（环境工程专业论文）污水处理厂污泥处理技术及工程实践.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 污水处理厂在生产过程中产生的大量污泥若不进行妥善的处理和处置，将对 环境造成极大的危害。过去人们对污泥处理采用得较为普遍的工艺是重力浓缩、 自然干化或机械脱水，污泥的最终处置也仅局限于卫生填埋。随着经济的发展和 人们生活水平的提高，人们对环境提出了更高的要求，原有的污泥处理与处置方 法已不能满足环境保护和社会经济可持续发展的需要，因此选择适合于我国国情 的污泥处理与处置方案十分必要。 本文归纳了城市污水污泥的性质及影响因素；对国内外常见的污泥计算公式 的实用性进行了分析；并根据污水处理厂的规模大小、进出水水质、处理工艺的 要求以及污泥的性质，阐述了当前国内主要的污泥处理方法和机械浓缩、脱水设 备的型式，并分析了各种处理方法的优缺点；同时结合我国的实际情况，对污泥 的最终处置方法进行了有益的探索和展望。最后结合成都第二污水处理厂的工程 实例对污泥的机械浓缩脱水工艺进行了详细的介绍。 关键词：污水处理厂，污泥处理，工程实例 重壅奎兰堡主兰堡垒塞 基壅塑量 a b s t r a c t t h e r ea l el o t so fs e w a g es l u d g ei ns e w a g ed i s p o s a lc o u 暑e i fw ed on o td i s p o s a l a n dt r e a t m e n tt h o s es e w a g es l u d g e ，i tw i l lp o l l u t eo u re n v i r o n m e n t b e f o r ew eu s e a l l - p e r v a d i n g m e t h o ds u c h a s g r a v i t a t yi n s p i s s a t i o n 、n a t u r ed r y 、m a c h i n e d e h y d r a t i o n a l o n gw i t hd e v e l o po fe c o n o m i ca n dr a i s ep e o p l e ss t a n d a r do fl i v i n g ，s o y o us a yt h o s em e t h o dn o ta b l et oc o n t e n to u rn e e d s s o i tm u s tb eh a v ean e wm e t h o d d e a lw i t hs e w a g es l u d g ei ns e w a g ed i s p o s a lf a c t o r y i n t h i s p a p e r , s u m m a r i z i n gs e w a g es l u d g e s c h a r a c t e ra n d e f f e c t i n gf a c t o r ； a n a l y z i n gp r a c t i c a b i l i t yo fs l u g e sa c c o u n t i n gf o r m u l ai nc o u t r yi n s i d ea n do u t s i d e ；a l s o e x p a t i a t i n go ns l u d g e sd i s p o s a lm e t h o da n d m a c h i n ed e h y d r a t i o n 、s t y l eo fd e w a t e r i n g m a c h i n eb a s i so n h p ss c a l e 、w a t e rq u a l i t y a 、r e q u i r eo fd i s p o s a lt e c h n i c sa n ds l u d g e s c h a r a c t e r a tt h es a m et i m et h e i rm e r i ta n ds h o r t c o m i n g sa r ea l s od i s c u s s e d a t l a s t ，d e w e l l i n g o nm a c h i n ed e h y d r a t i o nc o m b i n ew i t hc h e n g d un o 。2w a s t e w a t e r t r e a t a n tp 1 a n t k e y w o r d s ：w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，s e w a g es l u d g et r e a t m e n t ， e n g i n e e r i n ge x a m p l e 儿 重庆大学硕士学位论文 1 概述 1 概述 1 1 污水处理厂污泥处理的意义 污水处理厂在生产过程中会产生大量的污泥，其数量约占处理水量的 0 3 0 5 左右( 以含固率9 7 计) 【。