活性污泥減量及資源化

關(guān)于活性污泥減量及資源化第1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月活性污泥及其來源活性污泥法是利用微生物的生命活動轉(zhuǎn)化污水中的有機物和有毒有害的物質(zhì)的方法。微生物由于自身的增殖，在消耗污水中有機物的同時，也會產(chǎn)生剩余污泥。剩余污泥的來源主要有：工業(yè)污水處理產(chǎn)生的剩余污泥城市生活污水處理產(chǎn)生的剩余污泥第2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月剩余活性污泥的處理剩余活性污泥中含有一定量的毒害有機物，重金屬，致病微生物等有害物質(zhì)，如不有效處理，將對環(huán)境造成直接或潛在的危害。通常的處理方法中溫厭氧消化（生物減量）——壓濾（機械脫水）——填埋或焚燒。污泥的處理費用占到污水處理費用的40％～55％第3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月剩余活性污泥處理的原則1996年，德國人明確提出，對于這種廢棄物的處理原則——減量，無害化處理和資源化利用。污泥減量技術(shù)——脫水減量，控制生物代謝過程減量等。無害化處理技術(shù)——中溫消化后填埋；焚燒（300元/噸）資源化利用——復合肥，合成燃料，燒磚輔料。第4頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月污泥處理技術(shù)的關(guān)鍵通常情況下，剩余污泥的含水量為99％。自由水：與固體顆粒之間無作用力，通過簡單重力沉淀可實現(xiàn)固液分離?？障端盒躞w或生物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙中的水．當絮體或生物體結(jié)構(gòu)被破壞時，空隙水可釋放出來。表面水：與固體顆粒表面之間通過吸附或黏附結(jié)合的水。水合水：與固體顆粒表面通過化學鍵結(jié)合的水．水合水只能通過固體顆粒的熱化學破壞而得到釋放。第5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月污泥脫水困難的主要原因活性污泥由大量的微生物構(gòu)成，細胞物質(zhì)(多聚糖、蛋白質(zhì)、DNA、類腐殖酸物質(zhì)、脂肪以及雜聚物質(zhì))形成的EPS包圍在污泥顆粒的表面。EPS——主要由多聚糖、蛋白質(zhì)和DNA(得自于死亡細胞的消散)組成，這些物質(zhì)結(jié)合大量水分，產(chǎn)生很好的粘性。同時還有類腐殖酸物質(zhì)、脂肪以及雜聚物質(zhì)，如糖蛋白類。第6頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月污泥脫水困難的主要原因活性污泥絮體呈電負性，是生物體(主要是細菌)，無機顆粒(硅酸鹽、磷酸鈣、鐵氧化物)，胞外聚合物以及多價陽離子相互之間物理化學作用形成。污泥顆粒的粒徑分布，絮凝過程通過將小顆粒聚集起來而改變污泥顆粒的粒徑分布，進而影響污泥的脫水。第7頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)有污泥脫水處理技術(shù)物理法（冷凍融化，加熱或超聲波處理）化學法（改變酸堿度，加入加入高分子絮凝劑，臭氧曝氣，表面活性劑）生物法（好氧消化，厭氧消化）其中化學法由于成本低，成為主要的污泥脫水預處理技術(shù)?？蓪⑽勰嘀械乃拷抵?8%左右。第8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月污泥脫水的目的——減量向剩余污泥中加入各種藥劑或力場來調(diào)理污泥的性質(zhì)，進而易于固液分離。得到含固率高的泥餅，從而降低污泥運輸及處理處置的費用。第9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)有污泥調(diào)理技術(shù)的核心降低活性污泥中的吸濕性胞外聚合物(EPS)的含量來提高活性污泥的脫水效果通過適當?shù)男跄龡l件來得到適宜過濾的污泥絮凝物大小分布來提高活性污泥的脫水速率衡量的技術(shù)參數(shù)——比阻值。比阻值越大表明污泥越難以用機械過濾進行脫水。第10頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月污泥調(diào)理方法的耦合表面活性劑＋絮凝劑超聲強化＋絮凝劑表面活性劑＋酸處理＋絮凝劑超聲強化＋表面活性劑＋絮凝劑臭氧氧化＋表面活性劑＋絮凝劑第11頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月加入絮凝劑的作用加入絮凝劑能克服污泥顆粒表面負電荷的斥力，污泥顆粒形成的膠體脫穩(wěn)并趨于凝聚。