（环境工程专业论文）低浓度剩余活性污泥涡凹气浮浓缩工艺研究.pdf

中文摘要 摘要 污泥浓缩是城市污水处理厂污泥处理处置的重要环节，污泥浓缩工艺主要有 重力浓缩，机械浓缩和气浮浓缩。 来自二沉池的剩余活性污泥含水率一般在9 9 ，2 9 9 6 ，一些新工艺，如重庆 大学自行研究开发的一体化氧化沟工艺，其剩余污泥经过固液分离器分离后排放， 还有其它新工艺剩余污泥直接从曝气池排放，排放的剩余污泥含水率高，浓度低， 在此我们称之为低浓度剩余污泥。 涡凹气浮技术在工业废水处理中得到广泛应用，但在城市污水处理厂污泥浓 缩领域中尚没有应用。 本研究将涡凹气浮工艺引入到城市污水处理厂污泥浓缩领域；对调理剩余活 性污泥用调理剂进行了优选；研究了絮凝剂、表面活性剂、固体负荷、水力负荷、 刮泥方式、曝气机功率及温度等因素对低浓度剩余活性污泥涡凹气浮浓缩工艺的 影响；研制并生产出了一台用于浓缩低浓度剩余活性污泥的m c a f 一1 0 改进型涡凹 气浮设备，并研究了絮凝剂、表面活性剂、固体负荷、水力负荷、刮泥方式、曝 气机功率及温度等因素对剩余低浓度活性污泥改进型涡凹气浮浓缩工艺的影响； 对涡凹气浮及改进型涡凹气浮浓缩污泥脱水性能及出水性质进行了研究：对污泥 浓缩工艺的有关机理进行了一些探讨；对涡凹气浮污泥浓缩工艺的特点进行了总 结，并进行了能耗、技术经济分析。得到了以下结论： 1 、采用f 0 4 1 9 0 s h 、f 0 4 2 4 8 、f 0 4 4 4 0 s h 、f a 9 2 0 s h 、a n 9 2 6 s h u 和p a c 单污泥调理剂和p a c + f 0 4 4 4 0 s h 、p a c + f 0 4 1 9 0 s h 、p a c + f a 9 2 0 s h 、 p a c + a n 9 2 6 s h uf 0 4 4 4 0 s h + f a 9 2 0 s h 、f 0 4 4 4 0 s h + a n 9 2 6 s h u 复合调理剂对污 泥进行调理，综合考虑污泥调理效果和运行管理及费用等因素，对于南昌市朝阳 洲污水处理厂污泥调理，优选单污泥调理剂阳离子型聚电解质f 0 4 4 4 0 s h 。 2 、采用c a f 5 型涡凹气浮浓缩低浓度活性污泥时，絮凝剂采用f 0 4 4 4 0 s h ， 最佳投加量为1 0 k g t d s ，表面活性剂采用1 2 2 7 ，最佳投加量o 2 k g t d s ，固体负荷 为2 3 0 k g m l s s m 3 d ，水力负荷为9 0m 2 m 3 d ，出水s s 为2 0 0 2 5 0 m g l ，溶解性 c o d 为3 0 4 0 m g l ，污泥中的磷在浓缩过程中不会释放。 3 、研制出一台适用于低浓度剩余活性污泥浓缩的m c a f 1 0 型改进型涡凹气 浮设备，采用m c a f 1 0 型改进型涡凹气浮工艺浓缩低浓度剩余活性污泥时，絮凝 剂采用f 0 4 4 4 0 s h ，最佳投加量1 o k g t d s ，表面活性荆采用1 2 2 7 ，最佳投加量 0 2 k 卧d s ，固体负荷为2 7 0 k g m l s s m 3 d ，水力负荷为1 1 0m 2 r n 3 d ，出水s s 为1 0 0 1 5 0 m g l ，溶解性c o d 为3 0 m g l 左右，污泥中的磷在浓缩过程中不会释放。 重庆大学博士学位论文 4 、改进型涡凹气浮用于浓缩低浓度剩余活性污泥时浓缩效果好，固体负荷高， 出水s s 低，比涡凹气浮更适合于低浓度剩余活性污泥浓缩。 5 、适量的表面活性剂能够提高污泥的浓缩效果，过多的表面活性剂由于胶束 的存在，亲水性增强，降低污泥絮体与气泡的粘附，从而降低污泥浓缩效果。 随着表面活性剂的加入，污泥表面胞外多聚物释放到外界环境中，污泥絮体 比以前更容易压缩，结合水数量减少，脱水性能改善。 涡凹气浮产生的气泡较大，污泥絮粒大小不是影响涡凹气浮污泥浓缩工艺的 主要因素，污泥絮体只要达到3 0 0 4 0 0 t tm 能够与气泡粘附即可。 6 、涡凹气浮浓缩工艺具有污泥停留时间短，污泥浓缩效果好， 性能好，设备简单，操作方便，费用低，污泥无磷的释放等特点， 剩余活性污泥的浓缩。 7 、污水处理厂剩余污泥以混合液的形式排放，不进入二沉池， 气浮工艺进行浓缩，较伟统污泥浓缩工艺，可缩短污泥处理流程， 的磷在二沉池和重力浓缩池中释放，在经济上合理，技术上可行。 