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1、1,污泥调理的目的污泥调理是为了提高污泥浓缩脱水效率的一种预处理方法，目的是为了经济地进行后续处理而有计划地改善污泥的性质。有机质污泥（包括初沉污泥、腐殖污泥、活性污泥及消化污泥）均是以有机微粒为主体的悬浊液，颗粒大小不均匀且很细小，具有胶体特性。由于和水有很大的亲和力，可压缩性大，过滤比阻抗值也大，因而过滤脱水性能较差。其中活性污泥由各类粒径胶体颗粒组成，过滤比阻抗值高，脱水更为困难。,5.2.2 污泥的调理,2,一般认为，进行机械脱水的污泥，其比阻抗值在（0.10.4）109 S2/g之间较为经济，但各种污泥的比阻抗值均大于此值(见表5.3)。因此，为了提高污泥的过滤、脱水性能，有必要对污
2、泥进行调理。,3,污泥的调理方法主要有洗涤（淘汰调节、水力调理）、加药（化学调节）、热处理及冷冻熔融法（物理调理）。以往主要采用洗涤法和以石灰铁盐、铝盐等无机混凝剂为主要添加剂的加药法。近年来，高分子混凝剂得到广泛应用，并且后两者方法也受到重视。特别在以污泥作为肥料再利用时，为了不使有效成分分解，采用冷冻熔融是有益的。在有液化石油气废热可供利用时，用冷冻熔融法更为有利。选定上述调理工艺时，必须从污泥性状、脱水的工艺、有无废热可利用及整个处理、处置系统的关系等方面综合考虑决定。,污泥的调理方法,4,污泥的洗涤污泥的洗涤适用于消化污泥的预处理，洗涤可以节省加药（混凝剂）用量，降低机械脱水的运行费用
3、。污泥加药调节所用的混凝剂，一部分消耗于挥发性固体（中和胶体有机颗粒），一部分消耗于污泥水中溶解的生化产物。生物泥经过厌氧消化，使挥发性固体含量降低，但在污泥厌氧消化的甲烷发酵期，会同时产生钙、镁、铵的重碳酸盐，使消耗于液相组分的混凝剂数量激增。污泥水的重碳酸盐碱度的浓度可由数百mg/L增加到20003000 mg/L。按固体量计算，碱度增加了60倍以上。所以消化污泥直接投加混凝剂是很不经济的，需要进行污泥的洗涤处理，洗涤用水为污泥的25倍，目的就是降低碱度，节省混凝剂用量。一般情况下，经洗涤以后，混凝剂的消耗量可节省50%80%。,5,洗涤水可用二次沉淀池出水或河水，污泥洗涤过程包括用洗涤水
4、稀释污泥、搅拌、沉淀分离、撇除上清液。洗涤工艺可分为单级洗涤、两级或多级串联洗涤等多种形式。其中两级串联逆流洗涤效果最好，其工艺流程见图5.6。,6,由于大小不同的颗粒有不同的沉降速度及有机微粒的亲水性，故污泥洗涤能去除部分有机微粒，还能降低污泥的粘度，提高污泥浓缩、脱水效果。但是当循环用水时，有机微粒会逐渐在水中富集。故洗涤后上清液BOD5与悬浮物浓度常高达2000 mg/L以上，必须回流到污水处理厂处理，不能直接排放。此外，洗涤水会将污泥中的氮带走，降低污泥肥效。所以当污泥用作土壤改良剂或肥料时，不适宜采用洗涤工艺。对浓缩生污泥进行洗涤的效果较差，可采取直接加药进行调理。,7,加药调理加药
5、调理的原理就是在污泥中加入助凝剂、混凝剂等化学药剂，促使污泥颗粒絮凝，改善其脱水性能。,加药调理(化学调理)采用得较为普遍，其实质是向污泥中投加各种絮凝剂，使污泥形成颗粒大、孔隙多和结构强的滤饼。无机调理剂有三氯化铁、三氯化铝、硫酸铝、聚合铝等；有机调理剂有聚丙烯酰胺等。无机调理剂价廉易得，但用量大，pH值的影响大；而有机调理剂则与之相反。综合应用23种絮凝剂，混合投配或依次投配，能提高效能。,8,混凝原理由于污泥中的固体颗粒是水合物，细小而带电，所以污泥会形成一种稳定地胶体悬浮液，使污泥中固体和水的分离比较困难。因此，要解决固液分离，就必须要破坏污泥胶体的稳定性。加药处理可以减少离子和水分子
