第21章污泥处理与处置.

第21章污泥处理与处置21.1污泥的分类、性质与产生量21.2污泥处理处置的基本方法21.3污泥浓缩21.4污泥的稳定21.5污泥的调理21.6污泥脱水21.7污泥的干燥与焚烧21.8污泥的最终处置与利用目的：①使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；②使有毒有害物质得到妥善处理或利用；③使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理④使有用物质能够得到综合利用，变害为利。21.1污泥的分类、性质与产生量21.1.1污泥的分类1.按成分分类：污泥；沉渣2.按来源分类：初次沉淀污泥；剩余活性污泥；腐殖污泥；消化污泥；化学污泥。21.1.2污泥性质的表征1.污泥的含水率：污泥中所含水的质量与污泥总质量之比的百分数式中V1、W1、c1—污泥含水率为p1时对应的污泥体积、质量与固体物浓度；V2、W2、c2—污泥含水率变为p2时对应的污泥体积、质量与固体物浓度。12122121100100ccppWWVV（21-1）2.污泥的脱水性能污泥的脱水性能可用污泥比阻来衡量，污泥比阻（r）是指在一定压力下，在单位过滤介质界面上，单位质量的干污泥所具有的阻力。计算公式如下：WbPAr22（21-2）式中r——污泥比阻，m/kg；P——真空度，N/m2；A——过滤介质面积，m2；B——比阻测定中的一个斜率系数，s/m6；——滤液的动力粘度，N·s/m2；W是单位体积滤液所产生的干污泥质量，kg/m3。图21-1比阻测定装置及直线图a）比阻测定装置b）直线图1－水射器（产生真空）2－稳压瓶3－阀门4－真空表5－布氏漏斗6－量筒3.灼烧减量和灼烧残量将105～110℃烘干后的污泥试样放置在马弗炉（600℃）中灼烧，使污泥中的有机物质燃烧而损失掉。灼烧前后污泥试样损失部分的质量占灼烧前污泥总量的百分数称为灼烧减量，剩余部分的质量占灼烧前污泥总量的百分数称为灼烧残量。灼烧减量（GV）和灼烧残量（GR）的关系为：GV（%）＝100－GR（％）（21-4）表21-2各种污泥的灼烧减量污泥类型新鲜初次沉淀污泥新鲜二次沉淀污泥消化不好的污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥灼烧减量/%60～7555～8055～7055～6045～5530～454.污泥密度和干物质密度污泥的密度指的是单位体积污泥的质量，其数值也常用相对密度，即污泥与水（标准状态）的密度之比来表示，可用21-5式计算：)100(100)100()100(wtwtt（21-5）式中s——污泥的相对密度；t——污泥干物质的相对密度；pw——污泥的含水率，单位均为％。如果在污泥干物质中，灼烧减量和灼烧残量物质的相对密度分别为GV和GR，则干物质的相对密度可按21-6计算：GRGVtGVGV100100（21-6）)(100100GVGRGVGRGVtGV（21-7）灼烧减量GV物质的相对密度一般约等于1，灼烧残量GR物质的相对密度约为2.5～2.65，若以2.5计，则：)5.1100(250GVt（21-8）将式（21-8）代入式（21-5）得：)5.1100)(100(25025000GVppwws（21-9）5.pH值表21-3各种污泥的pH值污泥类型新鲜初次沉淀池污泥新鲜二次沉淀污泥消化不好的污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥pH5.0~7.06.0~7.06.5~7.06.8~7.37.2~7.57.4~7.86.碱度表21-4各种污泥的碱度污泥类型新鲜初沉池污泥新鲜二次沉淀污泥消化不好的污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥碱度mg/LCaCO3500～1000500～1000有时＜5001000～25002000～35003000～45004000～5500mmol/L20～4020～40有时＜2040～10080～1400120～180160～2207.