第十八章-污泥的处理与处置1

第一节污泥的分类、性质与排除概述：y污泥的量：0.3%-0.5%（以含水率97%计）y污泥中的物质：有毒有害（虫卵、微生物、重金属、有机物等），有用物质（N、P、K、有机物等）y污泥处理的目的：减量化，稳定化，无害化及综合利用y投资（为总投资的20-70%）y处理方案应综合考虑第18章污泥的处理与处置污泥——以有机物为主要成分，含水率高，不易脱水，胶状结构，亲水物质沉渣——以无机物为主要成分，含水率低，易于脱水，流动性差（2）按来源不同分为：初沉池污泥生污泥剩余活性污泥新鲜污泥腐殖污泥消化污泥（熟污泥）——经好氧、或厌氧消化处理的污泥化学污泥——用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物（1）按成分不同分为：1、污泥的分类与性质一污泥的分类，性质及性质指标2、污泥中的水分及其对污泥处理的影响1.污泥中的水分(1)游离水:存在于污泥颗粒间隙中的水，称为间隙水或游离水，约占污泥水分的70％左右。这部分水一般借助外力可与泥粒分离。(2)毛细水:存在于污泥颗粒间的毛细管中，称为毛细水，约占污泥水分的20％左右。也有可能用物理方法分离出来。(3)内部水:黏附于污泥颗粒表面的附着水和存在于其内部(包括生物细胞内的水)的内部水，约占污泥中水分的10％左右。只有干化才能分离，但也不完全。2.污泥中的水分对污泥处理的影响污泥处理的方法取决于污泥含水率和最终的处置方式。污泥的含水率与污泥状态（1）挥发性固体（灼烧减量）——有机物含量灰分（灼烧残渣）——无机物含量（2）可消化程度——表示污泥中可被消化降解的有机物数量（Rd）(%)3、污泥的性质指标（3）湿污泥比重与干污泥比重湿污泥重量=污泥所含水分重量+干固体重量湿污泥比重（γ）=湿污泥重量/湿污泥体积干污泥比重（γs）：泥中干固体物质平均比重湿污泥比重可根据湿污泥含水率P（%）计算。（4）污泥肥分—（N、P、K）和微量元素，土壤改良（腐殖质）（5）污泥重金属离子含量——二级处理后，50%重金属存在污泥中，注意重金属离子不超标问题。y初沉池污泥量V(m³/d)=100C0ηQ/10³(100-P)ρQ——污水流量(m³/d)η——去除率（%）C0——进水悬浮物浓度（mg/l）P——含水率ρ——沉淀污泥密度(kg/m³)y剩余活性污泥量Qs=ΔXV/fXrΔXV——挥发性剩余污泥量（kg/d）干重f=VSS/SS=0.75Xr——回流污泥浓度（g/l）二污泥量计算y输送的目的地很稳定y污泥的流动性很好，含水率较高y所含油脂成分较少y污泥的腐蚀性低y污泥的流量较大〉30m³/h※重力管道——坡度0.01-0.02，d不小于200mm驳船——适用于不同的含水率的污泥2、污泥输送设备（1）隔膜泵（2）螺旋泵等三污泥的输送1、管道输送y固体浓度高，污泥流动呈塑性或半塑性；y层流时，阻力很大设计时，要用大流速，处于紊流状态时，下临界速度1.1m/s，上临界速度1.4m/s；※污泥管道的最小设计流速1.0-2.0m/s。四污泥流动的水力特性y含水率〉99%的状态，属于牛顿流体，流动的特性接近水流第第二二节节污泥处理处置基本方法污泥处理处置基本方法污泥处理处置的原则污泥处理处置的原则11．使污水厂能正常运行；．使污水厂能正常运行；22．使有害有毒物质得到妥善处理或利用；．使有害有毒物质得到妥善处理或利用；33．使有机物得到稳定处理；．使有机物得到稳定处理；44．综合利用，变害为利；．综合利用，变害为利；总原则总原则————减量、稳定、无害化及综合利用减量、稳定、无害化及综合利用污泥处理处置常见工艺污泥处理处置常见工艺11．生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处理；．生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处理；22．生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→最终处理；．生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→最终处理；33．生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处理；．