浓缩污泥脱水 适宜于低浓度 直接进入涡凹 避免在污泥中 关键词：城市污水处理厂，低浓度剩余活性污泥，涡凹气浮，污泥浓缩，调理剂， 表面活性剂 i i 英文摘要 a j e i s t r c t s l u d g et h i c k e n i n gp r o c e s si so n eo f t h ei m p o r t a n tl i n k so fw a s t es l u d g et r e a t r a e n t a n dd i s p o s a li nt h em u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( w 、矿r p ) i ti n c l u d e sm a l m y g r a v i t yt h i c k e n i n g ，m e c h a n i c a lt h i c k e n i n g a n da i rf l o a t a t i o nt h i c k e n i n g t h ew a t e rc o n t e n to f e x c e s ss l u d g ef r o ms e c o n d a r y s e t t l i n gt a n k v a r i e sf r o m9 9 2 t o9 9 6 ，b u tt h ew a t e rc o n t e n to fe x c e s ss l u d g e ，w h i c hi sd i s c h a r g e df r o m s o l i d - l i q u i d s e p e r a t o rf o rt h ei n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c hd e v e l o p e db yc h o n g q i n gu n i v e r s i t y , o r d i s c h a r g e df r o m a e r a t i o nt a n kf o rs o m en e ww 姗w g e rt r e a t m e n t p r o c e s si sh i g h e l t h a n 9 9 2 9 9 6 i t sw a t e rc o n t e n ti s h i g ha n ds o l i dc o n t e n ti sl o w , i ti sc a l l e dl o w c o n c e n t r a t i o ne x c e s sa c t i v a t e ds l u d g e c a v i t a t i o na i rf l o a t a t i o n ( c a f ) t e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di n d u s t r i a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，b u th a s n tb e e nu s e di ns l u d g e t h i c k e n i n g f i e l d i nt h i sr e s e a r c h ，c a ft e c h n o l o g yw a si n t r o d u c e di n t os l u d g et h i c k e n i n gi nw 岫 c o n d i t i o n e rf o re x c e s sa c t i v a t e d s l u d g ew a ss e l e c t e d f a c t o r s s u c ha s f l o c c u l a n t s ， s u r f a c t a n t , s o l i dl o a d i n g ，h y d r a u l i cl o a d i n g ，s l u d g es k i m m i n gm e t h o d ，t h ea e r a t o rp o w e r a n dt e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e d am o d i f i e dc a v i t a t i o na i rf l o a t a f i o n ( m c a f ) e q u i p m e n t f o rl o wc o n c e n t r a t i o na c t i v a t e ds l u d g ew a s d e v e l o p e da n d t h ef a c t o r ss u c ha s f l o c c u l a n t s ，s u r f a c t a n t , s