如果这些污泥不经过处理直接排放，将给环 境造成极大的危害。随着人口的增加，城市功能的逐步完善，国内外的污水处理 厂的污泥量在逐年增加。据资料显示，英、美等国在过去的几年中，污泥的产量 年增长率为5 n 1 0 ，每年所积累的干污泥量分别达到l 7 x 1 0 6 t 和9 x 1 0 6 t 以上【2 】； 而在我国，年污泥量更是高达1 亿吨以上瓯近些年以来随着城市化、工业化和农 业集约化的高速发展以及国内人口爆炸性的增长，城市用水量和排水量的逐年增 加，城市污水处理厂的数量和规模将会大量增加，污泥量还会显著地增加，届时 大量增加的污泥将给现在己不太乐观的生态环境造成极大的压力。 污水处理厂的污泥是净化过程中的产物主要含有大量的泥砂、腐殖质、细 菌等无机和有机杂质。由于污泥产生于污水处理厂不同的处理部位，如预处理段、 生化处理段、消化处理段、化学处理段，所以所产生的污泥量和污泥类型不尽相 同。 污泥处理和处置是污水处理厂的重要组成，也是能源回收、利用的重要环节。 污泥处理的目标是要达到稳定化、无害化、减量减容化、资源化。 污水处理厂的污泥一般按照成分的不同或来源的不同进行分类。污泥按照成 分的不同可分为污泥和沉渣m 污泥是指以有机物为主要成分的，其主要性质为易于腐化发臭，颗粒较细， 比重较小( 一般约为1 0 2 左右) ，含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物 质。以城市污水处理厂初沉池和二沉池的沉淀物为主。 沉渣( 浮渣) 是指以无机物为主要成分的，其主要性质是颗粒较粗，t l ! l t 较 大( 一般约为2 左右) ，含水率较低且易于脱水，流动性差。以城市污水处理厂沉 砂池与某些工业废水处理沉淀物为主。沉渣可能包括： 污泥按照来源的不同大致可分为初沉污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥、消化 污泥、化学污泥等。 初沉污泥来源于初沉池排出的污泥。其中含有许多大颗粒物质，如粪便、蔬 菜、水果、纺织物、纸类残渣等。通常是灰色糊状物多数情况下具有难闻的气 味。含水率较低通常为9 2 9 8 。 剩余活性污泥来源于活性污泥法系统的污泥。其t 要由好氧微生物组成，外 观为褐色絮状物，不含大颗粒物质。如果颜色很深，则污泥可能腐化；如果颜色 较淡，则可能曝气不足。当设施运行良好时，活性污泥无特别的异味，但会较快 重庆大学硕士学位论文 l 概述 的腐化。含水较低一般为9 9 - 9 9 9 。 理单元的活性污泥被称为回流污泥： 的活性污泥称为剩余活性污泥。 由二沉池排出至曝气池( 生化池) 等生化处 由二沉池( 或生化池) 排出至污泥处理设施 腐殖污泥来源于生物膜法后的冲刷下来的生物膜，其组成和活性污泥类似， 为褐色絮状物。“新鲜”时无令人讨厌的气味，有时会含有许多蠕虫，含水率较高为 9 7 9 9 。 消化污泥是生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后的污泥，也称熟污泥或稳定 污泥。如果在好氧条件下消化( 如在曝气池中) 的污泥称为好氧消化污泥，或称 好氧稳定污泥，其为褐色至深褐色的絮状物，通常有不令人讨厌的陈腐污泥的气 味，消化后的污泥易于脱水，好氧消化的污泥含水率一般为9 6 - - 9 8 。如果生污 泥在厌氧条件下进行消化( 如在封闭的厌氧消化池中) ，则称为厌氧消化污泥，或 称厌氧稳定污泥，其为深褐色至黑色，并含有一定的气体。消化良好的污泥气味 较轻，否则会有硫化氢和其它些气体的气味。厌氧消化后的污泥含水率为9 0 9 7 。 化学污泥是用化学沉淀化处理污水后产生的沉淀物，也称化学沉淀，除了某 些特殊物质需要通过投加化学药剂在化学沉淀池中去除外，在城市污水处理厂中 采用化学除磷系统时，由于药剂投加的位置不同，化学沉淀污泥可以来自初沉池、 二沉池或二沉池后的沉淀池、滤池等，由于污泥来源的位置不同，所以成分也不 尽相同，可能为用混凝沉淀法去除污水中的磷所产生的，也可为投加硫化物去除 污水中的重金属离子所产生的，也可为投加石灰于酸性污水所产生的，或者为酸、 碱中和处理产生的沉淀等，其含水率在9 5 9 8 左右。对于城市污水而言，主要 为化学除磷所产生的污泥。 污水厂污水处理的主要目的是污泥的减量和无害化。由于污水处理厂污泥的 含水量与污泥的成分，非溶解性颗粒的大小有关，颗粒越小，有机物含量越高， 污泥的含水率越高。如前所述，污水处理厂的污泥含水率大致在9 0 9 9 9 之间， 由于含水率较高，污泥的体积较大，十分不利于运输，因此需要对污泥进行减量、 缩小体积，如污泥浓缩脱水减量，通过浓缩脱水后的污泥含水率可达到8 0 以下， 体积得到大量的减小，对其污泥的后续处理如干化、填埋、焚烧是十分有利的。 由于污泥中含有大量有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成 有机物及重金属离子等，如果这些物质未经处理或处理不恰当，而直接填埋或填 海，将会造成地下水或海洋的污染，破坏周边的生态环境，因此需要对污水处理 厂的污泥进行处理，减少污泥中的有害物质，降低污泥中重金属的含量后，再通 过干燥、焚烧或农用或作建筑材料都十分有利。