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污泥深度处理设备
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污泥深度处理设备

简介:

        随着社会经济的发展,我国目前的城市污水处理厂约2200座,随着中国城市化进程的加快,城市污水处理厂仍不断增加,污泥产量也呈持续快速增长之势。据不完全统计,全国每年产生含水80%的湿污泥为3000多万吨,并逐年以10 %左右递增。  

        长期以来,我国在污水处理厂从设计到运行,普遍存在“重水轻泥”的倾向。污水处理厂出水水质是达标了,但污泥处理处置基本处于缓慢发展状态。要解决污泥处理处置问题,首先必须强化污泥“处理”与“ 处置”的基本概念问题。污泥处理是将饱含水份的原生污泥,通过浓缩、脱水及后续的生物活化处理使其达到稳定化状态。污泥处置是在污泥减量化、稳定化处理后进行的最终处理。  

 

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一、概述

        随着社会经济的发展,我国目前的城市污水处理厂约2200座,随着中国城市化进程的加快,城市污水处理厂仍不断增加,污泥产量也呈持续快速增长之势。据不完全统计,全国每年产生含水80%的湿污泥为3000多万吨,并逐年以10 %左右递增。  

        长期以来,我国在污水处理厂从设计到运行,普遍存在“重水轻泥”的倾向。污水处理厂出水水质是达标了,但污泥处理处置基本处于缓慢发展状态。要解决污泥处理处置问题,首先必须强化污泥“处理”与“ 处置”的基本概念问题。污泥处理是将饱含水份的原生污泥,通过浓缩、脱水及后续的生物活化处理使其达到稳定化状态。污泥处置是在污泥减量化、稳定化处理后进行的最终处理。  

       我国城镇污水厂普遍采用机械方式对污泥进行脱水,脱水污泥含水率一般在75~85%,呈胶质粘结状。污泥具有“四高”特点:一是含水率高;二是有机物含量高,很容易腐烂恶臭;三是重金属含量较高;四是病菌含量高,含有大量的细菌、寄生虫、病毒。污泥不经过无害化处理,任意弃置,简单填埋,容易污染空气、土壤和水源,严重威胁人体健康和环境安全,污泥具有“环境杀手”之称,因此世界上许多国家将污泥视为“危险品”,污泥造成二次污染后再去治理,将付出更高代价。

        据《中国污泥处理处置市场报告(2010版)》调研结果显示,我国污水处理厂所产生的污泥,有80%没有得到妥善处理,污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显出来,并且引起了社会的关注和国家的重视。2010年初,住建部副部长仇保兴称,“十二五”将重点放在污泥处置等方面,应“千方百计地将污泥处置搞上去”,鼓励污泥无害化后进行土地综合利用。2010年11月26日,国家环境保护部下发了《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》,《通知》明确要求:污泥处理处置应遵循减量化、稳定化、无害化的原则。污水处理厂新建、改建和扩建时,污泥处理设施(污泥稳定化和脱水设施)应当与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。不具备污泥处理能力的现有污水处理厂,应当在本通知发布之日起2年内建成并运行污泥处理设施。污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率50%以下。要因地制宜,推动通过填埋、焚烧、建材综合利用,现有工业窑炉(如电厂锅炉、水泥窑等)共处置等方式,提高污泥无害化处置率。透过《通知》精神,可谓“机遇与挑战并存,希望与困难同在”

二、工程概况

        根据规划建设局营口经济技术开发区给排水管理有限公司的招标要求,结合公司所做的污泥深度脱水工程经验,对该营口经济技术开发区给排水管理有限公司污泥深度脱水设施采购项目做以下具体的方案设计,为用户提供较为理想、投资省、处理效果好的工艺设备。设备连续深度脱水压滤工艺,直接以常规脱水泥饼为进料,不需脱水稀释,直接通过改性机在半固态下与改性剂混合改性后深度脱水。

        为严格遵守有关环境法规,保护环境,本着经济建设和环境保护同步进行的“三同时”原则。我单位在进行初步调研,并经多项污泥深度处理成功的实践经验的基础上,编制该地区污泥处理设计方案的工艺、技术资料。