o l i dl o a d i n g , h y d r a u l i cl o a d i n g , s l u d g es k i m m i n gm e t h o d ，t h e a e r a t o r p o w e r a n d t e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e d ，t o o t h ed e w a t e r i n g c h a r a c t e r i s t i c so f t h i c k e n e d s l u d g e a n de f f l u e n t q u a l i t y f r o mc a fa n dm c a fw e r es t u d i e d t h e c o r r e l a t i v em e c h a n i s mo fc a fa n dm c a f s l u d g et h i c k e n i n gp r o c e s sw e r ed i s c u s s e d t h ef e a t u r e so fc a ft h i c k e n i n g p r o c e s s w e r es u m m a r i z e d e n e r g y c o n s u m p t i o n ， t e c h n o l o g ya n d e c o n o m i c a n a l y s i sw e r e i l l u s t r a t e d 1 1 1 er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： l 、s i n g l ec o n d i t i o n e r ss u c ha sf 0 4 4 4 0 s h ，f 0 4 2 4 8 ，f 0 4 1 9 0 s h ，p a c ，f a 9 2 0 s h a n dd u a lc o n d i t i o n e r ss u c ha sp a c + f 0 4 4 4 0 s h ，p a c + f 0 4 1 9 0 s h ，p a c + f a 9 2 0 s h ， p a c + a n 9 2 6 s h u ，f 0 4 4 4 0 s h + f a 9 2 0 s h ，f 0 4 4 4 0 s h + a n 9 2 6 s h u w e r e u s e d , g i v e i l a c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no f t h es l u d g ec o n d i t i o n i n ge f f e c t , o p e r a t i o nm a n a g e m e n t a n dc o s t ，s i n g l ec o n d i t i o n e rf 0 4 4 4 0 s hw a ss e l e c t e df o rt h es l u d g ec o n d i t i o n i n gf r o m c h a o y a n g z h o u 删叮p 2 、a sc a f - 5w a se m p l o y e dt ot h i c k e nl o wc o n c e n t r a t i o ns l u d g e ，f l o c c u l a n t 1 1 1 重庆大学博士学位论文 f 0 4 4 4 0 s hw a sa d d e dw i t ha no p t i m a ld o s a g eo f1 0 k g t d s ，1 2 2 7w a sa d o p t e da s s u r f a c t a n t w i t h a n o p t i m a ld o s a g eo f 0 2 k g t d s ，s o l i d l o a d i n g w a s2 3 0 k g m l s s m 3 d ， a n dh y d r a u l i cl o a d i n gw a s9 0m 2 m 3 d t h es sa n dd i s s o l v e dc o di nt h ee f f l u e n tw a s 2 0 0 2 5 0 m g la n d3 0 4 0 m g l ，r e s p e c t i v e l y a n dp i nt h es l u d g ew o u l d n