6、的亲合力，使粒子可以得失电子或共享电子。实际上，废水中的全部分散相粒子都带负电，造成相互之间的静电排斥，以维持其稳定地分散体系。分散相微粒和分散介质带着相反符号的电荷而形成双电层。双电层分为两个部分：吸附层和漫散层，统称为漫散双电层。根据这种双电层模式，表面带负电的微粒，其外部周围是集中了阳离子的双电层。两个相同电荷微粒接近时，由于静电斥力大于范德华力而不能相结合形成大颗粒。要使胶体颗粒相互凝聚，必须设法中和污泥颗粒所带电荷，并取消或压缩被颗粒吸附着的双电层厚度。,9,混凝原理由于各类混凝剂产生的离子常常带正电荷，与带负电荷的污泥颗粒互相吸引并中和，使电荷减小，从而降低了斥力并在范德华力的作用
7、下克服静电斥力而凝聚。同时，加入混凝剂后，污泥中的离子浓度增加，通过正负电荷的静电吸引，使粒子迅速靠近，破坏压缩双电层厚度，也促使颗粒凝聚长大，从而改善其脱水沉降性能。,10,混凝剂通常，所用的混凝剂的离子价越高，对中和胶体电荷量及压缩双电层厚度也越有利。所以铝盐、铁盐及高聚合度混凝剂的混凝效果是比较好的。在各类混凝剂中，无机混凝剂的主要作用是中和电荷、压缩双电层、降低斥力，一般铁盐或铝盐加入污泥后会形成带正电荷离子，即Fe3+或Al3+，往往易水解形成氢氧化物絮体而促进混凝作用。故混凝效果与pH有很大关系，例如以铝盐作为混凝剂时：pH小于4时，铝成为Al3+的状态；pH大于4时，生成Al8(
8、OH)204+和Al6(OH)53+等带正电荷高价氢氧化物聚合体，有利于中和污泥颗粒的负电荷及加强吸附作用；pH在8.2以上时，氢氧化铝明显地溶解成为铝酸离子AlO2-而丧失了混凝作用。因此，铝盐作为混凝剂，污泥的pH在57之间效果最好。高铁盐要求的pH以57时的混凝效果较好，可以迅速形成Fe(OH)3絮体。亚铁盐作为混凝剂时，最适宜的pH范围是8.79.6。,11,通常同时使用石灰以调整到适当的pH值范围。此外，石灰还起到除臭、杀菌，使污泥易于过滤及稳定化等作用。石灰一般不单独作为混凝剂，投加石灰主要起助凝作用，补给OH-,以中和铁盐所造成的酸性，改良滤饼从过滤介质上剥离的性能。添加无机药剂
9、的工序有利于真空脱水或加压脱水，然而存在着以下不足：由于添加百分之几到20%的金属盐和5%25%的石灰，需增加设备并使滤饼数量增加，不利于进一步处理和利用；从药剂中带入有害物质，在焚烧污泥时，Ca2+会使Cr3+氧化为毒性更大的Cr6+；石灰粉尘会影响工作环境；Ca(OH)2分解会耗热，降低滤饼热值，不利于焚烧处理。,12,高分子混凝剂中和污泥胶体颗粒的电荷及压缩双电层这两个作用，与无机电解质混凝剂相同。高分子混凝剂的混凝特点在于：由于它们的长分子，可构成污泥颗粒之间的“架桥”作用，并且能形成网状结构，起到网罗作用，促进凝聚过程，故能提高脱水性能。特别是改性后的高分子聚合电解质，架桥作用更强。
10、因非离子型的链是卷曲的，变性后，极性基团被拉长展开，增强了架桥与吸附能力，混凝效果可提高610倍。此外高分子混凝剂能迅速吸附污泥颗粒，絮体比无机混凝剂更牢固，结合力更大。,13,助凝剂助凝剂本身一般不起混凝作用，而是调节污泥的pH，供给污泥以多孔状格网的骨骼，改变污泥颗粒结构，破坏胶体的稳定性，提高混凝剂的混凝效果，增强絮凝强度。助凝剂主要有硅胶土、珠光体、酸性白土、锯屑、污泥焚烧灰、电厂粉尘及石灰等惰性物质。助凝剂的使用方法有两种：一种是直接加入污泥中，投加量一般为10100 mg/L；另一种是配制成1%6%的糊状物，预先粉刷在转鼓真空过滤介质上，成为预覆助滤层，随着转鼓的运转，每周刮去0.