通過架橋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并將固體顆粒吸附在上面，從而絮凝污泥，增大絮體顆粒的尺寸，并使絮體變得更加致密。第12頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月加入表面活性劑的作用表面活性劑通過分散作用使污泥絮體結(jié)構(gòu)分散解體，同時增溶作用溶出EPS等親水大分子，釋放出原絮體內(nèi)部的結(jié)合水。實驗證明，加入表面活性劑的污泥顆粒粒徑比原泥小，90％的顆粒粒徑都在52m以下，說明能夠凝聚污泥顆粒成團，改變污泥絮團結(jié)構(gòu)，提高污泥脫水性能，含水量可降至68％。第13頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月加入超聲波的作用超聲波可以破壞污泥顆粒的強度結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部包含的水排出，從而使污泥脫水性能得到提高。實驗證明，超聲聲強在400W/m2左右時，處理2-4mins，可以使污泥的結(jié)合水含量降低50％以上。結(jié)合水的降低可提高濾餅過濾性能，減少污泥最終含水率。但當平均聲強高于1000w/m2時，超聲處理反而不利于污泥的結(jié)合水降低。第14頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月臭氧氧化的作用經(jīng)過臭氧氧化，污泥菌膠團密度降低，細胞呈獨立暴露游離分布，細胞量明顯減少；細胞結(jié)構(gòu)被破壞，細胞壁破壞，細胞質(zhì)溶出，污泥中的多糖類及細胞壁成分等難于或不可生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為易生物降解的分子，可減量污泥40%～100%。由于臭氧需求量太大，設備投資與運行費用高，工業(yè)應用受到很大限制。第15頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)有污泥調(diào)理技術(shù)的目的易于采用機械壓榨或高速離心的方法脫去水分第16頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月我們研發(fā)工作的著眼點？第17頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月我們的工作思路改變污泥顆粒的結(jié)構(gòu)，破壞污泥絮體，使污泥顆粒粒徑分布均勻；在親水的污泥顆粒表面覆蓋一層具有適當HLB值的表面活性劑，使之具有較高的親油性；被適當?shù)挠袡C溶劑捕獲并分散。第18頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月如何實現(xiàn)？高剪切力場下，破壞污泥絮體和結(jié)構(gòu)，使其均質(zhì)化；在破壞污泥結(jié)構(gòu)的同時，加入表面活性劑，表面包覆的污泥顆粒與非極性有機溶劑逆流接觸，被捕獲并分散。第19頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月剩余污泥浮選工藝流程第20頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月可能出現(xiàn)的問題？作為原料的剩余污泥的含水率過濾前？過濾后？可能會形成油包水的乳液，使油相含水率過高調(diào)整兩相的流比，使水相成為連續(xù)相；調(diào)整溶劑以及表面活性劑的種類；采用物理或化學的方法破乳。第21頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗方案以及計劃五月中旬～六月中旬5月11日～20日，原料準備，藥品準備5月23日～6月3日，對實驗原料以及實驗方案進行初步的探索性實驗，6月7日～17日，總結(jié)實驗數(shù)據(jù)與實驗過程中的現(xiàn)象，集中討論一次。第22頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗原料原料性狀：經(jīng)過絮凝、壓濾、脫水后的污泥；實驗測定其含水量為82%；黑色、瀝青狀粘稠固體，惡臭，有毛發(fā)等雜質(zhì)。實驗用原料制備：200克污泥加入1000克水，經(jīng)膠體磨均質(zhì)化，得到固含量為2%～3%的還原污泥。然后再加入一定量的表面活性劑。第23頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗過程1將制備好的還原污泥，與一定量的溶劑，重量比為2：1，在分液漏斗內(nèi)進行混合震蕩，靜置分層，分別取出分層各項進行稱重。