三、污泥特性与脱水难度

        要实现污泥的减量化、稳定化、无害化和综合利用,达到节能减排和发展循环经济的处置目标,污泥脱水是污泥处理处置的前提,只有污泥水分降至60%以下,资源化综合利用才有可能。污泥处理技术的关键是拿掉水分,然而污泥的特性又决定了污泥脱水处理的难度。这是因为:

        污泥中所含水分大致分为四类:A、间隙水;B、毛细结合水;C、表面吸附水;D、内部水。第一种称为“自由水”,后三种称为“束缚水”。这四种水除了间隙水可以以物理方式压滤以外,其他三种水表面具有强大的负电子包裹着,它不能以物理压滤析出。颗粒间的间隙水,约占污泥水分的70%;毛细水,污泥颗粒间的毛细管水,约占20%;颗粒的吸附水及颗粒内部水约占10%,污泥脱水的对象是颗粒间的间隙水。如图:

1.png

 

        污泥之所以含有大量的水分,除了间隙水外,另有很大一部分是由于其颗粒表面特性和污泥团的结构所决定的。污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物等组成。这些荷电离子和胞外聚合物具有很强的持水性。这些污泥颗粒组成了污泥团,形成许许多多的毛细孔管,污泥颗粒表面所持的水和毛细孔道中的水都为结合水,这种束缚水是不能用单纯的机械法除掉。

        污泥脱水的难易,除与水分在污泥中的存在形式有关外,还与污泥颗粒的大小,污泥比阻和有机物含量有关,污泥颗粒越细、有机物含量越高、污泥比阻越大,其脱水的难度就越大。

另外,由于污泥中含有大量的蛋白质、脂肪及其它碳水化合物等高浓度有机物,导致污泥的粘度较大、含水率较高、固液分离性能差。

        四、污泥脱水技术在国内外的现状与发展趋势

        如要在两年之内达到环保部《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》的要求,时间紧、任务重、难度大。就我国而言,目前业界脱水技术大致呈现以下几种方法:

        4.1采用常规机械压力脱水的技术

        目前污泥脱水工艺以机械脱水为主,主要有:真空吸滤法、离心法和压滤法。主要的机械设备有:转鼓式真空过滤机、转桶式离心机、板框压滤、带式压滤脱水、螺旋压榨脱水等。这类型脱水机械脱去的仅是污泥中自由间隙水,虽经脱水,污泥水份仍有75%-85%左右。

        4.2采用热力脱水的技术

        热力脱水一般采用蒸汽、烟气或其它热源,它不是一般意义的烘干。常用设备为桨叶机、套筒机或流化床等,也有以造粒或喷雾形式提高热效率。由于热力脱水必须依赖热源制热或余热利用,但由于存在使用蒸汽不经济,利用锅炉烟道气影响系统稳定,建设独立热源代价大,利用余热须改动原有工艺设施等因素,再者,干化后要资源化利用,且不能因脱水而破坏污泥原赋有的热值。因此,从某种意义上讲,热力干化是以热能置换,是“以热换热”,出现严重的热平衡负效应,但其结果是“以大置小、得不偿失”。

       4.3采用添加固体粉末改性+板框压滤机压滤技术

        添加固体粉末进行污泥改性,使改性后污泥经板框压滤机将污泥脱水至含水率60%以下,但添加的固体粉末量较大,只是增加了污泥中固体含量,增加了污泥中灰分,降低了污泥中的有机物含量和热量等。脱水间断性,不可连续性脱水。

       4.4采用新型板框压滤机压滤脱水的技术

       目前所谓的“新型”板框压滤机,只不过增加了一层橡胶隔膜,隔膜内只可能瞬间通入0.6-0.8Mpa压缩空气或水,对污泥瞬间施压脱水,使污泥含水率有可能降低至70%-75%左右。

        4.5采用污泥表面活化破壁改性解放束缚水匹配机械即压滤又压榨相结合的集成技术

       此项技术系沿用1979年西方发达国家兴起的污泥脱水技术思路,而在我国引用至今也有7-8年的历史,其核心主要通过“无机化学纳米调质与板框压滤压榨匹配”,此技术目前正在兴起发展中。

