污水厂污泥计算

污泥是水处理过程的副产物，包括筛余物、沉泥、浮渣和剩余污泥等。污泥体积约占处理水量的0.3%~0.5%左右，如水进行深度处理，污泥量还可能增加0.5~1倍。是使污泥减量、稳定、无害化及综合利用。（1）确保水处理的效果，防止二次污染；（2）使容易腐化发臭的有机物稳定化；（3）使有毒有害物质得到妥善处理或利用；（4）使有用物质得到综合利用，变害为利。（1）按成分不同分：污泥：以有机物为主要成分。其主要性质是易于腐化发臭，颗粒较细，比重较小（约为1.02~1.006），含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。沉渣：以无机物为主要成分。其主要是颗粒较粗，比重较大（约为2左右），含水率较低且易于脱水，流动性差。沉砂池与某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。（2）按来源不同分：初次沉淀污泥（也称生污泥或新鲜污泥）：来自初次沉淀池。剩余活性污泥（也称生污泥或新鲜污泥）：来自活性污泥法后的二次沉淀池。腐殖污泥（也称生污泥或新鲜污泥）：来自生物膜法后的二次沉淀池。消化污泥（也称熟污泥）：生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后的污泥。化学污泥（也称化学沉渣）：用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物。例如，用混凝沉淀法去除污水中的磷；投加硫化物去除污水中的重金属离子；投加石灰中和酸性污水产生的沉渣以及酸、碱污水中和处理产生的沉渣等均称为化学污泥。（3）城市污水厂污泥的特性见表8-1表8-1城市废水厂污泥的性质和数量污泥种类污泥量g/（L.d）含水率%相对密度比阻s2/g沉砂池沉渣0.03（L/m3）601.5初沉池污泥14~2595~97.51.015~1.02（1.31~2.11）×1010活性污泥法污泥7~1996~981.022.80×1010生物膜法污泥10~2199.2~99.61.005~1.008(1)污泥含水率：污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率。1污泥中水的存在形式有：空隙水，颗粒间隙中的游离水，约70%，可通过重力沉淀（浓缩压密）而分离；毛细水，是在高度密集的细小污泥颗粒周围的水，由毛细管现象而形成的，约20%，可通过施加离心力、负压力等外力，破坏毛细管表面张力和凝聚力的作用力而分离；颗粒表面吸附水和内部结合水，约10%。表面吸附水是在污泥颗粒表面附着的水分，起附着力较强，常在胶体状颗粒，生物污泥等固体表面上出现，采用混凝方法，通过胶体颗粒相互絮凝，排除附着表面的水分；内部结合水，是污泥颗粒内部结合的水分，如生物污泥中细胞内部水分，无机污泥中金属化合物所带的结晶水等，可通过生物分离或热力方法去除。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污泥体积、重量及所含固体物浓度之间的关系：V1/V2=W1/W2=（100-p2）/（100-p1）=C2/C1（8-1）式中：p1、V1、W1、C1——污泥含水率为p1时的污泥体积、重量与固体物浓度；p2、V2、W2、C2——污泥含水率为p1时的污泥体积、重量与固体物浓度；说明：式（8-1）适用于含水率大于65%的污泥。因含水率低于65%以后，体积内出现很多气泡，体积与重量不在符合式（8-1）的关系。例题8-1：污泥含水率从97.5%降低至95%时，求污泥体积。解：由式（8-1）V2=V1（100-p1）/（100-p2）=V1（100-97.5）/（100-95）=（1/2）V1可见污泥含水率从97.5%降低至95%时，污泥体积减少一半。（2）挥发性固体（或称灼烧减重）和灰分（或称灼烧残渣）：挥发性固体近似地等于有机物含量；灰分表示无机物含量。（3）可消化程度：表示污泥中可被消化降解的有机物数量。消化对象：污泥中的有机物。一部分是可被消化降解的（或称可被气化，无机化）；另一部分是不易或不能被消化降解的，如脂肪、合成有机物等。