溶劑為蒽油，洗油，油腳，柴油。表面活性劑司班60，80（HLB值4左右）吐溫60，80（HLB值12左右）木質(zhì)素磺酸鈉和季銨鹽（離子型）第24頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗過程2活性污泥的熱解原料：壓濾脫水后的污泥（含水82%）熱解溶劑：蒽油投料比：1：1（質(zhì)量比）常壓熱解：熱解油得率65%，穩(wěn)定。加壓熱解：熱解油得率90%，穩(wěn)定。第25頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗過程中的一些問題？污泥中的一些雜質(zhì)不利于破碎設備。沙子，頭發(fā)，線團等單級實驗中，污泥可以被富集至溶劑中，起到一定的脫水作用，油泥混合物中的含水量測定不易。溶劑消耗量？水相的再次處理？第26頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗過程中的一些問題？污泥熱解熱解的能量消耗與干化能量消耗？孰高孰低？熱解油的熱值利用與干化焚燒的熱值利用？孰高孰低？如何與其他燃料配合，得到合適的C,H,O的比例，獲得最大的燃燒效率？第27頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月有關(guān)行業(yè)的規(guī)定美國是世界上污泥填埋率最高的國家，而日本是污泥焚燒率最高的國家。由此看出，剩余污泥處理受該地區(qū)的法律法規(guī)影響的最大的。我國的污泥處理處置技術(shù)規(guī)范中建議“東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)采用干化焚燒，西部欠發(fā)達地區(qū)采用填埋”。對于填埋污泥對于環(huán)境的影響，規(guī)范中明確“誰提供，誰負責”。第28頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月6月中旬～7月中旬的工作浮選過程的文獻調(diào)研；6月15日～6月24日浮選實驗設備的加工；6月24日～7月8日浮選藥劑的購買；6月21日～7月6日污泥浮選實驗的初步實驗。

7月11日～7月15日第29頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月文獻調(diào)研情況泡沫浮選法是一種以各種物質(zhì)在溶液中表面活性差異為基礎的分離技術(shù)。影響因素：被分離的物質(zhì)種類——選擇表面活性劑；溶液的PH值——影響表面活性劑的存在形式；表面活性劑的濃度——小于CMC；？溫度和氣流速度——氣泡的穩(wěn)定性和大小。第30頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月泡沫分離的工業(yè)應用從1915年起就應用于礦物浮選；上世紀70年代開始應用于工業(yè)廢水的處理；本世紀初開始應用于生活污水的處理。曝氣沉沙與浮選表面活性劑；降低絮凝劑與沉淀劑的用量；第31頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗中必須要明確的問題原料及基本的物性數(shù)據(jù)？浮選柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)？如何選擇表面活性劑及其用量？浮選過程中的氣含率？如何評價浮選效果？第32頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月高碑店污水廠－工藝流程全圖第33頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月污泥原料的基本物性污泥顆粒在水中的行為與膠體物質(zhì)相近，帶有電荷，ζ電位通常在-45～20mv；污泥的pH值為7.22；污泥顆粒大?。ň|(zhì)后）200~500μm污泥含水率99%左右；還原污泥的含水率為97%第34頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月浮選實驗設備的參數(shù)設備參數(shù)影響浮選的兩個參數(shù)氣泡表面積通量；污泥負荷；浮選柱結(jié)構(gòu)參數(shù)內(nèi)徑Ф50mm；有效高度h=500mm；第35頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月浮選實驗裝置流程第36頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣泡表面積通量和污泥負荷單位時間內(nèi)通過單位浮選柱截面積的氣泡總表面積，表達了氣泡數(shù)量、大小(氣泡直徑d)和浮選柱表觀充氣速率(J)，定義為：Sb=6Jg／db污泥負荷是單位時間內(nèi)的污泥加入量。