第十章污泥处理和处置_第7章污泥处理和处置

2020-02-28 其他范文下载本文

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第十章污泥的处理、处置

10.1 污泥的来源、性质、数量 10.2 污泥处理处置的方法

10.2.1 污泥浓缩 10.2.2 污泥的稳定 10.3 污泥的脱水和调理

10.3.1 脱水性能的评价指标污泥比阻扩展阅读

10.3.2 污泥的脱水设备 10.4 污泥的处置

第十章污泥的处理、处置

前面我们看到，进水中含有的悬浮物，在前处理或预处理得到去除，如格栅、筛网、物理沉淀、气浮处理中分离会产生污泥。混凝处理要加入混凝剂来去除细小的SS或胶体颗粒也产生大量的污泥。化学沉淀去除可以形成化学沉淀的许多阳离子和阴离子，也会产生污泥。生物法去除BOD、氮、磷等其它污染物，一部分污染物被同化形成生物性污泥。生物性污泥来自二沉池、浓缩池或消化池，或来自许多的生物反应池。这些污泥含水率都很高。这些污泥中某些成分有利用价值需要回收利用。有些污泥的有用成分因为回收的成本太高，而作为固体废物，如果不妥善处理就会对环境造成不利影响。不管怎样都需要妥善处理，防止产生二次污染。

污泥处理原则是“减量化、无害化、稳定化和资源化”，欧洲国家目前污泥的主要处置方式为农用、填埋和焚烧。卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋始于20世纪60年代，污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高（例如德国从2000年起，要求填埋污泥的有机物含量小于5％），许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。1992年欧盟大约40％的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，例如英国污泥填埋比例由1980年的27％下降到2005年的6%。美国的污泥的主要处置方法是循环利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁止污泥土地填埋。据美国环保局估计，今后几十年内美国6500个填埋场将有5000个被关闭。近年来，随着污泥农用标准（如合成有机物和重金属含量）日益严格的趋势，许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降低。

发达国家污泥焚烧的比例非常高。以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，这是因为焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：

（1）焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，因而最终需要处置的物质很少，焚烧灰可制成有用的产品，是相对比较安全的污泥处置方式。（2）焚烧处理污泥处理速度快，不需要长期储存。（3）污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。

（4）可以回收能量，用于污泥自身的干化或发电、供热，相应降低污泥处理成本。（5）能够使有机物全部燃尽，杀死病原体。

污泥焚烧处置虽然一次性投资高，但由于它具有其它工艺不可替代的优点，特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等方面，因此成为污泥最终出路的解决方法。

自1962年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来，焚烧的污泥量大幅度增加。目前德国共有39家污泥焚烧厂，其中10家混烧城市废弃物，20家焚烧城市污水污泥，另9家焚烧工业污泥。70％的焚烧炉为鼓泡流化床。污泥含水率在45％～80％间。在柏林自1985年来运行着欧洲最大的流化床污泥焚烧炉，处理75％水分的污泥15t/h。在国外，特别是西欧和日本采用焚烧法已得到了广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60％以上，现在日本规模较大的污水处理厂都采用焚烧法处理污泥。2005年欧盟采用焚烧处理污泥的比例提高到了38%。

污泥焚烧被分为直接焚烧和干化后焚烧两种。（1）直接焚烧

污泥的直接焚烧是将高湿（含水率80%~85%）污泥在辅助燃料作用下，直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥含水量大、热值低，需要消耗大量的辅助燃料。由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，尾气处理需要庞大的设备。（2）干化后焚烧

污泥因含水率高，不能简单作为燃料应用。污泥要作为燃料，必须开发出独特的干化技术和燃烧技术，使低热值的污泥转变成高热值的可用燃料，然后通过焚烧炉对污泥燃料进燃烧。污泥的干化最早是二十世纪四十年代开发的。经过几十年的发展，污泥干化的优点正逐渐显现出来。干化后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从而减少了储存空间。以含水率85%的湿污泥为例，干化至含水率40%时，体积可减少至原来的1/4，污泥的形状成为颗粒，有利于焚烧处理。在焚烧工艺前采用污泥干化工艺的目的是实现污泥的减量化、提高污泥热值、节省后续焚烧处理的费用，以及达到更优的焚烧效果。干化后的污泥经高温焚烧后产生的灰体积将缩小90%以上，有毒有机物热分解彻底，焚烧产生能源可回收利用，灰、渣可作为建材材料使用。

