浅谈佛山汾江河道底泥清淤的脱水技术
四年级 记叙文 10762字 546人浏览 摩卡星冰乐丶

Foshan University

本科生毕业设计(论文)

浅谈佛山汾江河道底泥清淤的脱水技术

学 院: 理 学 院

专 业: 光信息科学与技术

学 号: 2006414210

学生姓名: 张郁东

指导教师: 林洁丽 副教授

(职称)

二〇一〇 年 六 月

I 摘 要

二十多公里长的汾江河两岸密集了285家水污染企业,加上大量的生活污水,由于没有完善的收集系统和处理措施,直接排入河道,对河水造成了严重的污染。本文在介绍当今的河道水污染的治理技术的前提下,提出了对于佛山汾江河河道底泥清淤的泥水分离技术的治理方案。确定了以添加微生物絮凝剂和采用带式脱水机脱水船的作业方式对河道底泥的泥水进行分离。

关键词:底泥;清淤;生物絮凝剂;带式脱水机

目录

II 1. 引言...........................................................................1

1.1研究背景...................................................................1

1.2选题意义...................................................................1

2. 河道底泥清淤的流程与基本概念...................................................2

2.1物理法.....................................................................2

2.2化学法.....................................................................3

2.3生物法.....................................................................2

3. 河道清淤的基本流程.............................................................3

4. 河道底泥清淤的脱水技术介绍.....................................................3

4.1河道底泥清淤泥水的预处理...................................................4

4.1.1微生物絮凝剂化学组成...................................................4

4.1.2微生物絮凝剂的絮凝机理.................................................4

4.1.3微生物絮凝剂的合成.....................................................4

4.1.4微生物絮凝剂在环境污染治理中的应用及发展前景...........................5

4.1.5微生物絮凝剂的选用.....................................................5

4. 2河道底泥清淤的三种机械脱水技术的分析.......................................5

4.2.1带式压滤脱水机.........................................................5

4.2.2离心式脱水机...........................................................6

4.2.3板框式压滤脱水机.......................................................7

4.2.4三种脱水设备的优缺点比较...............................................7

4.2.5三维滤布...............................................................7

5. 佛山汾江河道底泥清淤的脱水技术选择.............................................8

5.1佛山汾江河的水体污染情况...................................................8

5.2脱水设备的选用.............................................................9

6. 总结和展望....................................................................10

7. 参考文献......................................................................11

8. 致谢..........................................................................12

2 2. 当前我国河道治理的主要技术手段

目前我国治理河道污染的方法主要有:物理法、化学法、生物。通常来说在实际污染治理之中都是上述三种方法混合应用。下面分别介绍。

2.1物理法

物理法包括底泥疏浚和引水冲淤

污染严重的河道底泥中含有大量的有毒物质,并且在一定的条件下会被释放到水体之中。疏浚的办法就是把底泥中的污染物从水体之中提取出来,使其脱离河道的生态系统。该办法也可以解决河道於堵的问题,技术手段也简单,是目前我国河道治理使用最多的办法之一。但由于不同河流的污染类型、河流底泥厚度、密度、污染物浓度的垂直分布差别很大,这就造成了底泥疏竣的难度。另外,底泥疏竣会对河流生态环境造成一定影响,开挖过深会破坏河流生态环境。因此使用此方法很难达到理想的治理效果。

引水稀释是通过工程调水对污染的水体进行稀释,使污染水体在短时间内达到相应的水质标准。引水稀释法将大量污染物在较短时间内输送到下游,减少了原来河流的污染物总量,使得河流从缺氧状态变成为好氧状态,提高河流自净能力。我国的苏州河、黄浦江也曾使用过引水稀释法,效果良好。引水稀释法的缺点在于只是转移而非降解污染物,会对流域的下游造成污染,治标不治本,只能作为对付突发性水体污染的应急措施或作为城市河流污染治理的辅助手段。