tr e l e a s e d u r i n gt h et h i c k e n i n gp r o c e s s 3 、m c a f 一1 0 ，w h i c hi sa i m e dt ol o wc o n c e n t r a t i o ne x c e s sa c t i v a t e ds l u d g e ，h a s b e e nd e v e l o p e d w h e nm c a f 一1 0w a su s e dt ot h i c k e nl o wc o n c e n t r a t i o na c t i v a t e d s l u d g e w i t ho p t i m a ld o s a g eo ff 0 4 4 4 0 s ha n d1 2 2 7 a t 1 o k g t d sa n d0 2 k g t d s r e s p e c t i v e l y , a n d w i t hs o l i dl o a d i n ga t 2 7 0 k g m l s s m 3 。d ，h y d r a u l i cl o a d i n ga t 1 1 0 m z m j d ，t h es sa n dd i s s o l v e dc o d o f t h ee f f l u e n tw a s1 0 0 1 5 0 m g la n d 3 0 m g l o r s o ，r e s p e c t i v e l y t h e r ew a s n opr e l e a s eo f t h es l u d g ed u r i n gt h e t h i c k e n i n gp r o c e s s 4 、m c a fe x h i b i t se x c e l l e n tt h i c k e n i n ge f f i c i e n c yw i t h h i g hs o l i dl o a d i n ga n d l o w s se f f l u e n t ，t h e r e f o r ei sm o r es u i t a b l ef o r t h i c k e n i n gl o w c o n c e n t r a t i o ne x c e s ss l u d g e 5 、ac e r t a i na m o u n to fs u r f a c t a n te n h a n c e ss l u d g e t h i c k e n i n ge f f i c i e n c y , w h i l et o o m u c ho f i td e c r e a s e st h et h i c k e n i n ge f f i c i e n c yd u et ot h ef a c tt h a tt h e e x i s t i n go f m i c e l l e e x h i b i t ss t r o n g e rh y d m p h i l i c i t ya n dd e c r e a s e st h ea d h e r e n c eb e t w e e ns l u d g ef l o e sa n d g a s b u b b l e s w i t ht h ea d d i t i o no fs u r f a c t a n t , t h ee x t r a - c e l l u l a rp o l y m e r si n s l u d g es u r f a c ei s r e l e a s e dt oo u t s i d ee n v i r o n m e n t , w h i c h 姐e l d sm o r e c o m p a c t a b l ea c t i v a t e ds l u d g ef l o e s w i t l ll e s si n t e r s t i t i a lm o i s t u r ea n d i m p r o v e dd e w a t e r a b i l i t y s i n c eb u b b l e sp r o d u c e db yc a fo rm c a fa r er e l a t i v e l yl a r g e , t h es i z eo f s l u d g e f l o e si sn o tt h ek e yf a c t o rt h a ta