早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干化器来干化污泥。由于污泥热干化技术要求和处理成本较高，所以这项技术直到20世纪80年代末期在瑞典等国家的成功应用之后，才在发达国家推广起来。在发达国家，污泥干化和燃料化被认为是有望取代现有的污泥处理技术最有发展前途的方法之一。

10.1 污泥的来源、性质、数量

10.1.1 污泥的种类、性质及主要指标一．污泥的种类

（1）初沉污泥；（2）剩余污泥；（3）消化污泥；（4）化学污泥。二．污泥的性质和指标

污泥处理原则是“减量化、无害化、稳定化和资源化”。减量化指去除污泥中的水分。资源化指在符合成本原则下将有用成分回收利用。无害化、稳定化指将可分解的成分分解成稳定的化学形态物质或将有毒成分转化成低毒化学物质。这些都需要了解污泥的性质和指

标。

污泥的性能指标

（1）含水率与含固率；

含水量的下降会使污泥体积明显，比如含水率从p1降低为p2，污泥体积由 VSS（1）减小为VSS（2）：

VSS（1）ρ(1-:p1)=VSS（2）ρ(1-:p2)=△XSS 比如含水率由98%降为96%，污泥体积下降为原来的1/2：

VSS（1）ρ(1-:98%)=VSS（2）ρ(1-:96%)

VSS（2）/VSS（1）=1/2

（2）挥发性固体和可消化性成分；

（3）污泥中的有毒有害的物质；

（4）污泥的燃烧热值；

（5）污泥的脱水性能。

污泥的脱水性能常用的指数是比抗阻值简称比阻（r)或毛细吸水时间

(CST)三．污泥量

（1）初沉污泥量与进水中SS含量、分离方法和工艺有关；

（2）化学处理法产生的污泥。混凝污泥与进水中细小SS或胶体含量、分离方法和工艺有关；

（3）活性污泥

（4）剩余活性污泥量

X＝yQ(S0Se)KdXVyobsQ(S0Se)（5）剩余污泥体积

上式计算的是VSS，转化为SS：

△XSS = △XVSS/ f

VSSρ(1-p)= △XSS

三污泥中的水分及其对污泥处理的影响（1）污泥中的水存在形式分类游离水，70％毛细水，20％内部水，10％

减容方法（浓缩）去除的水是哪些部分的水？污泥的体积与含水率

（2）污泥中的含水率对污泥处理的影响浓缩运输压缩填埋焚烧

10.2 污泥处理处置的方法

可供选择的方案大致有：

（1）生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处置；（2）生污泥→浓缩→自然干化堆肥农肥；

（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→浓缩→消化→机械脱水→干燥焚烧→最终处置。（5）是最完全处理方案。

10.2.1 污泥浓缩

一概述

污泥中所含水分大致分为4类：（如图示）（1）颗粒间的空隙水、约占总水分的70%。（2）毛细水，即颗粒间毛细管内水，占20%（3）吸附水, 两者约占10%（4）内部水污泥的含水率很高：初沉污泥介于95—97%，剩余污泥达99%以上，故污泥体积大，需对污泥进行脱水处理。二方法:

（1）浓缩法：去除的水主要是空隙水。因空隙水占多，故浓缩是污泥减量的主要方法;（2）自然干化法与机械脱水法，去除的水主要是毛细水。

(3)干燥与焚烧法，对象，脱除吸附水与内部水。(一)污泥浓缩

污泥浓缩的对象是剩余污泥、含水率由99%以上降至95%左右。

意义：可减少后续处理和机械脱水调节污泥的混凝剂用量、设备容量大大减少。方法有，重力浓缩法、污泥气浮浓缩法、离心浓缩法等。1 重力浓缩

（1）浓缩过程和浓缩曲线

浓缩过程有成层沉降向压缩沉降的过渡，分界点或说临界点在哪里？这个点简称K点。（2）重力浓缩池水平截面积的计算方法 1）沉降曲线简化计算法

① 通过沉降试验绘制沉降曲线，求K位置；

② 从污泥浓缩的浓度确定Hu，HuCuAH0C0A

H0C0 HuCu

Hu肯定在K点的水平线以下。

图 10.2-1 污泥沉降曲线

③ 污泥界面高度H随时间t的函数微分随时间延长是逐渐降低的，在K点的切线就是污泥界面高度H随时间t的函数在K点的微分，即K点的沉降速度，按这个沉降速度需要多长时间能够达到与Hu水平线相交点tu;④ 从

Q0tu AtH0计算浓缩池的面积At。2)固体通量法

① 固体通量的定义：单位时间通过浓缩池某一断面单位面积的固体质量，单位：kg/m2.h。在连续流浓缩池内固体通量由两部分组成：（1）污泥静沉引起的固体通量Gs；（2）底部排泥引起的污泥向下的流动：