2.2化学法

化学方法主要应用在底泥脱水处理的预处理环节。主要包括化学除藻和絮凝沉淀。

化学除藻的办法主要是控制藻类的生长,常用的化学除藻剂有CuSO 4、ClO 2等。可在短时间内提高水体的透明度,具有明显的除藻效果。但是该方法只能将藻类杀死,再通过絮凝作用将其沉淀,并没有将藻类过滤出来,一些富营养物质依旧存留在水中,所以也是一种治标不治本的治理方法。

絮凝沉淀技术对于控制河流内源磷负荷,特别是河流底泥的磷释放有一定效果。除磷可投加的絮凝剂有Ca(OH)2、Al 2(S04) 3、FeCl 3、明矾等,使之与磷酸根反应形成不溶性固体转移到底泥中。投加絮凝剂还可以快速去除水体中的硫化物,快速提高水体的透明度。絮凝沉淀技术的缺点在于治理成本比较高,固定沉淀的磷在一定条件下还会溶出,容易导致二次污染。

2.3生物法

生物法主要包括投菌法、人工充氧曝气法、人工湿地技术三种。

投菌法是直接向污染水体中投加微生物以促进污染物降解,消除水体的黑臭与富营养化。用于净化污染河流的微生物应该符合以下条件:不含病原菌等有害微生物;不对其它生物产生危害:能

3 适应河流的环境特点。该技术主要缺点是高效微生物的选育需要较长的时间,净化效果持续时间短,易受外部条件的制约,如温度、水流等。向污染水体投加菌种后,可能会干扰土著菌种,破坏水域原有的生态结构。

人工充氧曝气法与污水处理中的活性污泥法相似,采取人工措施向污染水体中充入空气,加速水体的复氧过程,恢复水体中好氧微生物的活力,使得水体的自净能力增强,水质得到改善。河流人工增氧有固定式曝气和移动式曝气等形式,分别针对不同特点的河段运用。此外,还可充分利用水坝跌水、水闸泄流、天然落差、水上人工娱乐设施等进行增氧。人工曝气充氧的技术含量较高,且投入的资金较大,在资金有限的前提下,不宜大规模采用。

人工湿地是一种由人工建造和监督控制的与沼泽地类似的地面。它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

3. 河道底泥清淤的基本流程

一般的河道底泥清淤都包括以下步骤:浓缩——→消化——→脱水——→干化——→最终处理

1)淤泥的浓缩:使淤泥初步脱水,使其体积减小,为后面的一系列工序的处理准备好条件。

2) 淤泥的消化:为了减少污泥量,防止污染环境和提高利用价值,一般需经过消化处理。污泥消化即是借助微生物的代谢作用,使污泥中有机物质分解成稳定的物质,去除臭味,杀死寄生虫卵,减少污泥体积.回收利用消化过程中所产生的沼气。

3) 淤泥的脱水与干化:污泥经浓缩和消化之后,其含水率仍在96%左右,体积很大,不便于运输和使用,需要进一步脱水干化处理,其主要方法有自然蒸发法和机械脱水法两种。本论文侧重介绍机械脱水的技术。

4) 淤泥的最终处理:污泥含有重金属离子等有毒物质时,还须经过最终的钝化处理,才可以作最后处理。

4. 河道底泥清淤的脱水技术介绍

由上一节知道河道底泥清淤过程中,污泥经浓缩和消化之后,需要进一步脱水干化处理,我们现在介绍机械脱水的常用技术。真正进行泥水分离前我们需要进行预处理,正如前面第二节所说的治理河道污染的三种方法的混合使用。本文侧重说明这环节中絮凝剂的作用和选择,以及常用三种脱水方案的介绍。

