飲用水廠污泥處理技術與熱泵低溫干化實踐.pdf

1、劉宏遠 教授/博士生導師15394278038 飲用水廠污泥處理技術與熱泵低溫干化實踐飲用水廠污泥處理技術與熱泵低溫干化實踐 2023年2月中國給水排水2023年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十三屆）目 錄CONTENTS飲 用 水 廠 污 泥 特 點01技 術 進 展0203熱 泵 低 溫 干 化 實 踐PART 01飲用水廠污泥特點l 飲用水廠混凝、沉淀、過濾等工藝過程中，產生污泥（水源水污染物、混凝劑、助凝劑、石英砂、活性炭渣等）l 據住建部統計，截止2021年，全國城市水廠干污泥年產量已突破1400萬噸，相較20年增加了260萬噸背景介紹處置方式優點可能存在的問題排泥水排

2、入自然水體大量的鋁鹽以及污泥沉積嚴重破壞水生態；造成河道堵塞；造成河床抬高，進而影響航運、降低防洪排澇能力排泥水排入進污水管網使得初沉池中的有機物更容易沉降；提高對磷的去除率；對污水廠污泥起調節作用，提高其脫水性導致管道堵塞、腐蝕；管道后續維護需要額外費用焚燒減量顯著熱值低填埋技術成熟、處理費用低處理量大、靈活性強、適用范圍廣污泥中的重金屬可能會污染地下水，還有滲濾液問題；填埋場往往遠離市區，如何經濟地解決泥餅的運輸問題是關鍵飲用水廠污泥特點 污泥化學組成某飲用水廠污泥元素組成某污水廠污泥元素組成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 飲用水廠污泥的主要來源于原水中的懸浮物和水處理藥劑，有機物相較于污水廠污泥要低得多，飲用水廠中的含碳量僅為污水處理廠的15.72%。由于飲用水廠使用鋁基混凝劑，使得鋁離子含量為污水處理廠污泥的4.5倍。同時在飲用水廠污泥含有一定量的鉀

4、，在一定條件下可回用作種植土。處理方式處置方式飲用水廠污泥濃縮調理脫水(低溫干化)衛生填埋；土地利用、園林綠化；水泥生產原料，制陶粒、磚等；無機鹽回收；用作污水處理污水廠污泥濃縮穩定調理脫水高溫好氧發酵、高溫干化、石灰固化、厭氧發酵、焚燒、堆肥等衛生填埋；制備成磚、陶粒等 污泥物理性狀飲用水廠污泥污水廠污泥表觀性狀粘稠的絮狀物、顏色呈黑灰色、有臭味更加粘稠的絮狀物，顏色為黑褐色，消化污泥有惡臭含水率（%）沉淀池排泥水：99及以上濾池反沖洗廢水：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 飲用水廠污泥外表面非常粗糙，且分布著許多大小不一的裂縫，BET結

5、果表明，其比表面積高達67m2g-1，所以可直接用作吸附劑或改性后用作吸附劑。污水廠污泥的表面積通常較小，大約為0.0020.1 m2g-1飲用水廠污泥特點PART 02技術進展研究綜述 隨著社會的發展和人口增加，污泥的產量也隨之增加隨著社會的發展和人口增加，污泥的產量也隨之增加 飲用水廠污泥的處理和處置是水資源規劃和管理的重要部分飲用水廠污泥的處理和處置是水資源規劃和管理的重要部分 污泥的含水率是污泥資源化利用的關鍵污泥的含水率是污泥資源化利用的關鍵資源化利用資源化利用國國內內外外研研究究重重點點排泥水在水廠內的排泥水在水廠內的處理處理污泥性質污泥性質降低污泥體積、含水率降低污泥體積、含水率

6、目的目的要求要求目的目的目的目的研究綜述 國內研究內容主要觀點污泥性質污泥中有機物的含量與原水中有機質的含量有關，各個水廠污泥有機物含量及種類差異較大；水廠污泥中的主要無機離子為Al，Fe，Ca，Mg，其中Al與Fe主要是水廠投加的混凝劑隨著沉降作用而進入到絮體中，Ca與Mg離子主要來源于原水及原水中的顆粒物。利用激光粒度分析、PDA、掃描電鏡、顯微鏡攝像和分形理論對污泥性質進行分析；污泥物相成分主要為石英，其次是白云母和高嶺土。排泥水在水廠內處理投加陽離子和陰離子PAM均可使污泥比阻降低近2個數量級，顯著改善脫水性能；陰離子型PAM的投量和價格低于陽離子型，可作為自來水廠污泥預處理的首選藥劑