GGG

tsb

Gvc

sii

图 10.2-2 污泥浓缩过程中的固体通量曲线

分析vi和ci对Gs的贡献,开始成层沉降，界面匀速下降，浓度不变，接着进入过渡层，界面下降速度降低，浓度逐渐增加，到压缩层，界面下降速度和浓度增加都减小。如果底部排泥的排泥流量为Qu，则由底部排泥引起的污泥向下的流量是：

QCGb0uiA0tuCit当固体通量为Gt，进泥流量为Q0，进泥浓度为C0，则有下式：

QCGA

Q0C0 AtGt由上式可计算浓缩池的水平面积At。

3）沉降曲线简化计算法和固体通量法的联系

这两种方法设计的结果是不是一致的呢？沉降曲线简化计算法是基于污泥的沉降规律，找出K点，根据K点的沉降速度求出达到浓缩浓度的浓缩时间，从而计算设计的At。而固

体通量法根据污泥浓缩的固体通量和底流排泥引起的固体通量，求出最小固体通量来求出At。显然最小固体通量污泥浓缩的固体通量和底流排泥引起的固体通量有关，当底流排泥速度大于或小于K点的沉降速度（浓缩速度），相应浓缩的污泥浓度就小于或大于沉降曲线简化计算法设计的污泥浓缩浓度。当底流排泥速度等于K点的沉降速度（浓缩速度），这两个设计结果一样。从式（10.2-3）和（10.2-8）可以得出：

Q0tuQ0C0=(10.2-9)H0Gt由这两种计算方法结果的推论：

tu=

AtH0V=(10.2-10)Q0Q0

QC或 Gt=00(10.2-11)At因此底流排泥速度一定要合理，否则沉降曲线简化计算法和固体通量法设计的污泥浓缩效果不一样。

4）重力浓缩池。分类：连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池

① 连续式重力浓缩池, 多采用辐流式和竖流式重力浓缩池。

② 间歇式重力浓缩池特点：

a.多采用竖流式

b.在浓缩池深度方向的不同高度设上清液排放管。c、浓缩时间一般采用8—12h。2 污泥气浮浓缩

适用于污泥颗粒比重接近于1的、沉降浓缩效果不好的活性污泥。

原理与气浮法去除水中的SS基本相同：在加压情况下，将空气溶解在澄清水中，在浓缩池中降至常压后，所溶解空气即可变成微小气泡，从液体中释放出来，大量微小气泡附着在污泥颗粒周围，使污泥颗粒比重减小而被强制上浮，达到浓缩目的。常用的气浮浓缩污泥的流程是部分回流水加压溶气气浮。.计算题：某污水处理厂的剩余污泥量为240m3/d，含水率99.3%，泥温20℃。,现用部分回流水加压溶气气浮浓缩污泥，得到含固率4%，压力溶气罐表压3×105pa,计算气浮浓缩池的面积A和回流比R。解题的思维要点：气固比的概念和公式；

气浮浓缩流程图.swf2 把污泥的百分浓度转化为重量/体积浓度； 3 回流概念；水力负荷的校核。解：（1）计算面积A 污泥负荷75 kg/m3.d，LsQs1pQsQspAA 33240(m/d)1000(kg/m)199.3%A75kg/m2.d 22.4m2(2)计算回流比R QgQsCsfp0QRCs1QRCs(fp01)RQC0C0气固比0.02，f=0.9,20℃空气溶解度21.8mg/L。从含水率99.3%得到固体浓度7000g/m3。

0.0221.8R(0.931)7000R380%

水力负荷校核。

10.2.2 污泥的稳定

概述：污泥稳定的目的：消除污泥中臭气、消化有机物和杀灭污泥中的病原微生物。一污泥稳定的方法：

（1）厌氧消化、（2）好氧消化（3）药剂氧化、（4）药剂稳定

本节重点介绍厌氧消化法：

一、厌氧消化

所谓厌氧消化：是指污泥在无氧的条件下，由兼性菌和专性厌氧菌将污泥中可生物降解的有机物分解成CO2和CH4，使污泥得到稳定.故厌氧消化又称污泥生物稳定。采用的构筑物称消化池。

（一）厌氧消化机理

见前。

① 第三阶段主要通过两组生理上不同的甲烷作用。

一组：H2CO2CH4H2O

另一组：对乙酸脱酸产生甲烷：CH3OOHCH4CO2

② 污泥中的水溶性BOD已经不高，主要是固体形态的有机物。污泥固体细胞分解和胞内生物大分子水解为小分子, 是厌氧消化的限速步骤, 这一点与废水厌氧处理的限速步骤不同。提高厌氧消化效率的主要途径之一是促进污泥细胞的破裂, 增强其生物可降解性。尽