4.1河道底泥清淤泥水的预处理

4 化学絮凝剂的使用是在泥水分离的预处理环节中采用。目前广泛应用于水处理中的絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂。由于无机絮凝剂一般用量较大且可能对环境产生二次污染,有机高分子絮凝剂的残留物不易被微生物降解,且具有强烈的神经毒性和" 三致"(致畸形、致突变、致癌) 效应[]2。而微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷,最终实现无污染排放,因此微生物絮凝剂是最具发展潜力的新型高效环保型絮凝剂。为了更好理解絮凝剂在底泥脱水前的预处理的作用,下面我们详细介绍絮凝剂的性质和选择。

4.1.1 微生物絮凝剂化学组成及微观结构

微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物,它是利用微生物技术,通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的,是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA 等高分子化合物,相对分子质量在105以上[]3。

4.1.2 微生物絮凝剂的絮凝机理

关于微生物絮凝剂的作用机理目前较为普遍接受的是“桥联作用”机理。该机理认为,絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力,同时吸引多个胶体颗粒,因而在颗粒中起了" 中间桥梁" 的作用,形成一种网状三维结构而沉淀下来。该理论可以解释大多数微生物絮凝剂引起的絮凝现象,以及一些因素对絮凝的影响。絮凝体的形成是一个复杂的过程," 桥联" 机理并不能解释所有的现象,絮凝剂的广谱活性说明它是由多种机理共同起作用

[]4。 4.1.3 微生物絮凝剂的合成

微生物絮凝剂的合成与微生物代谢活动有关。微生物代谢变缓之后,由于自身的分解才能释放絮凝剂,形成絮体。最好在细菌对数生长后期或静止早期收获微生物絮凝剂,此后,絮凝活性即使不下降也不会再有提高[]5。

4.1.4 微生物絮凝剂在环境污染治理中的应用及发展前景

与传统高分子絮凝剂相比,微生物絮凝剂具有絮凝范围广、活性高、安全无毒、不污染环境等特点,而且作用条件粗放,具有广谱絮凝活性,因此,可以广泛用于给水和污水处理中。

1)高浓度有机废水主要包括畜产废水及其它一些食品加工厂废水,此类废水在生化处理之前一般加絮凝等预处理过程。微生物絮凝剂比无机絮凝效果更好,将微生物絮凝剂投入废水中对废水的预处理效果比传统絮凝剂更加显著,且药剂的总投加量明显减少。

2) 活性污泥处理系统的效率常因污泥的沉降性能变差而降低,在活性污泥中加入微生物絮凝

5 剂时,可使污泥容积指数能很快下降,防止污泥解絮,消除污泥膨胀状态,从而恢复活性污泥沉降能力,提高整个处理系统的效率。

作为一种新型的絮凝剂,微生物絮凝剂有着良好的应用前景,已广泛应用于高浓度有机废水的处理、染料废水的脱色、活性污泥的处理等废物处理中,并显示了强大的生命力。微生物絮凝剂已成为环保中的新研究方向。

4.1.5微生物絮凝剂的选用

目前微生物絮凝剂以将普鲁兰絮凝剂运用于城市生活污水的处理,在多数指标上够获得满意效果。普鲁兰与无机絮凝剂(铁盐、铝盐)复配使用效果非常好。这是因为铁盐和铝盐的水解产物是羟基的不饱和体,能与普鲁兰分子的羟基官能团强烈键合,既充分发挥了无机絮凝剂的电中和和脱稳作用,又发挥了普鲁兰的吸附架桥,两者同时作用又使脱稳胶粒形成巨大的空间网状絮体结构,网捕卷扫水中的细微污染物,因此絮凝效果十分优异,理论上在同剂量投加下其絮凝性能应该优于单独使用任何一种絮凝剂[]6。综合考虑本文决定选用普鲁兰微生物絮凝剂。