7、單獨投加氯化鐵和PAC對自來水廠污泥的調理效果有限，與石灰復合使用后可以進一步降低比阻；石灰的骨架作用有效降低了污泥的可壓縮性，增加了泥餅滲透性。資源化利用在烘干的飲用水廠污泥中摻加黏土后，其組成成分在制備陶粒的燒脹區內；制備的燒脹陶粒具有比表面積大的特點，既可用于廢水中磷的吸附，也適用于水處理用填料飲用水廠污泥中的無機顆粒能摩擦和擠壓污水處理廠污泥中的絮體顆粒，使得保外聚合物釋放；污泥中的PACl有在污水中有二次混凝作用，二者同時作用提高污泥的脫水性能ph為4-6時，經過酸浸的飲用水廠烘干、焙燒的污泥對磷的去除率幾乎可以達到100%；在最佳pH條件下，酸浸污泥對高初始廢水的除磷效果優于未酸浸

8、污泥。排泥水處理流程水廠污泥處理流程圖處理模式優點缺點適用范圍直接回用反沖洗水費用低需要嚴格檢測反沖洗水水質反沖水廢水水質較好共同處理免去排水池，基建費用低反沖洗廢水對沉淀池排泥水有稀釋作用，后期處理費用增加濾池反沖洗水不能滿足回用要求；單獨濃縮無法滿足脫水機械的要求；沉淀池排泥水沉降性能較差的水廠分開處理避免交叉污染基建費用高反沖洗廢水和沉淀池排泥水水質相差極大；水廠對回用水質標準要求較高 國內水廠污泥處理流程圖國內外相關研究研究綜述 國外研究內容主要內容污泥性質飲用水廠污泥中的水分可分為自由水、礬花水、毛細水、結合水；自由水最容易去除，簡單的重力濃縮或機械脫水就能去除；而結合水最難除去，需

9、要加熱干化或焚燒處理才可部分去除。通過投加化學藥劑或冰凍-解凍預處理，可改變部分礬花或毛細水水狀態，成為較易失去的自由水。在投加相同混凝劑用量的情況下，pH控制在6.8，比阻變化范圍不大，脫水效果最佳污泥中含有的大部分重金屬是由添加物中的雜質（如絮凝劑）引起的，Cr、Cu、Cd、Ni、Pb、Zn的含量一般為污水廠的10%-30%排泥水在水廠內處理由于冰凍-解凍處理不需要添加任何藥劑，處理時不會產生二次危害；處理后的污泥極易失水，脫水后的泥餅含水率低有機高聚物的機理主要為電性中和及壓縮雙電層作用和吸附架橋原理；當膠粒的電負性較強時，電性中和作用占主導；較弱時，吸附架橋占主導自來水廠排泥水中含固率

10、較低，排泥水比重接近1.0，混凝劑水解后的金屬羥基絮體結構松散，僅靠重力作用，壓縮沉降速度較慢；通過氣浮濃縮，可使濃縮污泥含水率降至96.8%資源化利用使用酸化法可以有效回收鋁污泥中的鋁，回收得到的低品質混凝劑可用于CEPT，有效去除污水中的SS，TP。鋁污泥中的陽離子會與污水廠污泥中的負電荷中和，從而提高其沉降性能；鋁污泥中大量無機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綜述 國外水廠規模1104m3/d5104m3/d10104m3/d50104m3/d50104m3/d合計廠數（座）占比（%）脫水方法廠數（座）利用率（%）廠數（座）利用率（%）廠數（座）利用率（%）廠數（

11、座）利用率（%）廠數（座）利用率（%）天然干化750945319318150012835真空過濾0063231218103加壓過濾321401825426637107611131冰凍解凍17126471200185離心機脫水17157352300216脫水造粒003112610216123排入其他水廠00167353500226排入下水道17105123500154其他172210231200267合計14218605813363PART 03低 溫 干 化 技 術 與 實 踐脫水技術名稱工作原理特點帶式壓濾機由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一串有規律排列的輥壓筒中呈S形經過，依靠濾帶的張

12、力形成對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細水積壓出來，從而實現污泥脫水。能夠有效降低污泥體積，達到減量化、資源化要求；為機械式脫水，含水率難以進一步去除，降低到55%以下（去除毛細水及內部結合水）。板框壓濾機 在密閉的狀態下，經過高壓泵打入的污泥經過板框的擠壓，使污泥內的水通過濾布排出，達到脫水目的。離心脫水機由轉鼓和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉軸送入轉筒，在高速旋轉產生的離心力下，立即被甩入轉鼓腔內。由于比重不一樣，形成固液分離。污泥在螺旋輸送器的推動下，被輸送到轉鼓的錐端由出口連續排出；液環層的液體則由堰口連續“溢流”排至轉鼓外靠重力排出。疊螺脫水機 由固定環，游動環相互層

13、疊，螺旋軸貫穿其中形成的過濾主體。通過重力濃縮以及污泥在推進過程中受到背壓板形成的內壓作用實現充分脫水，濾液從固定環和活動環所形成的濾縫排出，泥餅從脫水部的末端排出。串螺式脫水機串螺式疊螺機是在疊螺機的基礎上，由游動環和固定環相互層疊，兩根螺旋軸貫穿在其中形成的筒狀過濾裝置。螺旋軸在推動污泥前進的同時，通過本體上的外部驅動及導向裝置，使游動環產生上下直線運動的同時下端鐘擺運動,通過這種特殊的環片與螺旋軸結構,使游動環在不與螺旋軸在接觸的情況下,同樣產生運動,既可以確保游動環能夠有效地與固定環錯位,產生通暢的凍縫,防止堵塞,并且無磨損,使整機沒有易損件,同時能夠最大限度地剪切污泥,推進污泥前進并