管如此消化条件还是要以产甲烷菌的生存繁殖条件为准。

（二）、厌氧消化的影响因素

1、温度影响根据甲烷菌对温度影响适应性，中温甲烷菌，中温消化，适应温度区：30—36℃。高温甲烷菌，高温消化，适应温度区：50—53℃。

一般多采用中温消化，由于生污泥温度较低，故消化时需加热。加热方法：蒸气加热，盘管加热。

2、污泥投配率：定义：每日投加新鲜的污泥体积占消化池有效容积的百分数。由此可知：n是消化时间的倒数，如n=5% 消化时间T=1/n=1/5%=20d, n是消化池的重要参数。中温消化适宜n=5%--8%，相应T为20d—12.5d。

3、搅拌和混合目的：

（1）生、熟污泥充分混合。（2）避免污泥结块，加速消化气释放。

方法有：

（1）泵加水搅拌法;（2）消化气循环搅拌法;（3）混合搅拌法。

4、营养与C/N比营养由污泥提供，污泥中C/N应为（10—20）：1为宜。

5、有毒物质

有抑制作用主要有重金属离子、S2-等。

（1）重金属离子抑制作用。来源于工业废水：

1）与酶结合产生变性物质，酶变性，如：R-SH + Me+=R-S-Me + H+

2)使酶沉淀。

（2）S2-的抑制作用：它与重金属形成沉淀，减弱重金属离子的危害。若S2-溶液过高，产

生H2S有抑制作用。

6、酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用。由厌氧消化过程可知：第一阶段、二阶段产物为酸，pH值下降。第三阶段有机酸分解，pH值上升。若第一、二阶段反应速度超过第三阶段，有机酸积累，pH值下降，影响甲烷菌生活环境。消化液的缓冲作用：原因：有机物分解产生CO2和NH3（以NH4HCO3形式）。

（三）消化池的构造

池形有两种：园柱形与蛋形

构造组成：集气罩、池盖、池体、下锥体。尺寸要求：池径一般为6—35m，池总的高度为池径的0.8-1.0；集气罩高1-3m, 直径2-5m池底、池盖倾角为15—200。

附属设备：

1、污泥投配、排泥及溢流系统投配管设在泥位上层。排泥管设在池底部。

2、沼气排出，收集与储气设备。

3、搅拌设备

2-5h将全池污泥搅拌一次。

沼气搅拌：由贮气柜通过压缩机加压通过配气环管通到每根立管，立管末端在同一

标高上，距池底1-2m。

4、加温设备：池内蒸汽直接加热。池外盘管间接加热。总耗热量：

Qmax=Q1max+Q2max+Q3max(kJ/h)

Q1max---提高生污泥温度所需要最大耗热量。Q2max------池体耗热量（kJ/h）Q3max-----热

交换的耗热量（kJ/h）。为了保持消化温度，需注意热量衡算。(四)工艺：

1）低负荷率消化池不加热、不搅拌； 2）高速消化池； 3）厌氧接触消化池。(五)消化池的计算

1)容积计算: 从平均停留时间、污泥负荷或污泥投配率计算。2)产气量计算和热量平衡计算。1 二污泥好氧消化

污泥中的BOD主要是细胞形式，假设污泥好氧消化速度是d()/dt, 消化池的有效容积是V，则有下式：

Q0QeVd()(10.2-1)dt

Vd()V0e(10.2-2)dtc

0eQ0QeVc(10.2-3)

cV(10.2-4)Q

在好氧硝化池污泥的停留时间就是污泥龄。

10.3 污泥的脱水和调理

概述

稳定后的污泥中的固体主要是腐殖质。网状network, 亲水强，难脱水。

10.3.1 脱水性能的评价指标

（1）比阻抗值r

Darcy方程

dVpA2(10.3-1)dt(rcVRA)

trcRV(10.3-2)

V2ppA

当忽略过滤介质的阻力，则：

trcV(10.3-3)

V2p

比阻抗值r与压力的关系：

rr'ps(10.3-4)对上式取对数，得：

log(r)slog(p)log(r)(10.3-5)

测定不同压力下的比阻，通过上式就可求出s。（2）毛细吸水时间（CST)