归纳起来，污泥处理与最终处置 要达到以下目的： 2 重庆大学硕士学位论文 1 概述 保证污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果； 使有害有毒物质得到妥善处理和利用； 使容易腐化发臭的有机物质得到妥善处理和利用； 使有用物质能够得到综合利用，变害为利。 由于在污水处理厂的全部建设费用中，用于处理污泥的费用约占2 0 5 0 左右，显然污泥处理日趋重要。过去对于污泥处理，我国采用了包括重力浓缩 自 然干化最终处置，重力浓缩卜机械脱水卜最终处置等方法，污泥的最终 处置主要局限于卫生填埋，用于农用或建材较少。但随着经济的发展和人们生活 水平的提高，人们对环境提出了更高的要求，如对除磷的高要求导致重力浓缩池 的慎用；对污水厂的环境卫生要求导致自然干化退出了市场；而污泥填埋若处理 不当会给地下水造成一定的污染，也受到一些专家的质疑。这些污泥处理和处置 方法已越来越不能满足人们的需要，因此根据污泥的性质和所处的环境选择合适 的污泥处理和处置方案显得尤为重要。 1 2 国内外污水处理厂污泥处理的发展状况 根据国内外的发展状况，对污泥的处理大致包括对污泥的处理和处置。一般 认为，污泥的处理包括采用浓缩、消化、脱水等措施将从污水处理厂含固率较低 的初沉污泥、剩余污泥、消化污泥脱水至含固率较高的干污泥，以便于运输、填 埋等后续处理( 处置) ，处理后的干污泥含固率一般在2 0 以上。而污泥的处置则 是在污泥处理的基础上，对污泥进行干化、堆肥、焚烧、埋地、投海、作为能源 或建材等。实际上是污泥最终的归属或实现污泥的资源化。 据统计，目前污泥处理方法大致有以下几种，主要工艺流程如图1 1 。 其中方案( 1 ) 、( 3 ) 、( 6 ) 是有消化处理的，消化过程中会产生大量的沼气， 可作为能源使用，如用作燃料和发电，作为燃料时可为消化池提供热能、动力、 燃料和发电，该方式在n # t - 采用得较为普遍，在国内的大型污水处理厂如成都三 瓦窑污水处理厂、北京高碑店污水处理厂等也得到了普遍的采用。在该系统中， 由于进行了消化，污泥能达到稳定，污泥的最终处置可以进行干化、填埋、焚烧 或作为建材使用。 在第( 2 ) 、( 5 ) 方案中，污泥未单独消化，污泥中特别是城市生活污水中的 污泥含有的有机份较高，其污泥的最终处置以堆肥、农用为主，当污泥符合农用 条件及附近地区有农、林、牧或蔬菜基地时可考虑采用。该方式从国外的情况来 看，使用较为普遍，主要原因是其处理方法较为完善【5 】；而在国内相应较少，不过 近几年来，国内对污泥堆肥技术也作了大量的研究，也取得了刁；少成果。 3 重壅奎堂堡圭兰垡堡塞一一j 垫查 而在第( 4 ) 方案中，由于受用地限制，或污泥没条件进行消化处理，或污泥 也不符合农用条件时，污泥直接进行浓缩脱水处理，处理后的污泥一般采用干燥、 焚烧处理。焚烧产生的热能可作为能源。 圈叶田斗9 圈 圈斗田呻圈寸圈 圈斗囤斗囤 圈斗田斗卧囤 图1 1 污泥处理工艺流程 f i 9 1 1d i s p o s a lt e c h n i c sf l o w o fs e w a g es l u d g ed i s p o s e 1 2 1 国外污水处理厂污泥处理的发展状况 在过去的城市污水处理厂的建设过程中，尽管所有的污水处理厂基本上都考 虑了污泥处理设施，但污泥处理方式集中在重力浓缩、机械脱水或自然干化等方 法。这些方法不仅占鲍诬积大，处理不当会在污水厂内造成二次污染，同时也给 污水厂的管理带来了难度。 近年来，随着科学技术的发展，污泥处理设备也随着机械工艺的不断改善而 逐渐完善起来。美、英、日、法、德等欧美发达国家的各大、中城市新建的污水 处理厂均设置了较为完善、自动化程度高的污泥处理设施，离心脱水、压滤脱水 等机械脱水方法应用普遍。据有关资料介绍，欧洲8 0 新建的污水处理厂均采用 机械浓缩脱水的方法进行污泥处理。而自然干化采用的干化床和干化塘由于受土 地资源的限制及环境保护的要求逐渐退出市场，只有在少数土地资源比较丰富、 气候条件较适宜的地区采用，离心与压滤脱水逐渐占据主导地位。 4 重庆大学硕士学位论文 1 概述 对于大型的污水处理厂，由于产生的污泥量较大，为了保证污泥实现稳定化， 欧洲许多国家的大型污水处理厂均建设了消化处理设施，消化过程中产生的沼气 可作为燃料和发电，作为燃料时可以为消化池提供热能。 经过浓缩脱水所产生的泥饼一般来讲其含固率大致在2 0 2 5 之间，但污泥 中所含的一些有毒物质并未被去除，比如对于生活污水的污泥，当污泥未经消化 时，仍会含有大量的病菌、病毒等。除此之外，它还含有合成洗涤剂( 表面活性 剂) ，这些含有表面活性剂的污泥直接填埋或用于农业( 土地利用) 有可能是有害 的。而对于含有较多工业废水的城市污水污泥而言，特别是污水仅经过机械处理 或经过化学处理所产生的污泥，其中含有大量的有害物质，特别是金属盐会在污 泥中富积，这些含有过量有害物质的污泥直接用于农业显然是不利的，为此欧洲 各国先后颁布了农用污泥重金属浓度的标准和严格的无害化要求，并对单位面积 土地污泥的应用有了严格的限ne 6 j ，在我国农林业部也颁布了农用污泥标准 ( g b 4 2 8 4 - 8 4 ) 以控制污泥中的重金属盐的含量。