂污泥的处理和处置是水资源规划和管理的重要部分饮用水厂污泥的处理和处置是水资源规划和管理的重要部分 污泥的含水率是污泥资源化利用的关键污泥的含水率是污泥资源化利用的关键资源化利用资源化利用国国内内外外研研究究重重点点排泥水在水厂内的排泥水在水厂内的处理处理污泥性质污泥性质降低污泥体积、含水率降低污泥体积、含水率
6、目的目的要求要求目的目的目的目的研究综述 国内研究内容主要观点污泥性质污泥中有机物的含量与原水中有机质的含量有关,各个水厂污泥有机物含量及种类差异较大;水厂污泥中的主要无机离子为Al,Fe,Ca,Mg,其中Al与Fe主要是水厂投加的混凝剂随着沉降作用而进入到絮体中,Ca与Mg离子主要来源于原水及原水中的颗粒物。利用激光粒度分析、PDA、扫描电镜、显微镜摄像和分形理论对污泥性质进行分析;污泥物相成分主要为石英,其次是白云母和高岭土。排泥水在水厂内处理投加阳离子和阴离子PAM均可使污泥比阻降低近2个数量级,显著改善脱水性能;阴离子型PAM的投量和价格低于阳离子型,可作为自来水厂污泥预处理的首选药剂
7、单独投加氯化铁和PAC对自来水厂污泥的调理效果有限,与石灰复合使用后可以进一步降低比阻;石灰的骨架作用有效降低了污泥的可压缩性,增加了泥饼渗透性。资源化利用在烘干的饮用水厂污泥中掺加黏土后,其组成成分在制备陶粒的烧胀区内;制备的烧胀陶粒具有比表面积大的特点,既可用于废水中磷的吸附,也适用于水处理用填料饮用水厂污泥中的无机颗粒能摩擦和挤压污水处理厂污泥中的絮体颗粒,使得保外聚合物释放;污泥中的PACl有在污水中有二次混凝作用,二者同时作用提高污泥的脱水性能ph为4-6时,经过酸浸的饮用水厂烘干、焙烧的污泥对磷的去除率几乎可以达到100%;在最佳pH条件下,酸浸污泥对高初始废水的除磷效果优于未酸浸
8、污泥。排泥水处理流程水厂污泥处理流程图处理模式优点缺点适用范围直接回用反冲洗水费用低需要严格检测反冲洗水水质反冲水废水水质较好共同处理免去排水池,基建费用低反冲洗废水对沉淀池排泥水有稀释作用,后期处理费用增加滤池反冲洗水不能满足回用要求;单独浓缩无法满足脱水机械的要求;沉淀池排泥水沉降性能较差的水厂分开处理避免交叉污染基建费用高反冲洗废水和沉淀池排泥水水质相差极大;水厂对回用水质标准要求较高 国内水厂污泥处理流程图国内外相关研究研究综述 国外研究内容主要内容污泥性质饮用水厂污泥中的水分可分为自由水、矾花水、毛细水、结合水;自由水最容易去除,简单的重力浓缩或机械脱水就能去除;而结合水最难除去,需
9、要加热干化或焚烧处理才可部分去除。通过投加化学药剂或冰冻-解冻预处理,可改变部分矾花或毛细水水状态,成为较易失去的自由水。在投加相同混凝剂用量的情况下,pH控制在6.8,比阻变化范围不大,脱水效果最佳污泥中含有的大部分重金属是由添加物中的杂质(如絮凝剂)引起的,Cr、Cu、Cd、Ni、Pb、Zn的含量一般为污水厂的10%-30%排泥水在水厂内处理由于冰冻-解冻处理不需要添加任何药剂,处理时不会产生二次危害;处理后的污泥极易失水,脱水后的泥饼含水率低有机高聚物的机理主要为电性中和及压缩双电层作用和吸附架桥原理;当胶粒的电负性较强时,电性中和作用占主导;较弱时,吸附架桥占主导自来水厂排泥水中含固率
10、较低,排泥水比重接近1.0,混凝剂水解后的金属羟基絮体结构松散,仅靠重力作用,压缩沉降速度较慢;通过气浮浓缩,可使浓缩污泥含水率降至96.8%资源化利用使用酸化法可以有效回收铝污泥中的铝,回收得到的低品质混凝剂可用于CEPT,有效去除污水中的SS,TP。铝污泥中的阳离子会与污水厂污泥中的负电荷中和,从而提高其沉降性能;铝污泥中大量无机物在混合污泥起到了“骨架”作用,形成了一定的透水通道研究综述 国外水厂规模1104m3/d5104m3/d10104m3/d50104m3/d50104m3/d合计厂数(座)占比(%)脱水方法厂数(座)利用率(%)厂数(座)利用率(%)厂数(座)利用率(%)厂数(
11、座)利用率(%)厂数(座)利用率(%)天然干化7509453835真空过滤0063231218103加压过滤3237107611131冰冻解冻185离心机脱水216脱水造粒0033排入其他水厂006排入下水道154其他0267合计363PART 03低 温 干 化 技 术 与 实 践脱水技术名称工作原理特点带式压滤机由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层,从一串有规律排列的辊压筒中呈S形经过,依靠滤带的张