有机物的含量表21-5主要有机物的产气量有机物名称单位质量有机物的产气量/（m3/kg）沼气成分碳水化合物0.79CH4：50%CO2：50%油脂1.25CH4：68%CO2：32%蛋白质0.7CH4：71%CO2：29%8.有机酸的含量有机酸是污泥厌氧消化过程的中间产物，有机酸的含量一般用醋酸（CH3COOH）含量（mg/L或者mmol/L）表示，它是评价消化过程是否正常进行的重要指标。9.污泥颗粒组成污泥颗粒的组成，对于采用离心式脱水机的污泥脱水工艺而言尤为重要10.污泥热值由于污泥中含有有机物，所以污泥具有热值。表21-6各种污泥固体物的典型热值污泥类型新鲜污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥污泥热值（kJ/kg）16.513.610.68.011.污泥肥分污泥中含有很多植物营养物、有机物及腐殖质等。营养物主要包括氮、磷和钾。12.污泥的沉降、浓缩性能污泥长时间放置，会或多或少释放出水分，缓慢地搅拌会促进水分的释放。13.污泥的垃圾填埋场承载性能污泥的最终处置有时是在垃圾填埋场填埋，为了保证填埋所需的机具能够在填埋场上正常运行，仅对污泥中的最低含固率（一般至少为30％～40％）提出要求是不够的。21.1.3污泥的产生量在确定城市污水处理厂的污泥产生量时必须考虑到：①进厂污水成分；②格栅、沉砂池的设计；③初次沉淀池的设计（水力表面负荷、停留时间）；④污水的生物处理程度；⑤脱氮、除磷的措施；⑥所辖流域内排水体制；⑦污水处理厂的运行方式。根据污水中悬浮物浓度、污水流量、去除率及污泥含水率，初次沉淀池的污泥量可用式21-11计算：式中V——初次沉淀污泥量，m3/d；Q——污水流量，m3/d；——固体悬浮物去除率，％；c0——进水悬浮物浓度，mg/L；p——污泥含水率，％；——沉降后污泥的密度，以1000kg/m3计。式21-11适用于初次沉淀池，剩余活性污泥量的计算照本书有关章节的公式计算。pQcV1001010030（21-11）21.2污泥处理处置的基本方法污水处理过程中产生的污泥必须处理处置到对环境无害的程度。21.2.1污泥处理处置的原则污泥的处理处置应遵循减量化、稳定化、无害化并逐步提高污泥资源化程度的原则。21.2.2污泥处理处置基本工艺流程污泥处理处置的方法很多，基本工艺可分为以下几类：浓缩→前处理→脱水→好氧消化→土地还原；浓缩→前处理→脱水→干燥→土地还原；浓缩→前处理→脱水→焚烧（热分解）→灰填埋；浓缩→前处理→脱水→干燥→熔融烧结→作建材；浓缩→前处理→脱水→干燥→用作燃料；浓缩→厌氧消化→前处理→脱水→土地还原；浓缩→蒸发干燥→用作燃料；浓缩→湿法氧化→脱水→填埋。21.3污泥浓缩有重力浓缩、机械浓缩、气浮浓缩等方法。21.3.1重力浓缩重力浓缩主要利用污泥的自然沉降进行分离，不需要外加能量，是一种节能的浓缩方法。重力浓缩实际上是一种沉降分离工艺，一般属压缩沉淀。1．重力浓缩的基本原理1污泥重力浓缩本质上是一种重力分离过程，连续重力浓缩过程如图21-2所示。图21-2连续式重力浓缩过程1－中心进泥管2－上清液溢流堰3－排泥管2．重力浓缩池的类型按照运行方式，重力浓缩池可分为间歇式重力浓缩池和连续式重力浓缩池两种。图21-3间歇式重力浓缩池示意图1－进泥管2－浓缩污泥排出管3－上清液溢流管4－排液管图21-4连续式重力浓缩池1－中心进泥管2－污泥斗3－上清液溢流堰4－排泥管5－刮泥机6－搅动栅3．重力浓缩池设计（1）固体通量（或污泥固体负荷）；（2）水力负荷；（3）浓缩时间；（4）浓缩池有效水深；（5）污泥室容积和排泥时间；（6）浓缩后的污泥含水率；（7）当采用生物除磷工艺处理污水时，不应采用重力浓缩；（8）采用栅条浓缩机时，其外缘线速度一般宜为1~2m/min，池底向泥斗的坡度不宜小于0.05；（9）污泥浓缩池宜设置去除浮渣的装置。21.3.2机械浓缩重力浓缩效果差的剩余活性污泥采用机械浓缩时可以取得良好的浓缩效果，采用机械浓缩对于进泥的含固率没有严格的要求，允许低于99.5%。