11、010.1 mm。待刮完后再涂上。,14,混凝剂污泥调理常用的混凝剂包括无机混凝剂与高分子混凝剂两大类。无机混凝剂是一种电解质化合物，主要有铝盐和铁盐等。高分子混凝剂是高分子聚合电解质，包括有机合成剂及无机高分子混凝剂两种。国内广泛使用的高聚合度非离子型聚丙烯酰胺（PAM）及其变性物质。无机高分子混凝剂主要是聚合氯化铝（PAC）。,15,混凝剂的选择在无机混凝剂中，铁盐所形成的絮体密度大，因此需要的药剂量较少，特别是对于活性污泥的调节，其混凝效果相当于高分子聚合电解质。但其腐蚀性较强，不便贮藏与运输。投加量较大时，需用石灰作为助凝剂调节pH；铝盐混凝剂形成的絮体密度较轻，药剂量较多，但腐蚀性弱
12、，便于贮藏与运输。,16,高分子混凝剂的主要特点是药剂消耗量大大低于无机混凝剂，最常用的高分子混凝剂有聚丙烯酰胺及其变性物和聚合氯化铝。聚合氯化铝的投加量一般在3%左右，聚丙烯酰胺的投加量一般在1%以下，而无机混凝剂的投加量一般为7%20%。与无机混凝剂相比，高分子混凝剂还有以下优点：处理安全，操作容易，腐蚀性小（金属盐混凝剂有腐蚀性，一般不能用于离心脱水机工艺）；滤饼量增加很少；滤饼用作燃料时，发热量高，焚烧后灰烬少。为了和水混合，高分子混凝剂最好呈液态，其次是颗粒状或小片状；但前者运输费用高，后者价格较贵。国外已广泛采用高分子混凝剂来进行污泥脱水前调理，仅在高分子混凝剂太不经济或对污泥脱水
13、性能提高无效时才使用金属盐无机混凝剂，在污泥臭气严重或污泥不需要充分消化直接填埋时则常常采用石灰。,17,使用混凝剂还应注意以下几点：当用三氯化铁和石灰药剂时，需先加铁盐再加石灰，这时过来速度快，节省药剂。反之则不是。高分子混凝剂与助凝剂合用时，一般应先加助凝剂压缩双电层，为高分子混凝剂吸附污泥颗粒创造条件，才能最有效地发挥混凝剂的作用。高分子混凝剂与无机混凝剂联合使用，也可以提高混凝效果。机械脱水方法与混凝剂类型有一定联系。通常，真空过滤机使用无机混凝剂或高分子混凝剂效果差不多，压滤脱水对混凝剂的适应性也较强。离心脱水则要求使用高分子混凝剂而不宜使用无机混凝剂。泵循环混合或搅拌会影响混凝效果
14、，增加过滤比阻抗，使脱水困难。故需注意适度进行。,18,热处理热处理也叫蒸煮处理，是将污泥加热，使部分有机物分解及亲水性有机胶体物质水解，污泥中的细胞也被分解和破坏，使细胞膜中的水游离出来。这样可提高污泥的浓缩性能和脱水性能，对于脱水性较差的污泥十分有效。热处理法可分为高温加压处理法和低温加压处理法两种。,19,高温加压处理法高温加压处理法是把污泥加温到170200，压力为1015 Mpa，反应时间12 h。热处理后的污泥，经浓缩即可使含水率降低到80%87%，比阻抗降低到1.0108 S2/g。再经机械脱水，泥饼含水率可降低到30%45%。,20,高温加压热处理工艺有多种形式，主要差别在于对
15、污泥加热方式不同。其工艺流程如图5.7所示。其中，（a）是水蒸气直接吹入反应管内加热污泥的方式，污泥混合良好，受热均匀；（b）除反应管外，增设加热器间接加热污泥的方式，污泥在热交换器与处理后污泥换热后，在加热器内被高温水或热风间接加热到所需要的温度，为了避免污泥堵塞热交换器，事前必须过筛及破碎；（c）是以水为过热载体的间接加热方式，这种方式比其它两种热效率高。,21,低温加压处理法实践表明，当反应温度在175以上时，设备容易产生结垢现象，降低传热效率。同时，高温高压处理后的分离液中溶解性物质比原污泥高约2倍，分离液需进行处理。所以低温加压处理法便得到了发展。低温加压处理法的反应温度较低（在15