因此选择合适的污泥处置方法， 控制污泥中重金属的含量也是十分必要。 目前，污泥的处置方法有污泥干化、焚烧、填地、投海、农田利用、作为能 源或建材等。在世界范围内，过去主要采用三种方法。是直接倾倒如海，但这 样做会严重污染海洋环境，过去欧洲国家中采用该方式的主要是英国、爱尔兰、 西班牙等国，早在1 9 9 9 年就已被国际明令禁止n 一是采用焚烧方法，虽然用此 方法耗能较大，成本较高。但处理设施占地面积小，对环境保护十分有利，采用 的国家和地区较多，据统计至1 9 9 5 年底，日本约有4 9 的污泥采用焚烧法处理【8 l ； 而在欧盟国家这个比例也在逐年增加，预计至2 0 0 5 年，将有3 8 以上的污泥采用 该方法1 6 1 ”。一是采用直接填埋，该方法是比较成熟的污泥处置工艺，在欧盟采用 较多，1 9 9 2 年以前，欧盟国家约有4 0 的污泥采用此方法进行处置，但该方法对 污泥的土力学性质要求较高，且需要大面积的填埋场地和大量的运输费用，地基 也需要作防渗处理，若处理不好将会对地下水源造成较大的污染，因此在国际范 围内采用该方式的在逐年减少，据美国环保局估计，今后几十年内，美国6 5 0 0 个 填埋场将有5 0 0 0 个被关闭1 9 、1 0 】，而在欧盟预计至2 0 0 5 年卫生填埋的比例将下降 到1 7 左右【6 j 。 为此，国外对污泥的最终处置作了大量的研究和实践。其中日本采用污泥铺 路；英、法等国以污泥作原料制成高效净化燃料等：在意大利，污泥通过干化处 理，实现大规模减量后，大部分都用于建材，当用于污泥制砖时，有机质被热能 利用，无机质成为基材，可以部分代替黄土制砖。 1 2 2 国内污水处理厂污泥处理的发展状况 我国自上世纪八十年代开始建设城市污水处理以来，就开始致力于对城市 重庆大学硕士学位论文 l 概述 污泥处理的研究。开始借助于工业污水污泥的处理方法，后来根据城市污泥的特 点进行了改进。从上世纪八十至九十年代，污泥浓缩主要采用重力浓缩，对于剩 余污泥也有采用气浮浓缩的；而污泥脱水基本采用板框脱水或带式脱水。其特点 是，处理效果好，药耗少，电耗低，但占地面积大，环境差，且对于带式或板框 压滤机而言，故障率高，工人工作强度大。该时期建设的北京高碑店污水处理厂、 成都三瓦窑污水处理厂( 4 0 万m 3 d ) 、绵阳污水处理厂( 1 0 万m 3 d ) 、达川污水处 理厂( 8 万i n 3 d ) 均采用该方式。如成都三瓦窑污水处理厂二期工程的初沉污泥采 用重力浓缩，剩余污泥采用气浮浓缩，浓缩后的污泥进行消化处理，污泥脱水则 采用带式压滤机，脱水后的污泥进行卫生填埋。而对于规模较小的污水处理厂， 如绵阳和达川污水处理厂由于污泥量小，在选择污泥处理方式时，取消了污泥消 化单元，采用重力浓缩后，直接进行带式脱水的处理方案。 进入上世纪九十年代后期，随着经济的发展和人们生括水平的提高，人们对 环境提出了更高的要求，过去普遍采用的污泥自然干化和重力浓缩逐渐被淘汰， 取而代之的是机械浓缩、机械脱水或机械浓缩脱水一体化工艺。该时期建设的驻 马店污水处理厂( 1 0 万m a d ) 、洛阳澹东污水处理厂( 2 0 万m 骊) 、杭州七格污水 处理厂二期工程( 3 0 万m 相) 均采用该方式。如洛阳湟东污水处理厂对污泥处理 采用了转鼓浓缩机和离心脱水机的组合，驻马店污水处理厂则采用的是离心浓缩 脱水一体化工艺。在这个时期，由于污泥处置仍采用填埋方式，为了保证污泥的 稳定，对于大型的污水处理厂而言，污泥消化必不可少。 目前，对于污泥处理的研究又进入到了一个新的阶段。由于国际范围内采用 污泥填埋逐渐减少，我国作为一个人均土地资源匮乏的国家，矛盾更加突出。卫 生填埋已越来越不能适应国家节约土地资源的要求，因此采用其它的污泥处置方 式如干化减容、堆肥或焚烧提上了议事日程。如目前已经实施的上海石洞口污水 处理厂采用了污泥干燥工艺，广州黄阁污水处理厂产生的污泥在脱水后外运进行 焚烧。另外。我国目前正在致力于对污泥进行堆肥处理的研究，并取得了一些成 果，其中的若干技术已经过相关技术鉴定并申请了专利【1 2 j 。将污泥淤泥进行堆肥 处理后生成的肥料，有机质含量高，可以在使用的同时改良土壤；另外它富含氮、 磷、钾等多种微量元素，营养价值高。该技术的关键环节一是要消除污泥淤泥中 的病原菌，二是通过不断改良消除二次污染。 1 2 3 本研究主要内容 国内的污水处理厂都要求对污水处理厂的污泥进行处理，但污泥仅进行浓缩 脱水后就直接进行填埋对环境较为不利。特别是对于大型的污水处理厂( 规模在 1 0 万m 3 d 以上的) ，国家明文规定要进行消化稳定处理，以杀灭污泥中的有害物 质。因此污泥的浓缩 消化脱水 卫生填埋是目前我国大型污水处理厂 6 重庆大学硕士学位论文 1 概述 常见的一种污泥处理处置工艺。成都三瓦窑污水处理厂一期工程( 1 0 万m 3 d ) 、二 期工程( 3 0 万m s d ) 、洛阳涯东污水处理厂( 2 0 万m 3 d ) 等大型项目均考虑了中 温厌氧消化。