        公司根据西方发达国家提出的污泥处理技术思路,结合我国国情和节能减排环保政策,在广泛学习和研究国内同行有关污泥处理技术的基础上,集众家之所长,摸索出了一整套适合我国国情的污泥处理实用醒新技术-污泥表面活化破壁改性与机械压滤压榨深度脱水集成技术,并在关联节点做了不断优化完善,目前已走向市场。

五、设计原则

        5.1、严格执行国家现行的环保技术标准、规范,遵守国家和地方环保的有关法律、法规;

        5.2选用先进、合理、可靠的处理工艺,在确保处理达标的前提下,做到操作简单、管理方便、占地小、投资省、运行费用低;

       5.3本工程系环境工程,尤其要注意环境保护,避免和减少二次污染。要求改善劳动卫生条件,贯彻安全生产和清洁文明生产的方针;

       5.4为了提高污泥深度处理站管理水平,设计采用PLC全自动程序控制,减轻操作人员的劳动强度;

        5.5合理选用优质配件,降低能耗,提高工作效益和使用寿命,降低系统运行成本;

        5.6在工艺设计时,有较大的灵活性,可调性。采用一套1.5t/h污泥深度处理设备,以提高系统的灵活性、可变性、适应性和先进性;

        5.7因地制宜,合理布局,有效地利用空间和场地。

六、技术工艺流程

  连续带式污泥深度脱水技术的工作流程见图1。

 

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       其工作主要包括以下几个工程:

       第一步:一次脱水污泥和污泥改性剂在污泥改性混合机内快速、均匀的混合。改性剂主要作用原理:破坏细胞壁、使胶体脱稳,从而起到降低污泥持水性的作用,使结合水转化为“脱稳水”;使污泥“颗粒华”、“孔隙化”,有利于后续深度脱水阶段的分布和脱水。

        第二步:改性后污泥输送到连续深度脱水压榨机,在高压、密集作用力下实现污泥脱水。

       连续深度脱水压榨机主要工作原理:反复、多次高压压榨改性污泥,使压榨污泥形成5-10mm多孔隙薄片状(见图2),确保脱稳后的水分被充分挤出。

       注:过厚和过于密实的泥饼将造成脱稳后水分仍滞留在泥饼内部。

       第三步:深度脱水后的污泥的持水性大幅度降低,且泥饼孔隙率大,放置固化后污泥含水率持续降低。

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图2 经连续深度脱水压榨机深度脱水后泥饼(多孔薄片状)

 

七、连续深度脱水技术与高压板框深度脱水技术的对比

污泥深度脱水方法连续深度脱水压滤工艺高压板框深度脱水工艺
应用形式直接以常规脱水泥饼为进料,不需脱水稀释,直接通过改性机在半固态下与改性剂混合改性后深度脱水。需将常规脱水泥饼先加水稀释成流态,加改性剂调理后深度脱水。
占地面积要求占地面积小占地面积较前者大一倍以上。
加药量5-8%(同80%含水率污泥的质量比)5-8%(同80%含水率污泥的质量比)
单位能耗电耗:5-8kwh/t泥饼。设备持续运作,对电网冲击负荷低。电耗:>15kwh/t泥饼。设备间断运作,对电网冲击负荷高。
配套设备配套设备少,均为常规设备。配套数量多,且含高压、高功率设备。
脱水效果深度压榨后泥饼呈薄片状,厚度5-10mm,晾晒或堆积后含水率迅速下降到60%以下。滤饼呈块状,厚度20-30mm,水分不容易进一步出来。
操作连续运作,泥饼无需人工铲落,
管理要求低。
间歇式操作,每次压滤需要保压2-6小时;泥饼一般需要人工铲落,管理难度高。

        相比板框污泥深度脱水工艺,连续污泥深度脱水工艺具有工艺简单、占地少、能耗低、脱水效果好、污泥减量率高、操作连续简便等显著优势,可节约占地50%以上,节约投资40%以上。

 

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