第37頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月表面活性劑的選擇與用量HLB值，決定了表面活性劑親水性的參數(shù)油包水（HLB=4），水包油（HLB=10.5）改變污泥顆粒表面的ζ電位，提高疏水性CMC，臨界膠束濃度；對于浮選過程，低于CMC；對于反相微膠團萃取，高于CMC。關(guān)鍵因素之一。第38頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月待選表面活性劑列表商品名組成類型HLBSPAN-80山梨醇單油酸酯非離子4.3SPAN-60山梨醇單硬脂酸酯非離子4.7TWEEN-60聚氧乙烯山梨醇單硬脂酸酯非離子14.9TWEEN-80聚氧乙烯山梨醇單油酸酯非離子15.0聚乙二醇1000聚乙二醇單油酸酯非離子18油酸鈉油酸鈉陰離子18硬脂酸鈉硬脂酸鈉陰離子21十二烷基磺酸鈉十二烷基磺酸鈉陰離子13月桂酸十二烷酸陰離子12第39頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月浮選柱中的氣含率浮選柱內(nèi)的氣含率直接決定了氣泡荷載上浮無的數(shù)量，從而決定了污泥中有機質(zhì)的產(chǎn)率和回收率。通過注入清水，無采出無進料的通氣實驗，考察通入氣體流量與平均氣含率的關(guān)系。浮選通常的數(shù)據(jù)范圍為20%～35%。（待測定）第40頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月水處理方法和絮凝、浮選、分離裝置Kataoka，Katsuyuki等(EbaraCorp．，Japan)日本公開特許公報JP2002ll3，47l2002，4，166頁(日本)該水處理方法包括以下幾步：加無機絮凝劑，攪拌，絮凝懸浮固體：帶氣泡的浮選處理，將生成的廢液返回原水中。該裝置包括一個絮凝攪拌槽、使用壓縮空氣的浮上分離設備和分離槽、生成之廢水的返回設備和污泥脫水設備。該水的絮凝方法可節(jié)約絮凝劑的消耗，提高浮上分離效果。第41頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月浮選過程的評價浮選效率浮選率=浮選得到的干污泥量/污水中總干污泥量脫灰效率脫灰率=尾渣灰分總量/污泥總灰分量浮選時間約30min浮選操作方式：間歇污泥負荷：1200克左右第42頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗過程中比較的參數(shù)表面活性劑種類表面活性劑加入量（CMC,<?,>?）氣含率pH值操作方式第43頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月表面活性劑對浮選效果影響1比較項目油酸鈉硬脂酸鈉十二烷基磺酸鈉月桂酸聚乙二醇1000污泥總量1238125012371296含水率97%70%70%70%97%灰分浮選劑量1‰1‰1‰1‰1‰氣體流速1l/h1l/h1l/h1l/h1l/h浮選時間30min30min30min30min30min浮選效率52%71%65%68%%脫灰效率第44頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月下一步的工作安排7月18日～7月22日專利文獻的翻譯與樣品的灰分測定7月25日～7月29日表面活性劑種類對浮選影響8月1日～8月12日高于CMC濃度下，表面活性劑的影響。第45頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7月15日～8月12日工作對表面活性劑在污泥浮選中氣泡負載性能進行比較；改進了現(xiàn)有浮選工藝流程；對表面活性劑加入量對浮選過程的影響進行了比較。第46頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣泡中污泥絮體含量的比較在浮選過程中，被浮選物由于表面活性劑的存在而變得疏水，表面能降低，從而會向氣液界面遷移與氣泡發(fā)生“鎖合效應”，將被浮選物吸附在氣泡上。通過氣泡負載量的測定可對表面活性劑進行初步篩選，從而確定更適合的污泥搜捕劑。第47頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗方法與過程原料采用二沉池的污水，固含量0.6%；表面活性劑加入量為總質(zhì)量的千分之一；利用膠體磨的強力攪拌來進行混合發(fā)泡；刮取上層泡沫干燥3h后稱重。