而在与成都三瓦窑污水处理厂一河之隔的成都市第二污水处理厂虽 未单设厌氧消化处理设施，但它利用了成都三瓦窑污水处理厂富裕的消化能力， 将二厂的初沉污泥直接送往三瓦窑污水处理厂进行处理，同时对于曝气池产生的 剩余活性污泥现阶段采用直接浓缩脱水后，实现污泥的大规模减量后进行卫生填 埋，远期仍预留了污泥干燥设旌的位置，以保证污泥的最终稳定，减少对环境的 危害。而目前正在实施的成都三瓦窑三期工程，虽然近期规模仅为1 0 万m a d ，但 由于远期规模将达到3 5 万m 3 d ，也预留了消化区的位置。 而对于大多数规模在1 0 万m s d 以下的中小型污水处理厂，为节省占地面积和 工程投资，目前普遍采用的是污泥浓缩 脱水卫生填埋工艺，如绵阳塔予 坝污水处理厂( 1 0 万m 3 ，d ) 、达川污水处理厂( 8 万m 3 d ) 采用的是重力浓缩池和 带式浓缩脱水机进行浓缩脱水处理；但是随着人们生活水平的提高，人们对污水 中的处理提出了更高的要求，特别是对除磷的要求，原有的重力浓缩池由于停留 时间过长，造成磷的释放，对除磷不利，因此，现有的中小型污水处理厂逐渐取 消了重力浓缩池的设置，一般采用机械浓缩、脱水设备或浓缩脱水一体化设备， 如新建的德阳污水处理厂( 1 0 万m 3 d ) 、成都高新区污水处理厂( 4 万m a d ) 等中 小型污水处理厂采用污泥浓缩脱水一体机对污泥进行浓缩脱水处理。 因此本文主要根据对国内已经建成或正在建成的污水处理工程实例进行分 析，要达到以下几个哥的： 1 ) 归纳总结城市生活污水初沉污泥和剩余污泥的性质，根据国内外常见的污 泥计算公式，提出适合我国国情的初沉污泥和剩余污泥污泥量的计算公式和设计 参数。 2 ) 根据国内污水处理厂的规模大小、进水水质、处理工艺、出水水质要求以 及初沉污泥、剩余污泥的性质推荐切实可行的污泥处理工艺流程，并选择合理的 脱水机型式。 3 ) 结合我国实际情况，找到适合我国国情的污泥最终处置方法，如干化、堆 肥等，以减少对环境的危害。 通过上述研究可供设计作参考。 7 重庆人学硕士学位论文 ! 曼堡塑壁垦墨塑型星生簦 2 污泥的性质及污泥量计算 2 1 城市生活污泥的性质 反映城市生活污泥的主要指标包括污泥含水率、古固童、污泥比重、挥发性 固体( 灼烧减量) 和灰分( 灼烧残量) 、口h 值、有机物含量、热值、污泥肥份、 污泥重金属离子含量、污泥的脱水性能、污泥的可压缩性能、污泥的离心分离性 能及污泥的垃圾填埋场承载性能等。 2 1 1 污泥的含固率及含水率 污泥的含固率p 1 是污泥中所含固体的含量与污泥总重量之比的百分数。严格 地讲，是将污泥试样经滤纸过滤后并在1 0 5 c 的烘箱内烘干后所测定的残留物( 干 物质) 重量与污泥试样体积的比值。而含水率p 2 是指污泥中所含水量的重量与污 泥总重量之比的百分数。污泥的含固率与含水率的关系如式2 - 1 ： p a = l - p 2( 2 1 ) 污水处理厂污泥的含水率主要与污泥中的成分、非溶解性颗粒的大小有关。 颗粒越小，有机物含量越高，污泥的含水翠越高。对于国内大多数的城市生活污 泥，各阶段的污泥含水率如表2 l ： 表2 1 各种污泥的含永牢 污泥 剩采活性 浓缩后的初 浓缩后的剩消化后脱水后 初沉污泥 类型污泥沉污泥余污掘污泥污泥 含水 9 6 9 9 - 2 9 2 9 6 9 6 7 0 率9 8 9 9 6 9 6 9 8 9 8 “ 8 0 根据已实施的成都三瓦窑污水处理厂一、二期工程的实测值，初沉污泥、剩 余污泥、消化后污泥的平均值分别为9 7 、9 9 ，4 、9 7 。经带式脱水机脱水后的 污泥含水率在7 5 8 0 之间。这些数据对于国内大多数城市污水处理厂的污泥 而言极具代表性。 而对于目前国内大量的中小型污承处理厂，虽然取消了初沉池，但对剩余污 泥含水率的影响并不大，剩余污泥的含水率也在9 9 2 9 9 6 之间。如成都高新 区污水处理厂( 4 万n d ) 、南京宁环水质净化厂( 8 万m 3 d ) 等。剩余污泥经过 机械浓缩脱水后，其含水率也可控制在8 0 以下。 机械浓缩脱水后，其含水率也可控制在8 0 以下。 重庆大学硕士学位论文 2 污泥的性质及污泥量计算 2 1 2 污泥的比重 污泥的比重主要包括湿污泥的比重和干污泥的比重。 湿污泥的比重为湿污泥重量与同体积水重量之比。由于水比重为1 ，故湿污泥 比重可用式2 2 表示。 。 ! 塑 ( 2 2 ) 。 p y 。+ 0 0 0 一尸) 式中y 一湿污泥比重 p 一湿污泥含水率( ) 似一干污泥比重 在干固体物质中，主要含有有机物和无机物，一般来讲，有机物比重近似认 为是1 ，无机物比重一般取平均值为2 5 。则干污泥比重可用式2 - 3 表示。 1 0 0 7 ，y ， “1 0 0 y ，+ 只( ，- y ，) _ 兰! 旦 ( 2 3 ) _ 一 l 1 1 0 0 + 1 - 5 只 式中：尸p 一有机物( 挥发性固体) 所占的百分比( ) 竹一无机物比重2 5 如一有机物比重1 o 将式2 3 代入式2 2 可得式2 4 。 y 箜业 ( 2 4 ) 。 2 5 0 p + ( 1 0 0 一e ) 0 0 0 + 1 s 只) 由上式可以看出，湿污泥比重与湿污泥的含水率和有机物的含量有关，将有 机物含量较高时，湿污泥的比重将大幅减小，因此湿污泥和干污泥比重的确定对 于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理都有实用价值。