水热技术在污泥减量化和资源化中的应用new

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1、Technology&Applicationhttp://www.jsbwater.com技术与应用水热技术在污泥减量化和资源化中的应用文/万晓　张妍　张超（北京健坤伟华新能源科技有限公司）乔玮　夏洲　王伟（清华大学废弃物资源化与新能源技术研发中心）污泥是污水处理过程中产生低；好氧堆肥时，空气很难与放，是降低污泥处理难度的根本的二次污染物，其中含有高密度污泥充分接触，难以腐熟；热干途径。的有机物和丰富的氮磷等营养物化（蒸发干燥）时，高粘度导致质，以及重金属、盐类、致病菌传热传质困难，设备复杂（见图二、利用水热技术改变污泥和寄生虫等有害成分，由于污泥2）。结构和性质处理处置不当而引起的环

2、境问题因此，改变污泥的微观结水热技术是在密封的压力容已不容忽视。构，破坏菌胶团胶体体系，使其器中，以水为溶剂，在高温高压中的水分和各种污染物得以释的条件下进行化学反应的各种技一、胶体结构造成污泥处理困难污泥是一种组成异常复杂的胶体混合物。在电子显微镜下观察可以发现，污泥中的水分与固体悬浮物一起被微生物细胞包裹形成菌胶团（见图1）。菌胶团的特殊结构造成污泥的粘度很高，常温下含水率90%污泥的动力学粘度可以达到100,000mPa·s，而水的动力学粘图1　污泥的微观结构（左:电子显微镜下呈现的胶体状态，度仅为1mPa·s。在这种胶体体系　　　　　　　　　　　右：复杂的菌胶团结构）中，水分与

3、固体颗粒以及微生物细胞的结合力很高，常规的脱水方式很难有效脱出污泥中的水。依附在固体颗粒和微生物细胞中的各种污染物，也因为菌胶团胶体体系的束缚，很难采用常规手段加以处理或利用。表现在实际工程中，机械脱水很难使污泥含水率降低到80%以下；厌氧消化处理污泥时，有机物的转化时间长，转化效率图2　污泥性质与处理处置瓶颈水工业市场2010年第8期55技术与应用http://www.jsbwater.comTechnology&Application图3　污泥水热改性原理图4水热改性后污泥的微观结构图5　水热处理前后污泥固液分离性能比较变低、电离常数增大，离子积变高。利用水的这些性质变化，无须添加

4、药剂即可对污泥进行改性。研究证明，反应器内温度达到170～190℃，压力1MPa左右时，水热反应就可以对污泥进行有效的改性。在上述反应环境图6　厌氧消化原理中，蒸汽压力升高直接导致污泥中微生物细胞破裂，细胞质释放。水的表面张力降低，分子热运动加剧，胶体结构的凝聚力降低；同时由于电离常数增大、离子积变高，有机物的水解反应得以加速进行，构成菌胶团结构主体的大分子有机物水解成小分子图7　水热处理导致固体有机物水解有机物。在这些因素的共同作术的统称，在化工、冶金等领域在水热反应体系中，水的性用下，污泥的胶体结构被完全被广泛应用。质发生强烈改变，蒸汽压变高、破坏，粘度降低到1,000mPa·s以

5、1、污泥水热改性的基本原理密度变低、表面张力变低、粘度内，固体和液体有效分离。图356水工业市场2010年第8期Technology&Applicationhttp://www.jsbwater.com技术与应用图8　静态厌氧产气实验图9　厌氧ASBR反应器处理水热污泥形象的描述了这一过程。的污泥采用卧螺离心机脱水，干表征污泥中固体有机物的水解图4是污泥经过水热改性以泥含水率为50%；采用隔膜压滤率。随着水热反应温度的升高后的电镜照片，与图1对比，可机脱水，干泥含水率为40%。和反应时间的增长，污泥VSS的以清晰的看出胶体结构被破坏3、水热处理改善污泥消化溶解率上升，170℃下可以达到

6、后，水和固体的分散情况。性能45%的溶解率。相应的，溶解性水热反应对污泥的改性，突厌氧消化是污泥生物质能COD占总COD的比例也提高到出的表现在两方面工程性质上：回收和利用的重要方式。污泥中40%左右，固相有机物被转移到(1)胶体结构破坏后，污泥的有机物主要存在于固相，尤其液相。粘度降低，固液分离性能提升，是微生物细胞质中。从厌氧消化静态厌氧产气实验证明了水脱水性能改善；的机理来看（如图6所示），固热改性对提高污泥消化效率的作(2)大分子有机物被水解成相有机物的消化要经历水解、发用。如图8所示，对比30天累积小分子，易降解的有机物比例提酵、产酸、产甲烷等阶段，固相产气量，经过水热处理的

7、污泥相高，生物处理（消化处理）难度有机物必须经历水解过程转变成比未经处理的污泥提高近一倍。降低。可溶性有机物，才能被厌氧微生采用ASBR反应器对水热改2、水热处理改善污泥脱水物有效利用从而完成消化过程。性污泥进行厌氧消化处理，如图性能固相有机物的水解是厌氧消化的9所示。有机物容积负荷可以稳3污泥经过水热处理后，粘度限速步骤。因此，传统的污泥厌定保持在10kg/md左右，对应的的降低使得固液分离性能得到有氧消化停留时间长，有机物转化总COD去除率