4.2河道底泥清淤的三种机械脱水技术的分析

污水经过沉淀处理后会产生大量污泥,既使经过浓缩及消化处理,含水率仍高达95%以上,体积很大,难以消纳处置,必须经过预处理后再进行脱水(Dewater, Dehydrate)处理,提高泥饼的含固率,以减少污泥堆置的占地面积。脱水技术很多,制成的脱水机种类也很多,但是按脱水原理可分为真空过滤脱水、压滤脱水及离心脱水三大类。常用的有压滤机(包括带式压滤机及板框式压滤机)和离心式脱水机[]7。下面通过分别介绍机器的结构说明其脱水技术的差异。

4.2.1带式压滤脱水机

S

形经过,依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力,把污泥层中的毛细水挤压出来,获得含固量较高的泥饼,从而实现污泥脱水。

一般带式压滤脱水机由滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统构成。

带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小,还具有出泥含水率较低且工作稳定启耗少、管理控制相对简单、对运转人员的素质要求不高等特点。同时,由于带式压滤脱水机进入国内较早,已有相当数量的厂家可以生产这种设备。在污水处理工程建设决策时,可以选用带式压滤机以降低工程投资。目前,国内新建的污水处理厂大多采用带式压滤脱水机,例如北京高碑店污水处理厂一期工

6

程五台脱水机全部是带式压滤脱水机,自带、辊压筒、滤投入运行以来情况良好,所以在二期设备选型时仍然选用了这种机型。下面提供了几种型号的带式脱水机的性能比较。具体见表4-1和图4-1

表4-1几种带式压滤脱水机的性能和规格

形式 处理能力 m3/hr

滤带宽度 mm 滤带速度 m/min 冲洗水量 m3/hr 冲洗水压 MPa 气压 MPa 泥饼含水率% DY1000 3~5 1150 0.5~5 <7.5 >0.5 0.6~0.8 65~85 DY1500 5~7.5 1650 0.5~5 <10 >0.5 0.6~0.8 65~85 DY2000 9~12 2150 0.5~5 <12 >0.5 0.6~0.8 65~85 DY3000

12~15

3150

0.5~5

<18

>0.5

0.6~0.8

65~85

图4-1 DYN型带式污泥脱水机

4.2.2 离心式脱水机

主要由转载和带空心转轴的螺旋输送器组成,污泥由空心转轴送入转筒后,在高速

旋转产生的离心力作用下,立即被甩入转毂腔内。污泥颗粒比重较大,因而产生的离心力也较大,被甩贴在转毂内壁上,形成固体层;水密度小,离心力也小,只在固体层内侧产生液体层。固体层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下,被输送到转载的锥端,经转载周围的出口连续排出,液体则由堰四溢流排至转载外,汇集后排出脱水机。

相当高。离心脱水机具有噪音大、能耗高、处理能力低等缺点。前些年,国内只有为数不多的几个厂家可以生产小型离心脱水机,如果选择大型离心脱水机,就只能依靠进口,会增加工程投资,同时,离心脱水机受污泥负荷的波动影响较大,对运行人员的素质要求较高,因此一般污水处理厂均不采用离心脱水工艺。但近几年来,随着科技进步,离心式脱水机的脱水技术在国外有了长足进展,例如瑞典Alfa Layal公司生产的螺旋离心式脱水机,其泥饼含固率可达 30%以上,而且操作是在

7 全封闭的环境中进行,脱水机周围没有任何污泥及污水存在,也没有恶臭气味,可以大大改善运行人员的工作环境,因而受到业界人士的青睐[]8。下面是改型脱水机的实物图。见图4-2和图

4-3

图4-2卧螺离心机结构图 图4-3 大型离心脱水机

4.2.3 板框式压滤脱水机

板框式压滤脱水机主要有铸铁板式和厢式两种,如图4-4和图4-5所示。过滤机构由过滤板、滤框、滤布、压榨隔膜组成,滤板两侧由滤布包覆,需配置压榨隔时,一组滤板由隔膜板和侧板组成。隔膜板的基板两侧包覆着橡胶隔膜,隔膜外边包覆着滤布,侧板即普通的滤板。物料从止推板上的进料孔进入各滤室,固体颗粒因其粒径大于过滤介质(滤布)的孔径被截流在滤室里,滤液则从滤板下方的出液孔流出。滤饼需要榨干时,除用隔膜压榨外,还可以压缩空气或蒸汽,从洗涤口通入,气流冲去滤饼中的水份,以降低滤饼的含水率。设备选型时,应考虑以下两个方面:

1)对泥饼含固率的要求。板框式压滤机与其他类型脱水机相比,泥饼含固率最高,可达 35%。

2)滤板及滤布的材质。要求耐腐蚀,滤布要具有一定的抗拉强度。

图4-4铸铁板框式 图4-5厢式压滤机

板框式压滤机因动力消耗大、产量低、操作不连续等在水厂中已逐渐不采用,但在工业污水处理中使用量仍较大。

4.2.4三种脱水设备的优缺点比较

表4-2对比了三种机械脱水设备的优缺点,表中可看到带式压滤脱水机和板框式脱水机适合应

用于河道的底泥清淤脱水。两种机器的核心部件都是滤布。目前多数设备采用的是二维的滤布,已

8

经难以满足实际操作中的需求,因此本文提出将采用三维的滤布来进行操作。下面简单介绍三维滤布的优势。

表4-2 三种常用脱水机的优缺点比较

种类 核心部件 存在优点 存在缺点 适应范围

带式压滤脱水机 滤布 出泥含水量低,工作稳定,管理简单

河道、污水 处理厂

离心式脱水机

转毂

脱水污泥饼含水率低、占用空间小、安装基建费用低

设备运作成本高、电耗大、噪音大

污水处理厂

板框式压滤脱水机

滤布

操作简单,降低了操作人员的劳动强度

动力消耗大、产量低、操作不连续

河道,工业废水处理

4.2.5三维滤布

本文的脱水方案将选用带式压滤脱水机,并且将设备之中的二维滤布进行更换为三维滤布。二维滤布表现出很好的弹性,柔韧性和多孔,但是它的强度不足并且不抗拉伸。在过滤过程之中流体阻力大,灰尘容易聚集在纤维内部或填充在相邻纤维空间中,清理非常困难。三维滤布的特点在于这种滤布克服了二维滤布的不足。三维滤布的阻力小,除尘率高,是一种高效的滤布。相对于二维滤布有着巨大的优越性。它主要具备以下几个优点:

1)立毛纤维的恢复性好与固体的接触采用点接触,所以固形体不附着在滤布上。其淤泥的剥离性好,使得淤泥与滤带容易分开,清水的回收率比较高,对粘性高的淤泥其处理效果特别明显。

2) 由于立毛是纤维组成,有优异的耐油和耐药性,纤维结少不容易被污染。 3)更高的过滤速度,过滤速度是二维滤布的1~~2倍。

5. 佛山汾江河道底泥清淤的脱水技术选择

5.1佛山汾江河的水体污染情况

佛山水道西起禅城区的沙口, 流经禅城区的张槎、升平、环市街道办, 南海区的桂城街道办、大沥镇, 到沙尾桥与平洲水道汇合后流入珠江的后航道, 全长约25.5 km, 其中沙口水闸到谢叠桥为禅城区段, 全长18 km, 俗称汾江河

[]

9。佛山水道集纳污、航运、景观、灌溉和泻洪等多种功能, 是佛山市

禅城区、南海区部分地区工业废水和生活污水排放的主要纳污河道。随着城市规模的不断扩大, 人口的迅速增长, 排入河内的工业废水和生活污水也日趋增多, 造成河水严重污染, 致使这条昔日清澈的“母亲河”, 变成一条鱼虾绝迹、发黑发臭的“污水渠”, 不仅影响了沿河居民的身体健康, 而且制约了佛山、南海、广州三地经济社会发展。