我国城市污水s s 中有机物 含量一般在6 0 7 0 之间，与欧美发达国家的8 0 左右明显偏低。以成都三瓦 窑污水处理厂二期工程为铡，其污泥有机物年平均值约为6 5 。由此所确定的干 污泥比重为1 2 6 ，初沉湿污泥( 含水率9 7 ) 与剩余活性污泥( 含水率9 9 5 ) 比重分别为1 _ 0 0 6 和1 0 0 1 。 2 1 3 挥发性固体( 灼烧减量) 和灰分( 灼烧残量) 灼烧减量g v 和灼烧残量g r 是在污泥消化过程中使用的重要参数。灼烧减量 g v 和灼烧残量g r 的关系见式2 5 。 g v = 1 - g r ( 2 5 ) 实际上，灼烧减量主要包括有机物和氮类化合物等，其值和污泥中的有机物含 量并不相等，但由于污泥中氮类化合物含量较少，有时也可近似地认为是有机物 重庆大学硕士学位论文 2 污泥的性质及污泥量计算 含量。而灼烧残量是属于非挥发性的无机物质，不会对消化过程产生影响。一般 来讲，消化后污泥的灼烧残量要明显高于未消化的污泥，来自合流制排水系统污 水的污泥灼烧残量高于分流制系统污水的污泥。表2 2 给出了各种污泥灼烧残量的 值。 表2 2 各种污泥的灼烧减量 污泥剩余活性消化不好消化一般消化好的 消化很好 初沉污泥 类型污泥的污泥的污泥污泥 的污泥 灼烧减 6 0 5 5 5 5 5 5 4 5 3 0 量 7 5 8 0 7 0 6 0 5 5 4 5 成都三瓦窑污水处理厂二期工程消化后的污泥灼烧减量一般在4 0 5 0 之 间。 2 1 4 p h 值 p h 值是反映污泥滑化过程中重要的指标。生污泥和处于酸性发酵阶段的污泥 p h 值一般为5 0 6 0 ，属于轻度偏酸；属于碱性发酵阶段的污泥p h 值一般为7 o 8 0 ，中性轻度偏碱，各种污泥的p h 值情况见表2 3 。如果原污泥的p h 值低于5 0 ， 应慎重考虑是否向消化池中投配污泥。如果消化后的污泥p h 低于7 0 ，一般来讲， 消化过程受到了破坏。碱性发酵要求的p h 值范围是很小的，一般消化池的负荷越 高，碱性发酵阶段的p h 值也越大。消化池内的p h 值较高时，氨一铵平衡会朝生 成氨的方向发展，过多的氨会抑制甲烷菌的生长，使消化过程受到破坏。 表2 3 各种污泥的p h 值 i 污泥 初沉污泥 剩余活性 消化不好消化一般的消化好的消化很好 j 类型污泥 的污泥污泥污泥的污泥 p h 5 o 7 06 0 7 0 6 5 7 06 8 7 37 2 7 5 7 4 7 8 2 1 5 有机物含量 有机物含量是评价沼气产量的重要指标，污泥中的有机物含量不会大于污泥 灼烧减量，几种有机物的产气量详见表2 4 。 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 污泥的性质及污泥量计算 表2 4 主要有机物的产气量 有机物名称 单位重量有机物的产气量( m 3 k g ) 沼气成分 碳水化合物 o 7 9 c l - h ：5 0 c 0 2 ：5 0 油脂l 2 5 c - h ：6 8 ，c 0 2 ：3 2 蛋白质0 7 c h 4 ：7 1 ，c 0 2 ：2 9 2 1 6 污泥热值 污泥热值与污泥中所含有的有机物量有关，它是污泥焚烧的重要参数。据有 关资料介绍，城市污水污泥中有机( 干) 固体的热值一般为2 1 2 6 k j k g ，若视污 泥灼烧减量与有机物含量相等，则污泥干固体物的热值可用式2 5 表示。 h 。= ( 2 1 2 6 ) g v ( 1 d k g ) ( 2 6 ) 表2 5 各种污泥周体物的热值 污泥类型固体物含量( )污泥灼烧减量( ) 污泥热值( k j k g ) 生污泥7 7 6 3 3 1 6 5 消化一般的污泥4 55 2 2 1 3 6 消化好的污泥9 24 0 8 1 0 6 消化很好的污泥9 63 0 6 8 0 2 1 7 污泥肥份 污泥中含有大量植物生长所需要的肥份( 氮、磷、钾) 、微量元素及有机腐殖 质等。其中氮能促进植物茎叶的生长，硝酸盐中的氮可被植物直接利用，氨氮要 在土壤中分解和氧化后才能被利用。磷能激发植物根部的繁殖，加速成熟和植物 对病虫害的抵抗能力。钾能促进植物的生长活力，是发育枝干、果浆、构成叶绿 素的重要成分，并能促进茎叶生长和增加抵抗病虫害的能力。此外污泥中还含有 植物所需的其它微量元素和有机腐殖质。 能力和抗蚀性能，是良好的土壤改进剂， 有机腐殖质可改善土壤结构，提高保水 各种污泥的肥份表见表2 6 。 重庆大学硕士学位论文 2 污泥的性质及污泥量计算 表2 6 各种污泥的肥份表 t a b 2 6 l a r g ec o m p o s i n go fa l lk i n d so fs e w a g es l u d g e 污泥初沉剩余活性消化不好的 消化一般的消化好的 消化很好 类型 污泥污泥污泥污泥污泥的污泥 总氮( ) 2 0 7 01 5 5 01 0 5 o1 o 3 5o 5 3 00 5 2 5 总磷( ) 0 4 3 00 9 1 50 3 0 80 3 0 80 3 0 80 3 0 8 钾( )0 1 t 0 70 1 t 0 8o 1 0 30 1 0 30 1 t 0 3 0 1 o 3 2 1 。