生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处理；44．生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处理；．生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处理；55．生污泥→湿污泥池→最终处理；．生污泥→湿污泥池→最终处理；66．生污泥→浓缩→消化→最终处理．生污泥→浓缩→消化→最终处理初沉池污泥含水率：95-97%剩余污泥含水率：达99%以上y浓缩池的目的:减容颗粒间隙水70%y污泥的水分毛细水（颗粒间毛细内的水）20%(P369)污泥颗粒吸附水和颗粒内部水10%y降低含水率的方法浓缩法：降低污泥中的间隙水（浓缩是为了减容）脱水和自然干化法：脱去毛细水干燥与焚烧法：吸附水和内部水第三节污泥浓缩连续式重力浓缩池间歇式重力浓缩池1、重力浓缩理论及连续式重力浓缩池的设计（1）重力浓缩理论①迪克（Dick）理论向下流固体通量（底流牵动通量）Gb=uCi，y式中Ci——通过1’-1’断面的污泥固体浓度(kg/m³)；u——向下流流速(m/h)y自重压密固体通量（固体舒流通量）Gs=ViCiVi为固体浓度为Ci时的界面沉速，当u为定值时，Gu与Gi成直线关系一、污泥重力浓缩重力浓缩池（重力浓缩构筑物）y固体通量——单位时间内，通过单位面积的固体重量kg/m².hy总固体通量G=Gb+Gs=uCi+ViCi=Ci(u+Vi)极限固体浓度（CL）——固体浓度大于CL，通不过此界面极限固体通量（GL）——在浓缩池的深度方向，必存在一个控制断面，这个控制断面的固体通量最小。y浓缩池的设计断面面积A≥Q0C0/GLA——浓缩池面积Q0——入流污泥浓度m³/hC0——入固体浓度kg/hGL——极限固体通量kg/m².h（关键）CnCiC2C10H0t(min)ti界面高度（cm）（a）静态浓缩实验GLCubG(Cu,CL)GbaCLCmu=5m/dGs10020030040001020304050固体通量（kg/m2yd)固体浓度(kg/m3)（b）（3）连续流重力浓缩池的基本构造与形式y浓缩池必须同时满足：①上清液澄清②排出的污泥固体浓度达到设计值③固体回收率高——（浓缩污泥中固体的重量/原污泥固体物重量）×100%应大于95%y垂直搅拌栅的应用①栅条后处可形成微小漩涡②有助于颗粒的絮凝——使颗粒变大——造成空穴——使空隙水与污泥接触紧密③浓缩效率可提高20%以上2、间歇式重力浓缩池原理同连续式二、污泥气浮浓缩1、污泥的其他浓缩池负荷问题（1）负荷过大——流入污泥量多，固体回收率低，效率差（2）负荷过小——池中停留时间长，厌氧分解，产生N2、CO2，污泥上浮，往往需要加氧气抑制2.气浮浓缩法的主要设计参数主要设计参数:污泥负荷、气固比、水力负荷、回流比污泥负荷单位时间内，通过气浮池断面的干固体量，单位为kg/（m2.h）或kg/（m2.d）气浮池污泥负荷:污泥种类污泥种类负荷负荷//（（kgkg..mm--2.2.dd--11))空气曝气的活性污泥空气曝气的活性污泥2525～～7575空气曝气的活性污泥经沉淀后空气曝气的活性污泥经沉淀后5050～～100100纯氧曝气的活性污泥经沉淀后纯氧曝气的活性污泥经沉淀后6060～～15015050%50%的初沉污泥的初沉污泥+50%+50%的活性污泥的活性污泥经沉淀后经沉淀后100100～～200200初次沉淀池污泥初次沉淀池污泥至至260260气固比溶气水经减压释放出的空气量与需浓缩的固体量之质量比，常用As表示；用于污泥浓缩一般取0.01～0.04水力负荷单位时间内，通过气浮池断面的处理水量，单位为m3/（m2.h）为m3/（m2.d），一般40-80m3/（m2.d）或2-3.5m3/（m2.h)。