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表5-1佛山汾江河水质报告

铜 (mg/L) 0.026 0.064 0.082 锌(mg/L) 0.57 0.67 0.54 氨氮 (mg/L) 0.721 6.047 8.019 铅(mg/L) 0.020 0.039 0.043 磷(mg/L) 0.117 0.545 0.640 pH 值 7.67 7.282 7.41 石油类(mg/L)

0.14

0.531

0.70

由表5-1可看出汾江河水质污染级别属于重污染级, 水质类别为超Ⅴ类, 。超过Ⅴ类标准的监测指标有NH 3-N 、磷、而石油类超过Ⅳ类标准, 说明汾江河水质以有机污染为主

[]

10。有毒及易积累物

质指标(即重金属指标)Cu,Zn,Pb, 能达到Ⅲ类标准,pH 年均值为7.22~7.67, 呈弱碱性, 这不利于有机物的降解, 造成有机物污染严重

[]

11。因此该河道的治理主要是控制污染源的同时将污染物从水体

之中分离开来,本文结合以上对于絮凝剂分析的结果决定采用生物絮凝剂为好。 5.2 脱水设备的选用

汾江河污染源分布广,河流已被严重污染,治理河道重新铺设污水管道,修建污水处理厂,将耗费巨大的人力物力,不合实际。所以采用脱水船的方案进行污水的治理。由以上对三种脱水设备的分析,我们选择用经絮凝剂处理后的带式脱水机。具体工艺操作流程如图5-1所示。

图5-1脱水船处理淤泥流程示意图

10 由图5-1可以总结为:挖泥船将底泥挖入脱水船,脱水船可以跟在挖泥船的后面,底泥在脱水船上用河水稀释降低污染物的浓度,再将石头等垃圾进行分离,接着进入脱水船添加絮凝剂,再进入脱水船上的带式压滤脱水机进行脱水,将经过脱水机处理后的污水进行加氯消毒处理后直接排入河道,将脱水后形成的干泥由运泥船运送至干化站,进行最后的干化处理。

6. 总结和展望

佛山汾江河作为佛山的母亲河,但是其水体污染已经特别严重,对于汾江河的治理已经到了刻不容缓的地步。本文在通过介绍对比传统河道治理方法和现代的河道治理技术的优劣之后,结合佛山当地经济的特点选定带式脱水机和微生物絮凝剂(普鲁兰)混凝沉淀的治污工艺对河道污水进行治理,改善河道水质。微生物絮凝剂解决了传统絮凝剂产生的有毒离子给环境带来的二次污染,三维滤布的使用提高了脱水机的效率,保证了泥水脱水之后水质达到标准。本文设计的河道污水治理工艺如若研究成功,近期可应用于佛山水道支涌的污染净化,中期可望应用于珠江三角洲污染河涌的治理,远期亦可望在长江三角洲和沿海平原地区支流中应用,具有十分广阔的应用前景。但该工艺要想投入实际的河道河水治理,本文的试验研究还存在许多问题,还需进行更深入的研究。主要表现在:

1) 结合河道特点对于脱水船的设计要符合实际情况。

2) 对于絮凝剂的使用是采用普鲁兰微生物絮凝剂和无机絮凝剂混合,但是本文前面提到无机絮凝剂使用过量会带来二次污染,所以用量的控制还需要实际实验来提供依据作为参考。

11 参考文献:

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12 致 谢

本学位论文是在林洁丽老师的亲切关怀与细心指导下完成的。从课题的选择到论文的最终完成,林老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持,并且在耐心指导论文之余,林老师仍不忘拓展我们的文化视野,让我们感受到了知识的重要性。值得一提的是,林老师对学生认真负责,在她的身上,我们可以感受到一个学者的严谨和务实,这些都让我们获益匪浅,并且将终生受用无穷。毕竟“经师易得,人师难求”,希望借此机会向林老师表示最衷心的感谢!在此也对全体物理系老师四年的教养表示衷心的感谢!