机械浓缩不仅可以用于新建污水处理厂的污泥浓缩，而且也可以用于替换已建污水处理厂的重力浓缩池。1．转鼓浓缩机转鼓式浓缩机的外形是一外壳绷有滤网的圆柱形转鼓，滤网网孔直径约0.5mm。优点：①结构简单、紧凑，占地面积小；②操作和维修方便，滤网更换方便；③耗电少，一般为0.2～0.4kWh/m3；④固体回收率可达99％以上，转鼓式浓缩机分离的滤液清澈，可作为滤网的冲洗水。缺点：①需要投加的药剂量较大，一般为5kg/t干固体；②滤网网孔易堵塞，需用压力水定时进行冲洗。2．螺旋式浓缩机螺旋式浓缩机工作原理与转鼓式浓缩机类似，不同之处在于其绷有滤网的圆柱体外壳是固定不转动的，而其内部设有可转动的螺旋推进器。图21-5螺旋式浓缩机结构示意图1－污泥进口2－絮凝反应器3－滤液排出口4－机体5－滤网6－污泥收集斗7－浓缩污泥输送泵3．带式浓缩机带式浓缩机是一种可连续运行的污泥浓缩机械，基本结构如图21-6所示21-6带式浓缩机示意图1－进泥口2－絮凝反应器3－泥耙4－滤带5－冲洗水接头6－冲洗喷头7－滤液出口8－真空泵9－污泥收集斗10－浓缩污泥泵4．离心式浓缩机离心式浓缩机是一种可连续工作的浓缩机械，它与离心式脱水机在结构形式上是有区别的，如图21-7所示。图21-7离心式浓缩机1－皮带轮2－变速箱3－固体排出口4－外筒5－内筒6－调节堰板7－分离液排出口8－轴承9－底座10－驱动轮11－进泥管12－螺旋输送机21.3.3气浮浓缩气浮浓缩是利用污泥与水的密度差产生的浮力使污泥上浮，达到固液分离，实现污泥浓缩的目的。1．气浮浓缩装置气浮浓缩装置主要由三部分组成，即布气或溶气系统、溶气释放系统（存在于加压溶气气浮中）及气浮分离系统。2．气浮浓缩工艺控制影响气浮浓缩的因素很多，主要有压力、循环比、气固比、固体负荷和水力负荷、流入污泥浓度、停留时间、污泥种类和性质、絮凝剂的使用与否等。3．气浮浓缩的优缺点气浮法适用于浓缩剩余活性污泥和生物滤池污泥等颗粒密度较小的污泥，气浮浓缩具有以下优点：①气浮浓缩污泥含水率低。可以使含水率为99.5%的活性污泥浓缩到含水率为94%～96%；②澄清液悬浮物浓度低。澄清液可回流到污水处理厂的入流泵房；③无恶臭、无磷的二次释放。由于气浮池中的污泥含有溶解氧，因而恶臭气味较重力浓缩小得多，同时可避免磷的二次释放；④气浮浓缩法占地面积小；但气浮浓缩运行费用比重力浓缩高。21.4污泥的稳定目的是减少污泥量，防止污泥污染环境，提高污泥的利用价值。21.4.1污泥的厌氧消化污泥厌氧消化是应用最为广泛的污泥稳定化工艺。1．厌氧消化的机理厌氧生物稳定是一个多步骤的过程，各步骤之间既相互联系又相互影响，污泥厌氧稳定过程的最终产物是甲烷，污泥厌氧稳定的四个阶段与废水厌氧处理基本相同，此处不再重复。2．污泥厌氧消化工艺污泥厌氧消化工艺有低负荷消化工艺、高负荷消化工艺、二相消化工艺等。图21-8厌氧消化的搅拌和加热设备示意图a）桨板搅拌设备b）加热及循环搅拌设备1－桨板2－循环泵3－螺旋板换热器3．厌氧消化池的形式常见的厌氧消化池形式有3种，如图21-9所示。图21-9厌氧消化池的不同形式a）油罐状b）传统的消化池c）卵形消化池4．厌氧消化池的设计（1）按消化时间或污泥投配率计算消化池的有效容积：式中V——消化池有效容积，m3；Q0——每天要处理的污泥量，m3/d；td——消化时间，20～30d；p——污泥投配率，%。dtQV01000pQV（2）按固体容积负荷计算消化池的有效容积：式中V——消化池有效容积，m3；WS——每天投入消化池的原污泥中挥发性干固体量，kgVSS/d；LV——消化池挥发性固体容积负荷率，kgVSS/（m3.d）。VSLWV21.4.2污泥的好氧消化当污泥量不大时可采用好氧消化，即在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，污泥中微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化，微生物机体的可生物降解部分被氧化去除。污泥好氧消化的消化程度高，剩余消化污泥量少。1．好氧