16、0以下），有机物的水解受到控制，与高温加压法相比，分离液的BOD5浓度约低40%50%，锅炉容量可减少30%40%，臭气也较少，是一种优良的调理方法。,22,低温加压吹气法是一种常用的处理流程，介于湿式氧化和热处理之间。反应器内温度145，压力保持在10 Mpa左右，吹入处理污泥10倍体积的高压空气。其流程如图5.8所示。,23,除去砂石、金属、玻璃片等杂质后的污泥被送入贮槽，污泥中的纤维素、碎布、木片等靠破碎机重复破碎到2cm以下。随后将污泥用高压隔膜泵压入套管换热器的内管中，被环状外管内流过的反应后高温污泥预热到120后，送入湿式旋风分离器进一步除去常温下尚未除掉的砂石、金属屑等，再送入反
17、应器。在器内被来自锅炉的蒸汽加热到150，同时与空压机送来的空气相接触使污泥中一部分臭气成分氧化分解，并使污泥脱水性能提高。反应后的热处理污泥，经过上述套管换热器及自动排泥阀后送入污泥浓缩槽，浓缩后靠高压泵打入压滤机内。,上清分离液送返废水的生物处理系统。由反应器底部吹入的空气从反应器顶部抽出后，送入燃烧式脱臭器脱臭。,24,热处理法优点：可大大改善污泥的脱水性能；热处理污泥经机械脱水后，泥饼含水率可降到30%45%，泥饼体积是浓缩、机械脱水法泥饼的1/4以下，便于进一步的处置；不需加药剂，不增加泥饼量；由于加热处理，污泥中的致病微生物与寄生虫卵可以完全被杀灭，从卫生学看也是有利的；适应性强，
18、可适用于各种污泥。,25,热处理法缺点：为了回收热量而使用套管热交换器时，容易在管壁结垢，且有机物在管壁处结焦会造成热交换器高温区管壁和T形回弯头等处腐蚀和磨损；发生恶臭，向处理场地周围散发；污泥可溶性分离液含有机物浓度高，BOD及COD偏高，需要二次处理；需要高温高压操作和蒸汽加热，处理时间长达30 min以上；设备费用、操作费用高；和焚烧相比，污泥发热量低。热处理法优点是主要的，今后污泥热处理法会有所发展。,26,冷冻熔融处理法冷冻熔融处理法是为了提高污泥的沉淀性和脱水性而使用的预处理方法。污泥一旦冷冻到零下20后再熔融，因为温度大幅度变化，使胶体脱稳凝聚且细胞膜破裂，细胞内部水分得到游离
19、，从而提高了污泥的沉淀性能和脱水性能。此种处理的流程见图5.9所示。,27,近年来，冷冻熔融法已被广泛使用。冷冻前，污泥颗粒的结构分散、细小；冷冻熔融以后，颗粒变大，没有毛细状态。冷冻处理后，污泥的沉降速度显著提高。经冷冻熔融后，无论污泥的浓度高低，几乎都在10 min内，沉降速度即达到500 mm/min以上。此速度是冷冻前的26倍。冷冻处理对提高污泥过滤产率的影响甚至更大。自来水厂污泥的过滤产率一般为510 kg/(m2h)。若投加混凝剂作化学预处理时，过滤产率约可提高数倍。而经冷冻熔融预处理，过滤产率可以提高到200 kg/(m2h)以上，最高甚至可达2000 kg/(m2h)以上。因此，很多自来水厂都采用冷冻法处理污泥，以便节约处理污泥的占地面积。,28,污泥冷冻熔融后，再经真空过滤脱水，可得含水率为50%70%的泥饼。而用加药调理、真空过滤脱水，泥饼含水率为70%85%。不同种类的污泥，分别采用冷冻熔融与加药调理法作为预处理的脱水效果见表5.4。从表中可知冷冻熔融后进行真空过滤的泥饼含水率远低于加药调理后进行真空过滤泥饼的含水率。由于冷冻处理后不必加混凝剂，所以泥饼量不会增加。,
