固体废物的处理与处置

污泥的浓缩与脱水固体废物的处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste武汉科技学院环境与城建学院@2008张大捷污泥的浓缩与脱水第四章污泥的浓缩与脱水Thickeninganddehydration/dewateringofsludge污泥的浓缩与脱水•定义：由废水净化处理产生的液体或半固态液体。•广义：包括栅渣、沉渣、浮渣、固体和生物固体。•狭义：固体和生物固体，固体含量为0.25%~12%。•WEF（WaterEnvironmentFederation）定义：–“生物固体”（Biosolid）——经过无害化处理后，如消化和堆肥，可利用的有机固体；–“污泥”（Sludge）——未经无害化处理的有机固体。一、污泥的来源与分类1.污泥的定义污泥的浓缩与脱水•城市污水污泥•城市给水污泥•城市水体疏浚污泥•城市排水沟道污泥•城市建筑工地泥浆一、污泥的来源与分类2.城市污泥的分类污泥的浓缩与脱水•按来源特征–生活污水污泥和工业废水污泥•按成分和某些性质–有机污泥、无机污泥、亲水性污泥、疏水性污泥•按污泥处理的不同阶段–生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥、干化污泥•按污泥来源–栅渣、沉砂池沉渣、浮渣、初次沉淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥、化学污泥一、污泥的来源与分类3.城市污水污泥的分类污泥的浓缩与脱水来源污泥类型特点格栅栅渣来自格栅或滤网，类似生活垃圾的成分，已浸水饱和沉砂池无机固体颗粒沉砂池沉渣一般是密度较大的较稳定的无机固体颗粒初次沉淀池初次沉淀污泥和浮渣进厂污水中所含有的可沉降性物质，污泥处理处置的主要对象曝气池悬浮活性污泥产生于BOD去除过程，常使用浓缩法将其浓缩二次沉淀池剩余活性污泥和浮渣曝气池活性污泥的沉降产物，污泥处理处置的主要对象化学沉淀池化学污泥混凝沉淀工艺过程中形成的污泥传统城市污水处理厂中的污泥（包括固体）的来源污泥的浓缩与脱水不同处理工艺的污泥产量（干污泥/污水）（g/m3）处理工艺产生量范围典型值初次沉淀110~170150活性污泥法70~10085深度曝气80~120100氧化塘80~120100过滤12~2520低剂量CaO化学去磷350~500240~400高剂量CaO化学去磷800~1600600~1350反硝化10~3020污泥的浓缩与脱水我国城市污水处理能力和污泥产量年际变化情况05001000150020002500300019951996199719981999年份城市污水日处理能力(万吨)0100020003000400050006000污泥年产量（万吨）城市污水处理能力污泥年产量污泥的浓缩与脱水01000020000300004000050000600007000019992000200520102020年份城市人口(万人)010002000300040005000600070008000900010000年污泥产生量(万吨)城市人口污泥产生量污泥产生量预测污泥的浓缩与脱水1992~2005年欧洲主要国家干污泥产量污泥的浓缩与脱水二、污水污泥的性质和特点•污泥的性质主要包括：1.物理性质–含水率、含固率–密度–脱水性能与污泥比阻2.化学性质–挥发性固体和灰分–肥分–毒性与危害性–污泥的热值与可焚烧性3.生物性质–生物含量–可生化性污泥的浓缩与脱水城市污泥的基本组成描述体系污泥的浓缩与脱水1.污泥的流动相组成污泥的浓缩与脱水•结合水•结合水是指附着在土粒表面呈薄膜状的水，受土粒表面静电引力作用而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。它比普通水有较大的粘滞性，较小的能动性和不同的密度。1.强结合水•厚度相当于几个到几百个水分子厚度•静电引力很大，可达1000MPa•丧失液体特性接近于固体•平均密度为2g/cm3，冰点为-78℃2.