测定污泥比阻相当麻烦、费时，因此人们开始注意到另一个污泥脱水指标即毛细吸水时间，虽然该指标测定简便，目前还没有解决技术和质量标准上的问题。

'污泥比阻扩展阅读

污泥比阻是目前被人广泛采用的衡量污泥脱水性能的指标，它是一个经验性指标，其常用单位是m/kg和s2/g，一个物理量的单位是理解其含义的角度之一，但是从污泥比阻的常用单位看不出其含义所在。实际上通常所用的污泥比阻r并不是原始污泥比阻的定义，后者也是一个经验性物理量。

1污泥比阻的原始含义和含义演变

从毛细管流概念可推导出脱水速率达式[1]：

1dV（单位时间单位脱水面积上脱水体积）的表Adt1dVPnd4Pnd式（1）Adt12812810

式中A污泥脱水的过水面积；V脱水体积；P脱水压力；α—毛细管弯曲程度的校正系数；n—单位脱水面积上的毛细管数；d—毛细管径；δ污泥滤饼厚度；μ介质粘度系数。α、n、nd4d这三个参数是污泥内在性质，无法直接测定，把它们整合成一个参数，令：，128改写式（1），1dVP

式（2）Adtβ是与污泥内在性质相关的一部分脱水速率常数，单位是个·(长度单位)2，实际表达时把单位“个”省略了。用1/β来表示脱水阻力，β数值越大表示污泥内在性质引起的脱水阻力越小，1/β就是污泥比阻的原始定义：

R1128

式（3）4ndR的单位是1/(长度单位)2，从式（2）看R的物理含义可解释为污泥内在性质对脱水速率的阻力。这几个污泥内在性质受许多其它因素的影响，因此它与许多因素有关，如污泥成分、颗粒分布、污泥的可压缩性、压力、pH、调理处理、表面性质、温度、脱水时间等。特别需要指出的是与脱水的进程的关系，测定的污泥比阻是合理脱水时间范围的平均值。

从式（3）可改写

式（2）得下式：

dVPA

式（4）dtRR、δ和μ分别是污泥内在性质、污泥尺度参数和介质对脱水阻力的贡献。引入过滤介质对污泥脱水的阻力Rf，其单位应该与污泥参数组合Rδ的单位1/m一样，则式（4）改写为[]：

dVPA

式（5）dt(RRf)假设过滤单位体积滤液在过滤介质上留下的滤饼体积是v，因此δA=vV，从而将上式改写为[]：

dVPA式（5）dt(RvVRfA)v不能准确测定，那么当把过滤单位体积滤液在过滤介质上留下的滤饼重量ω替代v时，R被改写为r，把RvV转换为ωrV，这就是人们广泛采用的污泥比阻，以下是转换后的关系：

dVPA2

式（6）dt(rVRfA)RvV的量纲为m。RvV转换为ωrV后，为了维持其原来的量纲不变，r的单位应该为m/kg，1kg重力等于9.8N, 将这个单位变换为m/(103 g×9.81m×s-2)，就转换为单位s2/g。直接从这两个单位看不出它含有污泥比阻的含义，它们是经过多步演变后的衍生单位。对式（6）积分就得到被人们广泛采用的线性关系：

RftrV2V2PAP11

式（7）那么同样可对式（5）积分，得到以下关系式：

RftRv

式（8）VV2PA2P式（5）和式（6）的积分的假设条件是v、R、ω、r与脱水时间或脱水的体积无关，这个假设对可压缩污泥是不能完全成立的。在颗粒间的水基本脱尽的情况下，自然进入到毛细管水脱水阶段，而对可压缩污泥在不同压力下，污泥样品的内在性质参数n和d自然发生不同的变化，到托毛细管水阶段，污泥样品的毛细管参数n和d并不是瞬间达到稳定状态，因此这个阶段不属于线性范围。在脱颗粒间水阶段，毛细管参数发生了多大程度的变化，它们的变化又在多大程度上影响脱水，在误差许可的情况下把它看做是在脱水期间的平均值。式（7）和式（8）的斜率应该相等，即：

Rv＝ωr 因此R与r存在以下关系：

Rvr

式（9）

但是在技术上直接用比阻r表示污泥脱水的性能，而不用R。

比阻不能准确地反映污泥的离心脱水性能，因为离心脱水过程与比阻测定过程相差甚远。比阻测定过程与真空过滤脱水过程基本相近，也能比较准确地反映出污泥的压滤脱水性能；

三

污泥调理（1）加药调理法

有机调理剂。

无机调理剂。

实验方法（不同于废水絮凝法）

影响因素：调理剂、污泥性质、pH、温度、搅拌条件、介质粘度系数。

加药调理改善脱水性能的解释：