消化程度的计算公式：Rd=[1-（pV2pS1）/（pV1pS2）]×100（8-2）式中：Rd——可消化程度，%；pS1、pS2——分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量，%；pV1、pV1——分别表示生污泥及消化污泥的有机物含量，%。消化污泥量的计算公式：Vd=V1（100-p1）/（100-pd）[（1-pV1/100）+pV1/100（1-Rd/100）]（8-3）式中：Vd——消化污泥量，m3/d；pd——消化污泥含水率，%，取周平均值；V1——生污泥量，m3/d；p1——生污泥含水率，%，取周平均值；pV1——生污泥有机物含量，%；Rd——可消化程度，%，取周平均值；（4）湿污泥比重与干污泥比重：湿污泥重量等于污泥所含水分重量与干固体重量之和。湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积的水重量之比值。干固体物质包括有机物（即挥发性固体）和无机物（即灰分）。确定湿污泥比重和干污泥比重，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值。经综合简化后，湿污泥比重（γ）和干污泥比重（γs）的计算公式分别为：γ=（100γs）/[γsp+（100-p）]（8-4）或γ=25000/[250p+（100-p）（100+1.5pV）]（8-8）γs=250/（100+1.5pV）（8-7）式中：γ——湿污泥比重；γs——污泥中干固体物质平均比重，即干污泥比重；p——湿污泥含水率，%；pV——污泥中有机物含量，%；（5）污泥肥分：污泥中含有大量植物生长所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良剂（有机腐殖质）。我国城市污水处理厂各种污泥所含肥分见表8-2。表8-2我国城市污水处理厂污泥肥分表污泥类别总氮%磷（以P2O5计）%钾（以K2O计）%有机物%初沉污泥2~31~30.1~0.550~60活性污泥3.3~7.70.78~4.30.22~0.4460~70消化污泥1.6~3.40.6~0.825~30（6）污泥重金属离子含量：污泥中重金属离子含量，决定于城市污水中工业废水所占比例及工业性质。污水经二级处理后，污水中重金属离子约有50%以上转移到污泥中。若污泥作为肥料使用时，要注意重金属是否超过我国农林业部规定的《农用污泥标准》（GB4284-84）。表8-3列举我国北京、上海、天津、西安、兰州、沈阳、黄石等几个城市污水处理厂污泥中重金属含量的范围。表8-3我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量重金属离子名称Hg汞Cd镉Cr铬Pb铅As砷Zn锌Cu铜Ni镍含量范围4.63~1383.6~24.19.2~54085~240012.4~560300~111955~46030~47.5农林业部农用污泥标准（GB4284-84）酸性土壤PH＜6.55560030075500250100中性和碱性土壤PH≥6.5152010001000751000500200（1）污泥量计算1初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量的计算公式：V=100C0ηQ/1000（100-p）ρ（8-9）式中：V——初次沉淀污泥量，m3/d；Q——污水流量，m3/d；η——去除率，%；（二次沉淀池η以80%计）C0——进水悬浮物浓度，mg/L；P——污泥含水率，%；ρ——沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。2剩余活性污泥量的计算公式：Qs=ΔX/fXr（4-113）式中：Qs——每日从系统中排除的剩余污泥量，m3/d；ΔX——挥发性剩余污泥量（干重），kg/d；f=MLVSS/MLSS，生活污水约为0.75，城市污水也可同此；Xr——回流污泥浓度，g/L。3消化污泥量的计算公式：见公式（8-3）。（2）污水处理厂干固体物质平衡：污水处理厂内部存在着固体物质的平衡问题，通过固体物质的平衡计算，有助于污泥处理系统的设计与管理。污水处理厂固体物质平衡的典型计算，可根据图8-1进行。（见P332图8-1）设原污水悬浮物X0为100，初次沉淀池悬浮物去除率以50%计，二次沉淀池去除率以80%计，悬浮物总去除率总去除率为90%。