14、降低泥餅含水率 干化技術干化技術干化技術工作原理處理后含水率特點直接加熱直接加熱轉鼓干化技術將脫水后的污泥從污泥漏斗進入混合器，按比例充分混合部分已經被干化的污泥，使干濕混合污泥的含固率達50%60%，然后經螺旋輸送機運到三通道轉鼓式干燥器中。8%加熱溫度可達700，能耗大離心脫水干化一體技術稀污泥自濃縮池或消化池進入離心干化機，干化機內的離心機對污泥進行脫水，經機械離心脫水后的污泥呈細粉狀從離心機卸料口高速排出，高熱空氣以適當的方式引入到離心干化機的內部，遇到細粉狀的污泥并以最短的時間將其干化。20%加熱溫度可達300，能耗大間接加熱間接加熱轉鼓干化技術翼片螺桿通過循環熱油傳熱，轉鼓和翼片螺

15、桿同向或反向旋轉，污泥可連續前移進行干化5%加熱溫度達到350，能耗大多盤干燥技術（珍珠工藝）通過返混工藝，濕污泥涂覆形成內濕外干的污泥顆粒（珍珠），在耙子的作用下，在圓盤上作圓周運動，與加熱表面接觸干化約10%設備投資高；耙桿、耙葉需要經常維護；圓盤直徑一般小于3m，產量受到限制；不適合粘性物料流化床工藝脫水污泥通過污泥泵送至流化床污泥干燥機中，通過流化床底部的熱循環氣體和中部的導熱油干化，干燥箱內干燥溫度85，產生的污泥顆粒被循環氣體流化并產生激烈的混合。1030干化顆粒的粒徑無法控制熱泵干化技術通過熱泵對濕熱氣體進行除濕和加熱（70）55%以下冬季時使用熱泵除濕效率低，除濕能效較低。干化

16、技術工作原理特點太陽能干化技術溫室型干化技術針對污泥進行干化處理時，會在干化裝置的頂部和墻體使用透明玻璃、塑料薄膜等材料進行鋪設，然后再利用黑色吸熱的特點將四周的顏色變成黑色，利用太能照射產生的熱量，在裝置內部形成熱量轉換。溫室中使用的設備也可以使用強制通風或者自然通風的方式。使用自然通風主要就是在裝置的頂部利用煙囪進行空氣的交換，使用這樣的方式能夠起到更加有效的節能環保效果。利用可再生能源，具有節能的優點，設備制造工藝成熟；但效率不高，同時占地面積大集熱-溫室型太陽干化技術將溫室干化技術和集熱器干化技術進行充分結合。針對污泥進行處理時，一部分熱能主要來自于太陽能的照射，可以將物料中的水分直接

17、蒸發，而另一部分的熱量主要就是來自集熱器吸收的熱能，在溫室內形成空氣和物料之間的熱量交換，從而將物料中的水分含量去除。太陽能輔助熱泵干化技術熱泵和太陽能共同為帶式干化機提供熱源太陽能和熱泵互相彌補各自的不足。當夏天陽光充足時，太陽能集熱器能使導熱介質溫度升至70以上，這種情況下不開動熱泵，充分節約資源干化技術 低溫干化優勢污泥低溫干化資源化減量化無害化減量化直接將含水率80%左右的污泥干化至含水率10%50%，減量最高可達80%無害化l 干化過程90120分鐘，有效殺滅90%細菌（巴氏滅菌），性質穩定，無二次污染l 干化溫度低于80，避免了潛在的有害有機物揮發資源化污泥顆?？捎米骶G化土、建材、

18、充分利用資源低溫干化技術與實踐 太陽能熱泵低溫干化技術原理低溫熱泵干化機是除濕熱泵和太陽能集熱與網帶式干化機的組合。經脫水后的污泥，利用污泥成型機切條均勻攤鋪在干化室網帶上，隨網帶前進；干熱空氣從干化室底部進入，帶走污泥中的水份。利用個壓縮機將制冷劑從氣態壓縮為液態，釋放出大量熱量，利用冷凝器加熱干冷空氣，變為干熱空氣。利用膨脹閥將制冷劑從液態轉為氣態，吸收大量熱量，通過蒸發器吸收回風中的熱量，從而達到熱能循環目的，使得熱空氣降溫除濕變為干冷空氣低溫干化技術與實踐 太陽能熱泵低溫干化工程A水廠污泥干化機低溫干化技術與實踐A水廠污泥處理流程圖污泥預處理太陽能熱泵干化處理C水廠污泥處理流程圖污泥預處理B水廠污泥干化機C水廠污泥干化機低溫干化技術與實踐A水廠B水廠C水廠結 語謝謝！