污泥处理与处置

第七章污泥的处理和处置城市污水处理厂所产生的污泥约为处理的水的体积的0.3％~0.5％左右(含水率97%)。这些污泥，属于固体废弃物，一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境造成新的污染。污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。在排水工程中，将改变污泥性质称为处理，而安排出路称为处置。在城市污水处理厂中，污泥处理所需的费用占总投资的20%-50%。目的1、使污水厂正常运行，确保污水处理效果。2、使易腐化发臭有机物稳定处理3、妥善处理有害、有毒物质4、综合利用有用物质，变害为利。减量化、稳定化、无害化、资源化一、污泥的来源、性质和数量1、污泥的来源、性质及主要指标城市污水厂的污泥主要有：栅渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥和二沉池生物污泥等。栅渣呈垃圾状，沉砂池的沉渣主要含有比重较大的无机颗粒，所以这两者一般作为垃圾处置。初沉池污泥和二沉池生物污泥，因富含有机物，容易腐化、破坏环境，必须妥善处置。表征污泥性质的主要参数或项目有：含水率与含固率、挥发性固体、有毒有害物含量以及脱水性能等。①．含水率与含固率含水率是污泥中水含量的百分数。含固率是污泥中固体或干泥含量的百分数。干污泥量是湿泥量与含固率的乘积。通常含水率在85％以上时，污泥呈流态，65％-85％时呈塑态；低于60％时，则呈固态。②挥发性固体•挥发性固体(用VSS表示)，是指污泥中在600℃的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。•通常用于表示污泥中的有机物的量，常用mg／L表示，有时也用重量百分数表示。•VSS也反映污泥的稳定化程度。③．污泥中的有毒有害物质城市污水处理厂的污泥中含有病菌、病毒、寄生虫卵及重金属等。污泥中的重金属是主要的有害物质，重金属含量超过规定的污泥不能用作农肥。④．污泥的脱水性能脱水性能主要指，污泥过滤去除水分的难易，即滤速的快慢。影响脱水性能的因素，主要是污泥的化学成分、胶体性质、污泥颗粒与水的亲和力。主要评价指标为：比阻抗值毛细吸水时间2、污泥量①初沉污泥量式中：V——初沉污泥量，m3/d；qv——污水流量，m3/d；η——沉淀池中悬浮物的去除率，%；ρ0——进水中悬浮物浓度，mg/L；P——污泥含水率，%；ρ——污泥密度，以1000kg/m3计。)100(1010030PqvV②剩余活性污泥量a、剩余活性污泥量以VSS(挥发性固体计)：PX——剩余活性污泥，kgvss／d；Y——产率系数kgVSS／kgBOD5,一般采用0.5~0.6;ρs0——曝气池入流的BOD5kg/m3；ρse——二沉池出流的BOD5kg/m3；qv——曝气池设计流量，m3/d;Kd——内源代谢系数，一般采用0.06~0.1d-1;ρX——曝气池的平均VSS浓度，kg/m3;V——曝气池容积，m3;VKYqPXdSeSvX)(0b、剩余活性污泥量以SS(悬浮固体)计：式中：Pss—剩余活性污泥量，kgSS／df—之值，一般采用0.6~0.75fPPXSSSSVSSC、剩余活性污泥量以体积计式中：Vss——剩余活性污泥量，m3／d；Pss——产生的悬浮固体kgSS／d；P——污泥含水率，％；ρ——污泥密度，以1000kg／m3计。)100(100PPssVss3、污泥中的水分及其对污泥处理的影响①．污泥中的水分a、游离水又称间隙水存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水分的70％左右。这部分水一般借助重力可与泥粒分离。b、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。需较大的外力才能从分离，如机械力。c、内部水粘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。