各处理构筑物固体回收率为：浓缩池为r1=90%；消化池为r2=80%；悬浮物减量为rg=30%；机械脱水为r3=95%（预处理所加混凝剂的固体量略去不计）。因此其平衡式为：进入污泥浓缩池的悬浮物量：X1=ΔX+XR（8-10）XR=Xˊ2+Xˊ3+Xˊ4（8-11）式中：X1——进入浓缩池的固体物量；ΔX——初次沉淀池排泥的悬浮物量加二次沉淀池剩余污泥中的悬浮物量；XR——等于浓缩池上清液含有的悬浮物量Xˊ2，消化池上清液悬浮物量Xˊ3，机械脱水上清液悬浮物量Xˊ4的总和。进入消化池的悬浮物量：X2=X1r1（8-12）浓缩池上清液悬浮物量：Xˊ2=X1（1-r1）（8-13）消化池悬浮物减量：G=X2rg=X1r1rg（8-14）进入机械脱水设备的悬浮物量：X3=（X2-G）r2（8-15）消化池上清液悬浮物量：Xˊ3=（X2-G）（1-r2）（8-16）脱水泥饼固体物量：X4=X3r3机械脱水上清液含有的悬浮物量：Xˊ4=X3（1-r3）（8-17）回流至沉砂池前的上清液中所含悬浮物总量：XR=Xˊ2+Xˊ3+Xˊ4=X1（1-r1rg-r1r2r3+r1r2r3rg）（X1-XR）/X1=r1rg+r1r2r3-r1r2r3rg=ΔX/X1X1=ΔX/r1[rg+r2r3（1-rg）]（8-18）（1）污泥输送的方法：管道输送（重力管道和压力管道）；卡车；驳船等。管道输送：适用于污泥输送的目的地相当稳定；污泥的流动性能较好，含水率较高；污泥所含油脂分成较少，不会粘附于管壁缩小管径增加阻力；污泥的腐蚀性低，不会对管材造成腐蚀或磨损；污泥的流量较大，一般应超过30m3/h。优点，卫生条件好，没有气味与污泥外溢，操作方便并利于实现自动化控制，运行管理费用低。缺点，一次性投资大，一旦建成后，输送的地点固定，较不灵活。卡车输送：适用于中、小型污水处理厂，不受运输目的地的限制，也不受污泥性质、含水率的影响，也不需经过中间转运，可以随着季节的变化或地点的变化，把污泥直接运到进行利用或处理的地方。优点，方便灵活。缺点，运费较高。驳船输送：适用于不同含水率的污泥。优点，灵活方便，运行费用低。缺点，需设中转站。对管道、卡车、驳船输送综合经济比较列于表8-4。表8-4管道、卡车、驳船输送综合经济比较表建设投资运行管理费输送1m的成本管道输送111驳船输送0.82~1.302.60~4.006卡车输送2.25~7.0027.0~34.030注：以管道输送的建设投资、运行管理费及每输送1m距离的成本为“1“单位。（2）污泥输送设备：输送污泥用的污泥泵在构造上必须满足不易被堵塞与磨损，不易受腐蚀等基本条件。常见的有隔膜泵、旋转螺栓泵、螺旋泵、混流泵、多级柱塞泵和离心泵等。（1）污泥流动的水力特性：污泥在含水率较高（高于99%）的状态下，属于牛顿流体，流动的特性接近于水流。随着固体浓度的增高，污泥的流动显示出半塑性或塑性流体的特性，必须克服初始剪力以后才能开始流动。污泥流动的下临界速度约为1.1m/s，上临界速度约为1.4m/s。污泥压力管道的最小设计流速为1.0~2.0m/s。（2）压力输泥管道的沿程水头损失（见P336公式（8-19）和表8-4）（3）压力输泥管道的局部水头损失（见P337公式（8-20）和表8-5）污泥处理方案的选择，应根据污泥的性质与数量；投资情况与运行管理费用；环境保护要求以及有关法律与法规；城市农业发展情况及当地气候条件等情况，综合考虑后选定。（1）生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处置（2）生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→最终处置（3）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置（4）生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处置（5）生污泥→湿污泥池→最终处置（6）生污泥→浓缩→消化→最终处置第（1）、（3）、（6）方案，以消化处理为主体，消化过程产生的生物能即沼气（或称消化气、污泥气），可作为能源利用，如用作燃料或发电；第（2）、（5）方案是以堆肥，农用为主，当污泥符合农用肥料条件及附近有农、林、牧或蔬菜基地时可考虑采用；第（4）方案是以干燥焚烧为主，当污泥不适于进行消化处理、或不符合农用条