弱结合水•厚度从几十到几千个水分子厚•接近一种粘滞水膜•密度约1.3～1.774g/cm3，冰点仍低于0℃，污泥的浓缩与脱水结合水示意图污泥的浓缩与脱水•重力水•重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用。污泥的浓缩与脱水•毛细水•由于毛细力的作用而充满岩石毛细空隙中的水称毛细水。•一是上凹的弯液面产生向上的表面张力，可以把水上拉一定的距离；•二是自身的重力使水滴向下运动。表面张力土中孔隙细水通道自由水上升毛细管水重力污泥的浓缩与脱水土壤类型粗砂中砂细砂亚砂土亚粘土粘土最大上升高度(cm)2~412~3535~120120~350350~650650~1200不同的土壤其毛细上升高度不同，毛细水上升的高度可用下式计算：0.003kHD式中，Hk——毛细上升高度，mm；D——孔隙直径裂隙宽度，mm。毛细水污泥的浓缩与脱水•毛细水1.支持毛细水2.悬挂毛细水3.孔角毛细水污泥的浓缩与脱水•矿物水•在于矿物品体内部或晶格之间的水，又称化学结合水。1.沸石水•以水分子（H2O）形式存在于矿物晶格空隙之中•方沸石（Na2Al2Si4O12•nH2O）中所含的水是沸石水•常温下当湿度下降时，所含的水可从沸石中逸出2.结晶水•以水分子的形式进入矿物的结晶格架并成为某些矿物的组成成分•矿物加热到400℃以上可分离（CaSO4•2H2O）3.结构水•以H+和OH-形式存在于矿物结晶格架中的水，在矿物中并不保持水分子（H2O）结构•白云母（KAl2[AlSi3O10]OH2），白云母只有加热到400℃以上，H+和OH-才能分离出来污泥的浓缩与脱水1.污泥的流动相组成污泥的浓缩与脱水污泥中的水分及其分离方法（一）间隙水•约占污泥水分的70％左右。•一般用浓缩法分离。（二）毛细管结合水•约占污泥水分的20％左右。•可采用高速离心机脱水、负压或正压过滤机脱水。（三）表面吸附水•约占污泥水分的7％左右。可用加热法脱除。（四）内部水•约占污泥水分的3％左右。可采用生物法破坏细胞膜除去胞内水或高温加热法、冷冻法去除。污泥的浓缩与脱水2.污泥的有机物组成•按碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、氯（Cl）六种元素的构成关系•化学组成（或化合物组成、分子结构组成）①毒害性有机物组成•PCBs、PAHs等②有机生物质组成•可溶性糖类、纤维素、木质素、脂肪、蛋白质③有机官能化合物组成•醇、酸、酪、醚、芳香化合物、各种烃类④微生物组成•致病菌、病毒、寄生虫卵和有害昆虫卵等污泥的浓缩与脱水3.污泥的无机物组成①污泥的毒害性无机物组成–砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）8种元素②污泥植物养分组成–氮（N）、磷（P）、钾（K）–NH3-N、NO2--N、NO3--N和OrgN–颗粒P和溶解性P–速效K和非速效K③污泥的无机矿物组成–铁（Fe）、铝（Al）、钙（Ca）、硅（Si）元素的氧化物和氢氧化物污泥的浓缩与脱水二、污水污泥的性质和特点•污泥的性质主要包括：1.物理性质–含水率、含固率–密度–脱水性能与污泥比阻2.化学性质–挥发性固体和灰分–肥分–毒性与危害性–污泥的热值与可焚烧性3.生物性质–生物含量–可生化性污泥的浓缩与脱水•定义：单位质量污泥所含水分的质量百分数。•含水率的计算公式2.1污泥的含水率和密度1.含水率与固体含量%100SWWPw•含固率的计算公式Pw：污泥含水率，%W：污泥中水分的质量，gS：污泥中总固体的质量，g100%100swSPPWS(100)ssSPWP污泥的浓缩与脱水•污泥中水的体积2.1污泥的含水率和密度1.