f f e c t ss l u d g et h i c k e n i n gf o rc a fo rm c a f p r o c e s s a s l o n g a st h ef l o e s s i z er e a c h3 0 0 4 0 0p m ，t h e yc a na d h e r e t og a sb u b b l e s 6 、b e s i d e si t ss i m p l eu n i t ，c o n v e n i e n to p e r a t i n ga n dl o wc o s t , c a ft h i c k e n i n g p r o c e s sp o s s e s s e s as h o r t s l u d g e r e s i d e n c et i m e ，g o o dt h i c k e n i n ge f f e c t ，e x c e l l e n t d e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dn o n - r e l e a s eo f p i ti sq u i t es u i t a b l ef o rt h i c k e n i n gl o w c o n c e n t r a t i o ne x c e s sa c t i v a t e ds l u d g e t h ec a f p r o c e s s ，w h i c hi sc o s te f f e c t i v e ，l o w c o n s u m p t i o no fe n e r g y , h i 曲e f f i c i e n c ya n dr e q u i r e ss i m p l em a i n t e n a n c e ，i sq u i t e s u i t a b l ef o r t h i c k e n i n gl o w c o n c e n t r a t i o ne x c e s sa c t i v a t e ds l u d g e 7 、i nt h ef o r mo fm i x t u r el i q u i d e x c e s sa c t i v a t e ds l u d g ef r o m ，、7 矿t pc a nb e i n u o d u c e dd i r e c t l yi n t oc a ft h i c k e n i n g p r o c e s s ，w h i c h s h o r t e n s s l u d g ed i s p o s a l p r o c e d u r e sa n da v o i d st h er e l e a s e o fp h o s p h o r u si n s e c o n d a r yc l a r i f l e ra n dg r a v i t y 英文摘要 t h i c k e n e rc o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a l s l u d g et r e a t m e n tp r o c e s s t h ec a ft h i c k e n i n g p r o c e s s f o rl o wc o n c e n t r a t i o ne x c e s sa c t i v a t e d s l u d g e i s e c o n o m i c a l l y a n d t e c h n o l o g i c a l l y f e a s i b l e k e y w o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，l o wc o n c e n t r a t i o ne x c e s sa c t i v a t e d s l u d g e ，c a v i t a t i o n a i r f l o a t a f i o n ( c a f ) s y s t e m ，s l u d g et h i c k e n i n g ， c o n d i f i o n e r , s u r f a c t a n t v 绪论 绪论 l 概论 自1 9 9 8 年中国政府实施积极的财政政策以来，我国投资建设了一大批城市污 水处理设施。