8 污泥重金属离子的含量 污泥中重金属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5 0 以上转移到污泥中，因此污泥中的重金 属离子含量一般较高。所以当污泥作为肥料使用时，要注意重金属离子含量是否 超过我国农林业部规定的农用污泥标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 。我国北京、上海、天津、 西安、兰州、沈阳、黄石等城市的污水处理厂污泥中重金属离子含量的范围见表 2 7 。 表2 7 污泥中重金属离子的范围表 t a b 2 7s c o p eo fh e a v ym e t a li o n i ci ns e w a g es l u d g e h g c dc rp b 舡z nc un i 重金属离子名称 ( 汞)( 镉) ( 铬)( 铅)( 砷)( 锌)( 铜) ( 镍) 4 6 3 -3 6 9 2 8 5 1 2 4 3 0 0 5 5 -3 0 含量范围 1 3 82 4 1 5 4 02 伽5 6 01 1 1 94 6 0 4 7 5 农林业部 p l t 3 0 0 0 ) 、中速离心机( a = 1 5 0 0 3 0 0 0 ) 和低速离 心机( a = 1 0 0 0 1 5 0 0 ) 。按离心脱水机的结构形式、几何形状及固体和液体的流 向可分为转简式离心脱水机、筛网式离心脱水机、壳式离心脱水机、双锥体离心 脱水机、盘式离心脱水机等。其中，转筒式离心脱水机是目前在城市污水处理厂 中污泥离心脱水最常见的一种机型。 适用于污泥脱水的一般采用低转速的转筒式离心脱水机，转筒离心脱水机在 结构上和离心浓缩机有所区别，它在浓缩机的基础上增加了一个细长的锥体段， 扩大了污泥的脱水区。对于不同的机型，有全锥体的、短锥体带圆柱体的、长锥 体带圆柱体的等多种形式。需脱水的污泥经调理后由中心进泥管进入脱水机内， 在离心力的作用下，比重大的污泥固体物质沉积在离心机转子内壁上，比重清的 污泥水汇集在沉淀污泥的面层上，形成环状。随着进泥量的增加，污泥水( 上清 液) 的液位逐渐升高至堰板高度并从堰板上溢流排出。堰板的高度奁接影响着澄 清区的沉淀时间和脱水效果。沉淀在转子内壁上的污泥固体可依赖转子和螺旋输 送器之间的速度差缓慢输送。螺旋输送器的转速略大于转子转速，其将沉淀的污 泥固体输送到锥形端进一步脱水后排出。一般通过调节堰板高度和螺旋输送器的 速度来达到最佳脱水效果。按照污泥水和沉淀的污泥固体转子内的流向，转筒式 离心脱水机可分为同向流和异向流两种形式。 影响转筒式离心脱水机效果的影响因素包括转速、出水堰板高度、螺旋输送 器和转子的转速差、转子的长细比、进泥量和停留时间以及污泥性质和污泥投加 絮凝剂的影响等。一般来讲，转速越大，则离心力也越大，泥饼的固体浓度越高， 固体的回收率越高，但对于城市污水处理厂的生物活性污泥，在高速离心脱水机 重鏖r 大兰堡圭兰垡笙苎三一! 里型坚呈皇竺墨塑盐! ! 垦 内难以压实；同时高分子药剂的使用形成的絮体在高速下会受到破坏而影响脱水 效果，而且电耗较高，机械磨损较大。目前高速离心机逐渐被低速离心机所取代。 堰板的高度调节可以控制污泥水的停留时间，可以用于调节固体回收率。转速差 的大小取决于污泥颗粒的特性和污泥投加速率，当固体回收率较高，污泥颗粒比 较松散时可采用较低的转速差；当污泥结构紧密，需要提高生产能力时，可采用 较高的转速差。转子的长细比是评价污泥在脱水机内的停留时问的参数，长细比 大的脱水机具有更好的分离效果和更高的泥饼含固率。污泥的进泥量大，则污泥 在离心脱水机中的停留时间短，固体回收率下降，但泥饼含水率降低；但污泥量 过大，又会造成脱水后污泥含水率上升。采用离心脱水机时，为了获取较高的固 体回收率，一般要投加高分子絮凝剂，药剂的投加量不大，均在0 2 o 3 左右。 表3 2 归纳了上述三种脱水机的优缺点比较表。 表3 2 脱水机的优缺点比较袁 优缺带式压滤机 板框压滤机离心浓缩机 点 1 、脱水效果好；脱水后 l 、对污泥的适应性强，脱l 、脱水效果好；浓缩后污 污泥含固率约2 0 2 5 ；水效果好；脱水后污泥含固 泥含固率约2 0 2 5 ； 2 、噪音较小； 率可高达2 5 3 5 2 、脱水机结构紧凑、简单， 优3 、设备价格低，国产化 2 、噪音较小： 占地面积最小： 程度高，国内生产厂家3 、设备简单，国产化程度 3 、操作简单； 多，零配件易配套齐全； 高，国内生产厂家多，零配4 、全封闭式结构，卫生条 4 、耗电量较低件易配套齐全； 件好。 点 4 、耗电量较低；5 、可以不投加药剂或少量 5 、机械结构结实，使用寿投加药剂。 命长。 6 、设备可以少冲洗，维护 工作量小，劳动强度低。 1 、占地面积大，空间大： 1 、占地面积大，空间大。1 、价格昂贵，维修费用高， 2 、重量较重，有腐蚀性；2 、重量重，有腐蚀性国内生产厂家少，零配件 3 、敞开式结构，卫生条3 、敞开式结构，卫生条件 更换较围难： 缺 件差；差2 、耗电量较大； 4 、药耗较高。4 、设备价格较高，使用要3 、噪音大。 5 、需更换滤布及易损件求高，清洗劳动强度大，效 零件，需冲洗水泵和空压率低。 