_ 冷冻预处理破解剩余污泥及改善其脱水性能研究赵庆良课件.ppt

污泥处理的主体技术路线 传统污泥预处理技术 机械法（如超声处理）：大量能耗 化学法（如碱处理、氧化剂）：添加化学药剂 生物法（如生物酶法） ：生物制剂 热力学法（如热处理）：需要热能 污泥冷冻预处理的可行性 我国北方寒冷地区有自然的条件。 利用自然气候进行冷冻/融化处理实现脱水： 气候寒冷地区或者冬季，污泥由天然气候使之冻结，冰晶成长过程可将固体与液体分离。 当春季或者气温升高时，再利用气温回升及太阳辐射等作用，将污泥融化、脱水而得到干滤饼，剩余固体由传统设备移除。 60 年代起即有研究者设计现场操作方案，评估以自然冷冻法处理污泥的可行性。如Martel等人研究。 Hailstorm and Kvarnstrom 提出冻融与干燥相结合的污泥自然脱水方案，可全年运行以处理小型废水厂污泥。 冻/融技术的特点 有效的污泥调理手段：改善污泥的脱水性能，大幅提高真空过滤效能，适用于所有污泥，但必须以缓慢冷冻速率完全冷冻才有效；使污泥颗粒结构更加紧密；减少结合水含量 。 因地制宜：冻/融处理的冷冻过程可自发进行，工艺简单，不需要使用大量聚合物，运行费用可大大降低，尤其适用于寒冷地区的污泥预处理。 研究热点与方向 有关冻/融处理技术集中在污泥絮体的固液分离特性研究方面，而对污泥破解和有机物溶出、冷冻后污泥的化学成分变化、冷冻-厌氧消化组合工艺的研究相对较少。 冻/融预处理可以显著增加活性污泥上清液的BOD和COD的程度，使之不仅可以作为污泥调理的方法，也可以同时实现污泥破解，加速后续的厌氧消化进程等。 实验所用的污泥及其特征 实验方法 冷冻时间对污泥脱水性能的影响 冷冻时间对污泥的沉降性能具有显著影响。 冷冻时间对污泥脱水性能的影响 离心实验：100mL污泥样品，离心转速4000rpm，离心时间30min，观察冷冻污泥离心后的上清液体积。 冻/融处理是一种有效的污泥预处理技术，剩余污泥和混合污泥经冻/融（72h/3h）处理后，同时改变了污泥的物理特性和化学成分，推荐采用冻/融（72h/3h）作为工艺控制参数。 冻/融处理可以破解污泥，将固体物质转化为液相成分。随着冷冻时间的增加，污泥pH值下降，而SCOD和碱度上升。 冷冻污泥物理性质的变化不仅反映出污泥的溶解，也反映出污泥沉降性能和脱水性能的改善。冷冻污泥的SS和 VSS值与冷冻时间相关。粒径分布和微观结构观察证明了污泥絮体被破坏。与混合污泥相比，剩余污泥的粒径分布的变化更加显著。 冷冻床模型（冻/融技术实际应用） 冷冻污泥的厌氧消化效果 冷冻时间对污泥粒径分布的影响 冻/融处理破坏了污泥絮体结构，有效地增加了胶体和溶解组分的比例，并有朝向较低分子量化合物的转化趋势。 剩余污泥经过冷冻处理后粒径减小的更加明显；由于掺入了20%的初沉污泥，初沉污泥泥质的差异导致颗粒的解体程度与完全剩余污泥时相比变小。 冷冻时间对污泥絮体结构的影响 (a) 剩余污泥原泥 (b) 冷冻2h后未冻结的剩余污泥 (c) 冻/融（3h/3h）处理 后的剩余污泥 (d) 冻/融（72h/3h）处理 后的剩余污泥 原状剩余污泥絮体较为松散，蓬松的、碎片形状，形成“网络”状结构。 冷冻过程中，未冻结的污泥部分被浓缩，周边的冰锋不断挤压并伸入絮体。 冷冻污泥絮体更加致密和清晰，网状结构被破坏。 冻/融技术的机理是：原状的松散的絮体被逐渐成长的冰层所排斥，大量转变成更加致密、圆形的絮体结构。随着冷冻时间的增加，污泥絮体形态更加清晰，丝状体数量更少，污泥沉降特性改善。 4. 污泥冷冻与处理后化学性质的变化 冷冻时间对污泥溶解性有机物的影响 污泥SCOD随冷冻时间的变化 SCOD线性增加 SCOD上升: 主要为溶解性碳水化合物 有益于后续厌氧消化 冷冻时间对污泥pH和碱度的影响 污泥pH值随冷冻时间的变化 污泥碱度随冷冻时间的变化 pH值快速下降:污泥VFA含量增加，由于细胞内、外的冰的形成致使细胞破裂释放出内含物。 本实验中，混合污泥和剩余污泥的最低pH值分别为6.78和6.57，满足产甲烷相启动的边界条件。 冷冻时间与污泥特性指标相关性分析 冷冻时间与污泥物化特性指标之间的相关分析 0.962 0.982 SCOD -0.455 -0.320 VS -0.640 -0.664 TS 0.998 0.533 2~2.72 μm颗粒数 冷冻时间 (剩余污泥) 冷冻时间 (混合污泥) 特性指标 介于2~2.72 μm颗粒数与污泥化学特性之间的相关分析 0.997 0.572 SCOD -0.600 0.300 VS -0.658 -0.117 TS 2~2.72 μm颗粒数 (剩余污泥) 2~2.72 μm颗粒数(混合污泥) 特性指标 不相关 显著相关 显著相关 显著相关