海河、辽河、淮河、滇池、太湖和巢湖流域“三河三湖”水环境治理工 程的实施，也大大加快了这些地区污水处理设施的建设【l l 。建设部统计资料表明： 至2 0 0 1 年底，全国设市城市6 6 4 个，全年城市污水处理量为1 2 0 亿立方米，污水 处理率为3 6 5 【l 】；至2 0 0 2 年底，全国设市城市6 6 0 个，全年城市污水处理量为 1 3 5 亿立方米，污水处理率为3 9 9 【2 】。 根据我国国民经济发展计划和建设部规划要求，到2 0 1 0 年要实现强化城市排 水和污水处理设施的建设，而城市污水处理厂建成投产后必然产生大量含水率很 高的污泥。它具有容量大、不稳定、易腐败、有恶臭的特点，如不加处理任意排 放则将引起严重的二次污染。因此污泥的处理和处置十分重要，也是污水处理领 域中技术人员面临的最为复杂的问题之一。 污泥浓缩是污泥处理的重要环节之一，污泥浓缩的主要目的和意义在于减少 污泥的体积【3 】，降低后续构筑物或处理单元的压力，如减少消化池的容积和加热污 泥所需的热量。 2 本领域国内外发展概况 污泥浓缩工艺有重力浓缩工艺、气浮浓缩工艺和机械浓缩工艺。目前应用最多 的还是重力浓缩工艺，气浮浓缩工艺有压力溶气气浮浓缩工艺和生物气浮浓缩工 艺，压力溶气气浮浓缩工艺在国外已普遍应用于城市污水处理厂污泥浓缩中，我 国成都三瓦窑污水处理厂也采用了压力溶气气浮工艺浓缩二沉池剩余污泥，而生 物气浮浓缩工艺却只在捷克的p i s e k 、m i l e v s k o 污水处理厂和瑞典的研o m l u n d a 污 水处理厂进行了生产性试验【4 】，在我国只有同济大学刘军 5 】进行了试验研究。机 械浓缩有离心浓缩、带式浓缩机浓缩、转鼓、螺压浓缩机浓缩，机械浓缩在国内 外都普遍应用于污水处理厂的污泥浓缩中。 c a f 涡凹气浮系统( 又叫空穴气浮，c a v i t a t i o n a i rf l o t a t i o n s y s t e m ) 是专门为 了去除工业和城市污水中的油脂，胶状物以及固体悬浮物而设计的系统。 1 9 9 7 年3 月，由美国麦王企业公司引进的首台c a f 涡凹浮系统在我国昆明第 二造纸厂废水处理中成功地投入运行 6 】，从而结束了我国工业废水处理中一直使用 压力溶气气浮( d a f ) 的历史，目前，涡凹气浮工艺已广泛应用于造纸废水7 】【8 1 0 【1 1 】、含油废水1 2 10 3 、石化废水、亚麻废水、屠宰废水、沥青废水【1 7 】和 重庆大学博士学位论文 制革废水1 8 1 等工业废水处理中，我国不少科研单位对涡凹气浮工艺在工业废水处 理中的应用进行了研究19 1 ，并开发成产品，有很多设备厂家也生产出了类似的 c a f 设备。 但涡凹气浮工艺在城市污水处理厂污泥处理中还没有应用。 3 课题的提出 一体化氧化沟技术是重庆大学b 区自主开发的污水处理技术，经专家鉴定， 该技术达到国际先进水平，与欧美技术相比独具特色，具有投资省、占地少、运 行费用低、处理效果好、运行管理简便等优点。该技术先后获得国家科学技术部、 建设部、环保总局及省市各级政府的嘉奖，现已成功地应用于山东、四川等地。 例如，四川省城市污水处理示范工程一成都城北污水处理厂【2 0 1 ，其日处理规模1 万吨天，总投资7 6 1 万元，吨水投资7 6 1 元，吨水占地0 s m 2 ，吨水运行费用o 2 l 元，出水指标优于g b 8 9 7 8 1 9 9 6 一级标准。国家环保总局局长解振华在视察该污 水处理厂以后，表示该示范工程适合在全国中小城市推广。该技术的剩余活性污 泥是以混合液形式排放，排放的剩余活性污泥属于低浓度剩余污泥。 现有的污泥浓缩工艺有其无法克服的固有缺点，如成本高，操作管理复杂、 效率低，富磷污泥释磷等，特别是对于低浓度剩余活性污泥，所以为了满足污泥 污染控制的需要，对污泥浓缩工艺，特别是低浓度剩余活性污泥浓缩工艺的研究 势在必行，寻求新的、高效污泥浓缩工艺具有重要意义。 为此研究一种浓缩效果好、污泥回收率高、占地面积小、运行费用低、适合 于低浓度剩余活性污泥的浓缩工艺成为必要。 涡凹气浮系统已广泛应用于工业废水和城市污水的预处理，但在城市污水处 理厂污泥处理方面尚没有应用。 涡凹气浮工艺的发展需要，推动涡凹气浮工艺在污泥处理方面的科研工作的 进行，特别是在污泥浓缩方面的科研工作的进行；同时在此领域的科研成果也将 推动涡凹气浮在污泥处理特别是污泥浓缩中的应用。 4 课题的来源、类型 4 1 课题来源 1 、教育部2 0 0 2 年博士点基金项目“城市污水处理能量配置优化理论及技术研 究”( 2 0 0 2 0 6 1 1 0 2 5 ) 2 、江西省环境保护局科技计划项目“浓缩低浓度剩余活性污泥的改进型涡凹 气浮系统研究”( 2 0 0 3 0 9 ) 3 、麦王国际商务( 上海) 有限公司的资助。 