只有干燥或焚烧才能分离。②污泥中的水分对污泥处理的影响含水率大于98％的污泥，一般要考虑浓缩，使含水率降至96％左右，以减少污泥体积，有利于后续处理。为了便于污泥处置时的运输，污泥要脱水，使含水率降至80％以下，失去流态。用板框压滤的方法进行污泥脱水。二、污泥的处置及其前处理1、污泥的处置污泥处置的基本问题是利用适当的技术措施，为污泥提供出路，同时要认真考虑污泥处置所产生的各种环境和经济问题，并按一定的要求(法规、条例等)妥善地解决。①．农业利用下表所列举的是我国和德国对农用污泥中几种重金属最高含量的规定。②填埋污泥单独填埋或者与垃圾混合填埋是常用的最终处置方法。污泥在填埋之前要经过稳定处理，在选择填埋场时要研究该处的水文地质条件和土壤条件，避免地下水受到污染。对填埋场的渗滤液应当收集并作适当处理，场地径流应妥善排放。填埋场的管理非常重要，要定期监测填埋场附的地下水、地面水、土壤中的有害物(如重金属)，还要注意沼气的排放。③焚烧焚烧可使污泥体积大幅度减小，且可灭菌。污泥灰量大约是含水率75％的污泥的1／10。焚烧后的灰烬可填埋或利用。焚烧时的尾气必须进行处理。焚烧设备的投资和运行费用都比较大，在单纯用作处置手段时需要慎重研究。④投放海洋为避免海岸线及近海污染，要求将污泥投入远洋。投入远洋虽暂时没有出现问题，但后果可能极为严重，已在各国环保人员和公众当中引起激烈的争论，遭到严厉的批评。因此，一般不使用。2、污泥处置的前处理浓缩：是降低污泥含水率的最简单有效的方法，使剩余活性污泥的含水率约从99．2％，下降到97．5％左右，污泥体积缩到原来的1/3左右。稳定：为了避免污泥进入环境时，污泥有机部分发生腐败，污染环境，在其脱水之前先进行降解。调理：使经过稳定的污泥如果脱水性能变好。干化：使脱水污泥的含水率由60％～80％左右，降至低于10％。经过各级处理，100kg湿污泥转化为干污泥时，重量常不到5kg。•污泥处理与处置的基本流程见下图三、污泥浓缩污泥浓缩的方法：沉降法气浮法离心法1、沉降法①间歇式污泥浓缩池间歇浓缩池可建成矩形或圆形，见图20-4，多用于小型污水处理厂(站)。间歇浓缩池设计的主要参数是停留时间。如果停留时间太短，浓缩效果不好；太长不仅占地面积大，还可能造成有机物厌氧发酵，破坏浓缩过程。停留时间的长短最好经过试验决定，在不具备试验条件时，可按不大于24h设计，一般取9～12h。浓缩池的上清液，应回流到初沉池前重新进行处理。连续式污泥浓缩池②．连续运行的浓缩池可采用沉淀池的形式，一般为竖流式(或辐流式)，见下图。连续式浓缩池的合理设计与运行取决于对污泥沉降特性的确切掌握。设计参数主要包括：a、浓缩池的固体通量单位时间内，通过浓缩池任一断面的干固体量[kg/(m2.h)或kg/(m2.d)]；b、水力负荷单位时间内，通过单位浓缩池表面积的上清液溢流量[m3／(m2·h)或m3／(m2.d)]；c、水力停留时间(h或d)。按固体通量计算出浓缩池的面积之后，应与按水力负荷核算的面积相比较，取其大值。初沉污泥最大水力负荷可取1.2-1.6m3／(m2·h)，剩余活性污泥取0.2～0.4m3/(m2·h)。浓缩池的有效水深一般采用4m，当采用竖流式浓缩池时，其水深按沉淀部分的上升流速不大于0.1mm／s计算。浓缩池容积应按污泥在其中停留10~16h进行核算，不宜过长。2、气浮浓缩法气浮浓缩是依靠微小气泡与污泥颗粒产生粘附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，并得到浓缩。气浮法对于浓缩密度接近于水的、疏水的污泥尤其适用，对于浓缩时易发生污泥膨胀的、易发酵的剩余活性污泥，其效果尤为显著。①气浮浓缩系统的组成气浮浓缩系统主要是由加压溶气装置和气浮分离装置两部分组成。a、加压溶气装置溶气罐一般按加压水停留1～3min设计，溶气效率为50％~90％，绝对压力采用2.5×105～5×105Pa。b、气浮分离装置(气浮浓缩池)据国外资料介绍，污泥在气浮浓缩池中的平均停留时间可短至3～5min，国内建议不小于20min。