第48頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣泡負載量的測定第49頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月對氣浮裝置的改進第50頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗方法將800克左右的污水（固含量0.6%）加入到浮選柱中；開恒流泵使污水在裝置內(nèi)循環(huán)流動；加入一定量的表面活性劑；通入壓縮空氣，0.46L/min，氣含率33%。第51頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月加入量（g）固含量（wt%）浮選率%濃縮倍數(shù)0.71.02441.71.012.7604.51.481.14741.9800克左右污水+十二烷基磺酸鈉800克左右污水+油酸鈉加入量（g）固含量（wt%）浮選率%濃縮倍數(shù)0.722.5744.21.012.7634.5第52頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月800克左右污水+月桂酸加入量（g）固含量（wt%）浮選率%濃縮倍數(shù)0.71.75512.91第53頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗中想到的問題浮選的目的脫灰？濃縮？濃縮到什么程度？浮選得到的污泥可以去熱解嗎？直接？不直接？第54頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月8月15日～9月15日工作匯報針對活性污泥中灰分的來源進行了實地的調(diào)研，分別去了高碑店和肖家河兩個污水處理廠；對氣升環(huán)流過程與泡沫精餾過程進行了對比與分析；一些實驗數(shù)據(jù)和想法。第55頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月活性污泥中的灰分where?在污泥取樣過程中，不管在何處取樣，污泥中的灰分平均含量在38%～44%之間，脫水污泥灰分含量44%回流污泥灰分含量38%第56頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月why?活性污泥本身特點活性污泥是充滿微生物的絮狀泥粒，包括細菌、原生動物和后生動物，相互聯(lián)接成一條食物鏈。工藝過程中人為加入北京市生活污水中的磷含量很高，為了達到國家二級排放的要求，采用化學法除磷，加入液體硫酸鋁或硫酸鐵。加入位置高碑店（后部沉淀）——曝氣池出口肖家河（同步沉淀）——曝氣池入口第57頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種過程的比較和分析氣升式環(huán)流反應過程特點優(yōu)勢與劣勢泡沫精餾過程特點優(yōu)勢與劣勢第58頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣升式環(huán)流反應過程圖第59頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣升式環(huán)流器氣升式環(huán)流反應器源于——鼓泡塔優(yōu)勢氣相高度分散，有較高的傳質(zhì)與傳熱速率；對于氣升式環(huán)流反應器來說，液體形成有規(guī)則的循環(huán)流動，可以強化反應器的傳質(zhì)效果，具有徑向氣液流動速度均勻，軸向彌散系數(shù)低，傳熱傳質(zhì)系數(shù)大；氣-液-固體系，固體顆粒都可均勻分布。適用于高粘性的物質(zhì)——生化過程。第60頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣升式環(huán)流反應器劣勢軸向返混很嚴重，尤其是氣升式環(huán)流反應；鼓泡過程中，氣相的壓降較大。工業(yè)上的解決辦法在處理量小時，采用間歇操作，處理量大時，采用多級串聯(lián)操作。不適用于分離操作。第61頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體浮選與泡沫精餾第62頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月泡沫分離泡沫分離法是一項利用物質(zhì)在氣泡表面上吸附性質(zhì)的差異進行分離的技術(shù)．它最早被用于礦物的浮選；該技術(shù)向含有表面活性劑的溶液中鼓泡形成泡沫層．并將泡沫層與液相主體分離，由于表面活性物質(zhì)聚集在泡沫層內(nèi)．因此能與表面活性物質(zhì)相結(jié)合的任何物質(zhì)都可通過吸附作用得到濃縮，從而達到濃縮表面活性物質(zhì)或凈化液相主體的目的。第63頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月泡沫精餾泡沫精餾從氣泡浮選發(fā)展而來；泡沫浮選實驗中發(fā)現(xiàn)