2 绪论 4 2 课题类型 本课题属于应用研究型课题。 5 课题的研究目的及内容 5 1 课题的研究目的 本课题的研究目的在于研究出一种污泥浓缩效果好、占地面积小、管理运行 简便、运行费用低、富磷污泥释磷现象得到控制、适用于低浓度活性污泥( 含水 率高达9 9 5 以上) 浓缩的剩余污泥浓缩新工艺一涡凹气浮浓缩剩余污泥新工艺， 完善一体化氧化沟污泥处理，对该工艺影响因素进行系统研究，并对低浓度剩余 活性污泥涡凹气浮浓缩工艺的有关机理进行探讨，为该工艺在我国的推广应用提 供实践依据和理论基础并做好前期准备。 通过对低浓度剩余活性污泥涡凹气浮浓缩工艺研究，探索并论证城市污水处 理厂剩余活性污泥不经过二沉池，而以混合液形式直接进入涡凹气浮污泥浓缩工 艺的可行性，在南昌市朝阳洲污水处理厂进行生产性试验，为实现此流程提供可 靠的依据。 5 2 课题的研究内容 本研究的主要内容 l 、调理剩余活性污泥时调理剂的优选 2 、低浓度剩余活性污泥涡凹气浮( c a f ) 浓缩工艺的研究 3 、改进型涡凹气浮( m c a f ) 设备的研制 4 、低浓度剩余活性污泥改进型涡凹气浮( m c a f ) 浓缩工艺的研究 5 、涡凹气浮( c a f ) 浓缩污泥脱水性能和出水性质的研究 6 、低浓度剩余活性污泥涡凹气浮浓缩工艺的有关机理探讨 7 、涡凹气浮( c a f ) 污泥浓缩的工艺特点、能耗及技术经济分析 6 技术路线 重庆大学博士学位论文 试验方连的确定 低浓度剩余活性污泥涡凹气于浓缩工艺研究及机理探讨 i j 4 1 污泥浓缩和涡凹气浮工艺的研究应用现状和发展趋势 l 污泥浓缩和涡凹气浮工艺的研究应用现状和发展趋势 1 1 污泥浓缩工艺的研究应用现状和发展趋势 1 1 1 污泥浓缩的意义 中国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要确定，“十五”期间，所有设 市城市都必须建设污水处理设施，到2 0 0 5 年，城市污水集中处理率要达到4 5 ， 届时城市污水处理厂规模将超过4 0 0 0 万立方米日，其中绝大多数是二级生化污 水处理设施。这将为中国城市污水资源化工作的推进，提供了坚实、可靠的基础 1 】。 国家三部委( 局) 2 0 0 0 年联合发布的城市污水处理及防治技术政策明确了我 国城市污水处理的目标为：2 0 1 0 年，设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于 5 0 ，设市城市的污水处理率不低于6 0 ，重点城市污水处理率不低于7 0 。北 京市政府在( 2 0 0 8 年奥运会申办报告中承诺，北京市2 0 0 8 年城市污水处理率 达到9 0 以上。 与城市污水处理厂建设的飞速发展相对应，城市污水处理厂产生的污泥量越 来越多。污泥量的多少与污水的性质( 水质浓度，生活污水与工业废水的比例) 、 污水处理工艺以及污水处理程度等有关。城市污水处理厂产生污泥量约( 以含水 率9 7 计) 占污水量的4 6 【2 1 】，据对全国2 9 家城市污水处理厂的调查， 每处理1 1 0 4m 3 污水可产生干污泥( d s ，d r ys l u d g e ) o 3 3 吨左右，以实际污水处 理量核算上海市每处理l x l 0 4 m 3 污水的污泥产生量为1 2 3 2 t d s 2 3 1 ，较接近欧 美发达国家初沉池1 1 1 7t d s 1 0 4 m 3 污水，二沉池0 7 1 0t d s 1 0 4 m 3 污水的污 泥产率水平2 4 1 。表1 1 为上海9 座污水处理厂污水量与污泥量的关系 2 ”。 表1 1 上海9 座污水处理厂污水量与污泥量的关系 t a b l e1 1t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n w a s t e w a t e rq u a n t i t ya n d s l u d g eq u a n t i t yi nm u n i c i p a l 设计规模实际处理含水率9 7 含水率9 7 的污泥量每1 0 4 m 3 d 产 厂名x 1 0 4n 1 3 d污水量的污泥量占污水量的比例生的干泥量 x 1 0 4 m 3 dm 5 dot d 东区污水厂 3 43 2 51 0 93 31 0 0 6 睦阳污水厂 7 55 4 32 1 23 91 1 7 北郊污水厂 21 8 96 63 51 0 4 8 闵行污水厂 55 4 72 1 74 01 1 9 天山污水厂 7 54 _ 3 62 1 34 91 4 7 涸塘污水厂 22 1 98 53 91 1 6 4 金山污水厂 1 70 9 14 14 51 3 5 2 嘉定污水厂 321 5 07 52 2 5 松江污水厂 6 829 34 71 3 9 5 重庆大学博士学位论文 国内外典型城市污水处理厂污水污泥处理工艺流程2 6 1 如图1 1 。 