②气浮浓缩法的主要设计参数污泥负荷、气固比、水力负荷、回流比气固比：溶气水经减压释放出的空气量与需浓缩的固体量之重量比用As表示。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。在有条件时，设计前应进行必要的试验，决定最佳设计参数。在缺乏试验条件时，使用经验数据。回流比可按以下公式，根据所需空气量计算：式中：As——气固比；Aa——所需空气量，g／h；S——进入气浮池的固体总量(不计回流水SS)，g／h；Sa——一定温度下，101325Pa时的空气饱和溶解度，mg／L；ρ0——入流污泥浓度，g／m3；R——回流比；P——绝对大气压（表压），Pa；f——溶解效率，当溶解气罐内加填料及溶气时间为2~3min时，f=0.9,不加填料时，f=0.5。0)1(fPRSSAAaas3、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。被分离的污泥和水分别由不同的通道导出机外。离心浓缩机呈全封闭式，可连续工作。一般用于浓缩剩余活性污泥等难脱水物。污泥在机内停留时间只有3min左右，出泥含固率可达4％以上。衡量离心浓缩效果的主要指标有出泥含固率和固体回收率等。固体回收率即浓缩后污泥的固体总量与入流污泥中的固体总量的比值。离心法缺点：电耗很大，在达到相同的浓缩效果时，其电耗约为气浮法的10倍；一般需要添加PFS(聚合硫酸铁)、PAM(聚丙烯酰胺)等助凝剂。四、污泥的稳定污泥稳定的常用方法：厌氧消化法1.消化法好氧消化法氯化氧化法2.化学消化法石灰稳定法3.热处理方法好氧消化法类似活性污泥法，在曝气池中进行，曝气时间长达10～20d左右，依靠有机物的好氧代谢和微生物的内源代谢稳定污泥中的有机组成。氯气氧化法在密闭容器中完成，向污泥投加大剂量氯气，接触时间不长；实质上主要是消毒，杀灭微生物以稳定污泥。石灰稳定法中，向污泥投加足量石灰，使污泥的pH值高于12，抑制微生物的生长。热处理法既可杀死微生物借以稳定污泥，还能破坏泥粒间的胶状性能改善污泥的脱水性能。厌氧消化是对有机污泥进行稳定处理的最常用的方法。一般认为，当污泥中的挥发性固体的量降低40％左右即可认为已达到污泥的稳定。厌氧消化的优点：厌氧消化产生的甲烷能抵消污水厂所需要的一部分能量，并使污泥固体总量减少(通常厌氧消化使25％-50％的污泥固体被分解)，减少了后续污泥处理的费用。消化污泥是一种很好的土壤调节剂，它含有一定量的灰分和有机物，能提高土壤的肥力和改善土壤的结构。消化过程尤其是高温消化过程(在50℃～60℃条件下)，能杀死致病菌。厌氧消化的缺点：投资大，运行易受环境条件的影响，消化污泥不易沉淀。1、污泥厌氧消化法的发展和分类•根据操作温度，污泥厌氧消化分为中温消化(MesophilicDigestion)和高温消化(ThermophilicDigestion)等。•根据负荷率，又可分为低负荷率和高负荷率两种。•低负荷率消化池是一个不设加热，搅拌设备的密闭的池子，池液分层，见图20-7。它的负荷率低，一般为0.5～1.6kgVSS／m3·d，消化速度慢，消化期长，停留时间30～60d。高负荷率消化池的负荷率达1.6-6.4kgVSS／m3·d或更高，与低负荷率池的区别在于连续运行，设有加热、搅拌设备；连续进料和出料；最少停留10-15d；整个池液处于混合状态，不分层；浓度比入流污泥低。高负荷率消化池常设两级，第二级不设搅拌设备，作泥水分离和缩减泥量之用。参见图20-8。•两相消化工艺。它根据厌氧分解的两阶段理论，把产酸和产沼气阶段分开、使之分别在两个池子内完成见图20-9。2、影响污泥消化的主要因素①pH值和碱度最佳的pH值为7.0~7.3。为了保证厌氧消化的稳定运行，提高系统的缓冲能力和pH值的稳定性，消化液的碱度保持在2000mg／L以上(以CaCO3计)。②温度试验表明，污泥的厌氧消化受温度的影响很大，一般有二个最优温度区段：在33℃~35℃叫中温消化，在50℃~55℃叫高温消化。③负荷率负荷率的表达方式有两种：污泥投配率；有机物负荷率。投配率是指日进入的污泥量与池子容积之比，在一