含水率与固体含量•污泥中固体的体积ssSV污泥的浓缩与脱水名称含水率%名称含水率%栅渣80浮渣95~97沉渣60生物滴滤池污泥腐殖污泥96~98慢速滤池93初次沉淀污泥95~97快速滤池97混凝污泥93压氧消化污泥活性污泥初次沉淀污泥85~90空气曝气98~99活性污泥90~94纯氧曝气96~98代表性污泥的含水率污泥的浓缩与脱水含水率污泥状态含水率污泥状态＞90几乎为液体60~70几乎为固体80~90粥状物50粘土状70~80柔软可塑状污泥含水率及其相态污泥的浓缩与脱水•定义：单位体积污泥的质量。常用相对密度来表达。•相对密度计算公式2.1污泥的含水率和密度2.污泥的密度(100)(100)100(100)wswwsPwswwPPPPPρ：污泥的相对密度Pw：污泥含水率ρS：干固体平均相对密度污泥的浓缩与脱水•污泥干固体中，挥发性固体所占百分数及其密度分别用pv，v表示，灰分的密度用a表示，则干污泥的相对密度可用下式计算：100100vvsvapp100100()avsvvavp•挥发性固体比重一般等于1.0，灰分的比重约为2.5~2.65，如以2.5计，则：2501001.5svp25000250(100)(1001.5)vppp2.污泥的密度污泥的浓缩与脱水•污泥的体积为污泥中水的体积与固体体积两者之和wsWSV(100)ssSPWP(100)1001()10011()ssswsswsswwsSPPSVSPPSP3.污泥的体积污泥的浓缩与脱水•在污泥的浓缩过程中，可用下式来换算体积、质量及其中干固体含量之间的关系：22111122100100wwPCWVPCWVV1、W1、c1——污泥含水率为P1时污泥的体积、质量与固体物浓度；V2、W2、c2——污泥含水率为P2时污泥的体积、质量与固体物浓度。3.污泥的体积污泥的浓缩与脱水问题：污泥含水率从97.5%降低到95%时，求污泥体积？11222211100100VWpCVWpC12111210010097.51100100952pVVVVp即污泥体积减少一半。污泥的浓缩与脱水污泥含水率与体积变化含水率%9896928468体积m3100502512.56.25注：污泥固体物质含量为2kg污泥的浓缩与脱水(1)sswmVV—泥饼体积ms－污泥中干固体的质量ε－污泥孔隙率，一般在40~50%ρs－干固体的相对密度ρw－水的密度•当污泥的含水率低到污泥颗粒之间的空隙不再被水填满时，就形成泥饼，泥饼具有体积大体不变的特点•可用以下公式计算：3.污泥的体积当污泥含水率较低时如何计算含水率？污泥的浓缩与脱水•V－土的总体积•Vv－土中孔隙体积；•Vw－土中水的体积；•Va－土中气体的体积；•Vs－土中固体土粒的体积；•m－土的总质量；•mw－土中水的质量；•ma－土中气体的质量，≈0；•ms－土中固体土颗粒的质量。当污泥含水率较低时如何计算含水率？100100(%)ssswmmmmmw含水量的定义为：•土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。污泥的浓缩与脱水•物理意义：单位重量的污泥在一定压力下过滤时，滤饼单位干重所具有的阻力，单位为m/kg。•卡门公式2.2污泥的脱水性能1.比阻和压缩系数2()LLLfdVPAdtVrRAVL为滤液的体积，m3；PL为过滤压力，N/m2；A为过滤介质面积，m2；t为过滤时间，s；μ为过滤液的动力粘度，N·s/m2；ω为单位过滤介质上被截留的固体质量，kg/m3；r为污泥的比阻，m/kg；Rf为过滤介质的阻抗，m-2。对时间积分22fLLLLRrVtVPAPA22LPAbr污泥的浓缩与脱水•污泥比阻与过滤压力及过滤面积的平方成正比•与滤液的动力粘度及滤饼的干固体重量成反比•不同的污泥种类．其比阻差别较大。•一般来说，比阻小于1×1011m/kg的污泥易于脱水，大于1×l013m/kg的污泥难以脱水。2.2污泥的脱水性能1.比阻和压缩系数22LPAbr污泥的浓缩与脱水•压缩系数：反映污泥的渗滤性质，压缩系数大的污泥，其比阻随过滤压力的升高而上升较快，可以用下列关系式表示：2.2污泥的脱水性能1.比阻和压缩系数oLrrPsr为过滤压力为PL时污泥的比阻；