回流比加压溶气水量与需要浓缩的污泥量的体积比，通常以R表示，用于污水处理时取25%‾50%，用于污泥浓缩需计算确定三、离心浓缩法原理利用污泥中固、液相的密度不同，在高速旋转的离心机中受到不同的离心力而使两者分离，达到浓缩的目的效果指标出泥含固率，3min停留时间，含固率可达到4％固体回收率浓缩后污泥的固体总量与入流污泥中的固体总量的比值污泥种类污泥种类入流污泥入流污泥含固率含固率/%/%浓缩后污泥浓缩后污泥含固率含固率/%/%高分子聚合物需要高分子聚合物需要量量//（（gg..kgkg--11污泥干固污泥干固体）体）固体物质固体物质回收率回收率/%/%剩余活性污泥剩余活性污泥0.50.5--1.51.588--1010008585--90900.50.5--1.51.59090--9595厌氧消化污泥厌氧消化污泥11--3388--1010008080--90900.50.5--1.51.59090--9595普通生物滤池污普通生物滤池污泥泥22--3388--99009090--959599--11110.750.75--1.51.59595--9797转筒式离心机用于污泥浓缩的运行参数第4节污泥的稳定污泥稳定化的处理方法:厌氧消化法好氧消化法氯化氧化法石灰稳定法热处理法常用方法厌氧消化目的污泥中的挥发性固体的量降低40％左右过程水解、酸化、产乙酸、产甲烷控制过程固态物的水解、液化、产甲烷优点产生能量使污泥固体总量减少作土壤调节剂杀死致病菌缺点投资大运行易受环境条件的影响消化污泥不易沉淀消化反应时间长氧化作用彻底、产生有还原性的有机物；C6H12O6→2CH3COCOOH+4(H)CH3COCOOH→2CO2+CH3CHO碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌作用下→糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；脂肪酸在产氢产乙酸菌作用下→H2、CO2、乙酸；两组生理不同的产甲烷菌，有共同的产物4H2+CO2→CH4+2H2O（1/3）CO2还原2CH3COOH→2CH4+2CO2（2/3）乙酸脱羧2、三段消化一、厌氧消化的机理1、两段消化酸性发酵阶段——脂肪酸；稳定发酵阶段——甲烷和CO2发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。3、参与厌氧消化的微生物（1）第一阶段——细菌、原生生物和真菌→微絮凝、发酵细菌y纤维素分解菌——最重要的一步；产物CO2，H2，已醇；y碳水化合物分解菌——丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；y蛋白质水解-----生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）y脂肪分解菌→脂肪酸（弧菌生化絮凝）（2）第二阶段—产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌，产物：乙酸、甲烷、CO2、H2（3）第三阶段——产甲烷菌，产物为甲烷y产甲烷阶段——细胞的增殖很少，（消化系统中的甲烷细菌已不繁殖，数量少，消化时间长）y食物不足的情况下生长的复杂有机物较高级有机酸H2乙酸CH4水解与发酵4%76%2452%28%72%生成甲烷生成乙酸与脱氢20%%第一阶段第二阶段第三阶段有机物厌氧消化模式图4、特征厌氧消化——产生的能量仅为好氧消化1/20-1/30y产甲烷阶段的反应方程在好氧菌作用下：C2H3O2Na+2O2→NaHCO3+7H2O+CO2+848kj/mol在厌氧消化产甲烷据菌时：C2H3O2Na+2O2→NaHCO3+CH4+29.3kj/mol二、厌氧消化的影响因素※以甲烷菌的影响为主1、温度因素（1）中温（30-36℃）（2）高温（50-53℃）（3）消化时间（产气量达到总量的90%所需时间）ΔT→+1.5℃-2.0℃ΔT2℃不影响消化作用2、生物固体停留时间（污泥龄）与负荷¾θc=Mr/Фe，Mr消化池内总生物量Фe=Me/t消化池每日排出的生物量；t排泥时间有机物降解程度是污泥龄的函数，而不是进水有机物的函数。¾容积设计V=Sv/S，Sv新鲜污泥中挥发有机物重量kg/dS挥发性有机物负荷中温：0.6-1.5kg/m³.d高温：2.0-2.8kg/m³.d※投配率——每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数城市污水:中温消化（5-8%）相应的消化时间为1/（5%）-1/（8%）=20-12.5d，高温消化（10-16%）（要求产气量，在下限，处理污泥在上限）3、搅拌和混合搅拌作用——新鲜污泥与熟污泥→加速热传导→均匀底物供给→打碎液面上的浮渣层→提高消化池的负荷→消化活跃状态※搅拌与不搅拌：产气量增加30%方法：泵+水射器消化气循环混合搅拌法4、营养物与C/N比C5H7NO3→