点 机，维护较复杂。采用压5 、需要压力水定时冲洗， 力水连续冲洗，耗水量大耗水量较大。 垩壅查兰堡主兰堡! 垒茎 ! 望鎏竺堡皇竺里堕生竺至 污泥脱水机的选择与浓缩机的选择在某些方面有些类似，它同样需要结合整 个污泥处理系统，并考虑脱水后污泥的含固率要求，并结合当地实际情况进行脱 水机的占地、投资、成本( 包括电耗、药耗、管理维护费) 、环境卫生要求等多方 面综合因素的比较。除此之外，脱水机的选择还与污泥絮凝药剂的种类、污泥调 理方式以及脱水后是否进行干化、焚烧、农业利用等污泥最终处置的方式有关。 当脱水后的污泥直接用于农业或焚烧时，其含水率只要大于2 0 2 5 就可以， 这是所有的脱水机械都能达到的，但如果污泥脱水后进行卫生填埋，而填埋场又 对承载力又有所要求时( 一般大于2 5 k n m 2 ) ，板框压滤机能满足要求，而带式压 滤机和离心脱水机则很难达到。 从国内目前的使用情况来看，板框压滤机使用得较早，它多用于工业污水处 理系统中，而在城市污水处理厂中带式压滤机使用得较为普遍，这主要是由于带 式压滤机使用较早、技术成熟可靠、投资低所造成的。而在国外，离心脱水机因 其技术先进、卫生条件好、维修简便、工人工作强度小而得到广泛应用。近几年 来离心脱水机己开始在国内使用，特别是在我国的经济发达地区，如广东地区， 大部分污水处理厂都以离心脱水机作为脱水系统的主体设备。相信随着我国经济 高速的发展，人们对脱水系统生产环境要求的提高，离心式脱水机将会得到广泛 的应用。 3 1 1 3 污泥浓缩脱水一体化工艺【2 7 、鹞1 污泥浓缩脱水一体化工艺也是目前使用得比较广泛的一种污泥处理方式。它 特别适合于一些中小型污永处理厂的污泥处理，从国内的现状来看，这些污泥并 未强制性的要求必须要进行消化稳定处理，因此污泥可以采用直接浓缩、脱水后 外运。过去采用得较多的是重力浓缩池浓缩和带式压滤机脱水，近几年来随着脱 水机械设备的发展，及对污泥生产环境的要求提高，污泥的机械浓缩、脱水逐渐 占据了主导地位。在进行污泥处理时可根据污泥自身的性质采用分别浓缩、脱水 工艺，也可采用浓缩脱水一体化工艺。采用浓缩脱水一体化工艺最大的优点在于 简化了污泥处理环节，减少了污泥浓缩脱水设备的一些附属设备如中途进料泵及 管路，并节省占地等。污泥浓缩脱水一体化工艺一般采用机械浓缩脱水机，主要 有带式浓缩脱水体机和离心浓缩脱水一体机两种，下面分述如下： 1 ) 带式浓缩脱水一体机 带式浓缩脱水一体机实际上是带式压滤机的一种改进措旌。它将带式压滤机 的预脱水段改为带式浓缩机或转筛浓缩机来代替，实际上是两个机械的串联组合， 在组合时可分为水平串联式安装和竖向叠加式安装，水平串联式安装占地面积大， 但占用空间小；而竖向叠加式安装占地面积小，但占用空阃大。与离心浓缩脱水 机相比，带式浓缩脱水机价格便宜、噪音d 、电耗也小；但由于采用的足不封闭 重庆大学硕士学位论文 3 污泥处理与处置设计研究 结构，卫生条件差，占地面积较大，冲洗水量大，加药量较大，维护工作量大。 2 ) 离心浓缩脱水一体机 离心浓缩脱水一体机与离心脱水机有些类似，它综合了离心浓缩机和离心脱 水机的优点，调整了离心机的堰板高度和转速差。与带式浓缩脱水一体机相比， 它具有占地面积小，耗水量小、加药量小，由于采用全封闭结构，卫生条件好等 优点，但同时也有价格昂贵、电耗大、噪音大等不利因素。 污泥浓缩脱水一体机由于工艺简单、占地面积小而得到广泛的采用，特别适 合于初沉污泥、混合污泥直接浓缩脱水的需要，而对于仅有剩余活性污泥的处理， 由于污泥中含水率高，有机物含量高，处理较为困难，要达到2 0 2 5 的出泥含 固率，往往需要增加投药量，因此在采用时要谨慎，最好通过试验确定。 3 114 污泥处理方案的比选 对于污泥处理工艺的选择污水的工艺流程、污泥处理规模及污水与污泥的性 质综合确定。 一般而言，对于小于1 0 万m 3 d 的中、小型污水处理厂，由于不设初沉池，不 产生初沉污泥，一般不会进行稳定处理( 厌氧消化) 措施，所以可采用带式或离 心浓缩脱水一体机，当对工作环境要求较高时，若不考虑投资因素可优先选用离 心机，因此是否选用离心或是带式根据当地的实际情况而定。当剩余污泥浓度的 确偏低时，为保证出泥效果，在不考虑占地较大的情况下，也可采用分体式，如 螺压浓缩机加离心脱水机联合处理。 而对于大于1 0 万m 3 c l 的大型污水处理厂，由于一般都要求进行消化稳定处理， 因此污泥的浓缩和脱水要求分开。在进入消化池以前，剩余污泥需要进行浓缩处 理，浓缩机一般可采用转筛浓缩机或螺压式浓缩机，离心浓缩机由于设备价格较 贵，采用较少，带式浓缩由于环境较差，也采用得不多。污泥脱水主要是针对消 化后的污泥而言的，脱水可以采用带式或离心脱水，是否选择离心脱水根据投资 方的财力、对环境的要求而定。随着人们生活水平的提高，离心脱水机的优势相 对突出。 3 1 2 污泥稳定工艺 污泥稳定是污泥处理过程中的重要一环，同时污泥中蕴藏着巨大的能量。污 泥稳定的主要目的是为了减少污泥中的有机化合物，并改善污泥的脱水性质、杀 灭病原菌并减少异味的产生；同时在厌氧消化的过程也是能源回收的过程，据报 导，大型污水厂一般利用沼气发电，余热回用可解决本厂能耗的4 0 5 0 。污泥 稳定的工艺包括厌