12、力形成对污泥层的压榨和剪切力,把污泥层中的毛细水积压出来,从而实现污泥脱水。能够有效降低污泥体积,达到减量化、资源化要求;为机械式脱水,含水率难以进一步去除,降低到55%以下(去除毛细水及内部结合水)。板框压滤机 在密闭的状态下,经过高压泵打入的污泥经过板框的挤压,使污泥内的水通过滤布排出,达到脱水目的。离心脱水机由转鼓和带空心转轴的螺旋输送器组成,污泥由空心转轴送入转筒,在高速旋转产生的离心力下,立即被甩入转鼓腔内。由于比重不一样,形成固液分离。污泥在螺旋输送器的推动下,被输送到转鼓的锥端由出口连续排出;液环层的液体则由堰口连续“溢流”排至转鼓外靠重力排出。叠螺脱水机 由固定环,游动环相互层
13、叠,螺旋轴贯穿其中形成的过滤主体。通过重力浓缩以及污泥在推进过程中受到背压板形成的内压作用实现充分脱水,滤液从固定环和活动环所形成的滤缝排出,泥饼从脱水部的末端排出。串螺式脱水机串螺式叠螺机是在叠螺机的基础上,由游动环和固定环相互层叠,两根螺旋轴贯穿在其中形成的筒状过滤装置。螺旋轴在推动污泥前进的同时,通过本体上的外部驱动及导向装置,使游动环产生上下直线运动的同时下端钟摆运动,通过这种特殊的环片与螺旋轴结构,使游动环在不与螺旋轴在接触的情况下,同样产生运动,既可以确保游动环能够有效地与固定环错位,产生通畅的冻缝,防止堵塞,并且无磨损,使整机没有易损件,同时能够最大限度地剪切污泥,推进污泥前进并
14、降低泥饼含水率 干化技术干化技术干化技术工作原理处理后含水率特点直接加热直接加热转鼓干化技术将脱水后的污泥从污泥漏斗进入混合器,按比例充分混合部分已经被干化的污泥,使干湿混合污泥的含固率达50%60%,然后经螺旋输送机运到三通道转鼓式干燥器中。8%加热温度可达700,能耗大离心脱水干化一体技术稀污泥自浓缩池或消化池进入离心干化机,干化机内的离心机对污泥进行脱水,经机械离心脱水后的污泥呈细粉状从离心机卸料口高速排出,高热空气以适当的方式引入到离心干化机的内部,遇到细粉状的污泥并以最短的时间将其干化。20%加热温度可达300,能耗大间接加热间接加热转鼓干化技术翼片螺杆通过循环热油传热,转鼓和翼片螺
15、杆同向或反向旋转,污泥可连续前移进行干化5%加热温度达到350,能耗大多盘干燥技术(珍珠工艺)通过返混工艺,湿污泥涂覆形成内湿外干的污泥颗粒(珍珠),在耙子的作用下,在圆盘上作圆周运动,与加热表面接触干化约10%设备投资高;耙杆、耙叶需要经常维护;圆盘直径一般小于3m,产量受到限制;不适合粘性物料流化床工艺脱水污泥通过污泥泵送至流化床污泥干燥机中,通过流化床底部的热循环气体和中部的导热油干化,干燥箱内干燥温度85,产生的污泥颗粒被循环气体流化并产生激烈的混合。1030干化颗粒的粒径无法控制热泵干化技术通过热泵对湿热气体进行除湿和加热(70)55%以下冬季时使用热泵除湿效率低,除湿能效较低。干化
16、技术工作原理特点太阳能干化技术温室型干化技术针对污泥进行干化处理时,会在干化装置的顶部和墙体使用透明玻璃、塑料薄膜等材料进行铺设,然后再利用黑色吸热的特点将四周的颜色变成黑色,利用太能照射产生的热量,在装置内部形成热量转换。温室中使用的设备也可以使用强制通风或者自然通风的方式。使用自然通风主要就是在装置的顶部利用烟囱进行空气的交换,使用这样的方式能够起到更加有效的节能环保效果。利用可再生能源,具有节能的优点,设备制造工艺成熟;但效率不高,同时占地面积大集热-温室型太阳干化技术将温室干化技术和集热器干化技术进行充分结合。针对污泥进行处理时,一部分热能主要来自于太阳能的照射,可以将物料中的水分直接
17、蒸发,而另一部分的热量主要就是来自集热器吸收的热能,在温室内形成空气和物料之间的热量交换,从而将物料中的水分含量去除。太阳能辅助热泵干化技术热泵和太阳能共同为带式干化机提供热源太阳能和热泵互相弥补各自的不足。当夏天阳光充足时,太阳能集热器能使导热介质温度升至70以上,这种情况下不开动热泵,充分节约资源干化技术 低温干化优势污泥低温干化资源化减量化无害化减量化直接将含水率80%左右的污泥干化至含水率10%50%,减量最高可达80%无害化l 干化过程90120分钟,有效杀灭90%细菌(巴氏灭菌),性质稳定,无二次污染l 干化温度低于80,避免了潜在的有害有机物挥发资源化污泥颗粒可用作绿化土、建材、
18、充分利用资源低温干化技术与实践 太阳能热泵低温干化技术原理低温热泵干化机是除湿热泵和太阳能集热与网带式干化机的组合。经脱水后的污泥,利用污泥成型机切条均匀摊铺在干化室网带上,随网带前进;干热空气从干化室底部进入,带走污泥中的水份。利用个压缩机将制冷剂从气态压缩为液态,释放出大量热量,利用冷凝器加热干冷空气,变为干热空气。利用膨胀阀将制冷剂从液态转为气态,吸收大量热量,通过蒸发器吸收回风中的热量,从而达到热能循环目的,使得热空气降温除湿变为干冷空气低温干化技术与实践 太阳能热泵低温干化工程A水厂污泥干化机低温干化技术与实践A水厂污泥处理流程图污泥预处理太阳能热泵干化处理C水厂污泥处理流程图污泥预处理B水厂污泥干化机C水厂污泥干化机低温干化技术与实践A水厂B水厂C水厂结 语谢谢!