回流污泥 剩余污泥 而j 丽一而羽一雨面 图1 1 典型城市污水处理厂污水污泥处理工艺流程图 f i g u r e l 1 c o n v e n t i o n a lf l o wd i a g r a mo f w a s t e w a t e ra n ds l u d g et r e a t m e n ti n 1 门t 根据国家和地方的发展计划，未来1 0 年我国城市污水处理率将有大幅度提 高，显然，我国城市污泥处理技术、管理水平都必须迅速提高，才能满足污染控 制的要求，否则，城市污泥产生量将对环境产生明显的压力，还会使相关设旌的 巨额投入得不到应有的环境效益。 为使污泥处理处置技术和装备在我国能进一步向纵深方向发展，使我们进一 步接触一些高新设备，在“十五”期间使污泥处理处置技术从工艺到设备更趋于完 善、先进，中国土木工程学会水工业分会排水委员会于2 0 0 3 年3 月在深圳召开 了污泥处理处置技术与装备国际研讨会。 城市污水处理厂污泥因其含水率高，体积大，易腐败等特点【2 6 】，给运输和后 续处理带来很多不便，城市污水处理厂污泥处理处置费用高，据统计 2 8 1 ，在我国 城市污水处理中，传统污泥处理投资占污水处理厂总投资的3 0 4 0 ，运行费 用约占污水处理厂总运行费用的2 0 5 0 ，在西方发达工业国家，污泥处理成 本往往占整个污水处理厂运行费用的5 0 以上 2 9 】，污泥处理处置越来越引起人们 的重视。 污泥处理处置的目的以减容化，稳定化，无害化，资源化为原则 3 叭。 污泥浓缩的主要目的和意义在于减少污泥的体积【3 ”，降低后续构筑物或处理 单元的压力，如减少消化池的容积和加温污泥所需的热量。 污泥浓缩工艺或设备的选择主要取决于产生污泥的污水处理工艺、污泥的性 质、污泥量和需达到的含水率要求。 1 1 2 污泥浓缩工艺的研究应用现状 目前国内外城市污水处理厂剩余污泥浓缩的方法通常有三种：重力浓缩，气 浮浓缩、机械浓缩等。 l 重力浓缩 l 污泥浓缩和涡凹气浮工艺的研究应用现状和发展趋势 重力浓缩本质上是一种沉淀工艺，属于压缩沉淀 3 “。 初沉池污泥的比重平均为1 0 2 1 0 3 ，污泥颗粒本身的比重约为1 3 1 5 ，初 沉污泥易于实现重力浓缩；活性污泥的比重约在1 0 1 0 0 5 之间，活性污泥絮体 本身的比重约为1 o 1 o l ，当处于膨胀状态时，其比重甚至小于1 ，因而活性污 泥一般不易实现重力浓缩。 重力浓缩池一般采用固体表面负荷进行设计 3 3 】，初沉污泥的固体表面负荷一 般采用9 0 1 5 0 k g m 2 - d ，二沉池污泥含水率为9 9 2 9 9 6 时，二沉污泥固体表 面负荷一般采用1 0 3 0 k g m 2 d ，污泥浓缩时间不小于1 2 小时，浓缩后污泥含水 率为9 7 9 8 。在污水处理厂中一般将初沉污泥和二沉污泥混合后采用重力浓 缩，这样可以提高重力浓缩池的浓缩效果，重力浓缩池固体表面负荷取决于二种 污泥的比例，运行负荷一般5 0 9 0 k g m 2 d 。 重力浓缩可以分为间歇式和连续式两种，间歇式重力浓缩主要用于小型污水 处理厂，连续式重力浓缩主要用于大、中型污水处理厂。 目前重力浓缩池仍是城市污水处理厂污泥浓缩的主要技术。虽然工艺技术、 构造和运行管理简单，但占地面积大、卫生条件差。不进行曝气搅拌时，在池内 可能发生污泥的厌氧消化，污泥上浮，从而影响浓缩效果，这种厌氧状态还使污 泥已吸收的磷释放，重新进入污水之中。安装在重力浓缩池中心的水下轴承易出 故障，搅拌栅易腐蚀，常造成停池检修。重力浓缩后的污泥含固率低，特别是对 于剩余活性污泥的重力浓缩，一般浓缩后污泥含固率不超过4 ，含固率低使后续 处理构筑物容积增大，增加投资和运行成本，随着污水处理工艺的发展和污水处 理标准的提高，特别是对脱氮除磷的要求的提高，使重力浓缩工艺在剩余活性污 泥浓缩方面的应用受到限制。 2 气浮浓缩 根据气泡形成的方式，气浮可以分为：压力溶气气浮、生物溶气气浮、涡凹 气浮、真空气浮、化学气浮、电解气浮等 4 】，在污泥处理中压力溶气气浮工艺己 广泛应用于城市污水处理厂剩余活性污泥的浓缩【3 ”，生物溶气气浮工艺浓缩活性 污泥也有应用【”，涡凹气浮工艺和其它几种气浮工艺在城市污水处理厂污泥浓缩 中的应用尚未见报道。 1 )压力溶气气浮 十九世纪末，压力溶气气浮( d a f ) 工艺最早应用于采矿工业，二十世纪二 十年代，压力溶气气浮( d a f ) 技术开始应用于水处理领域【3 研。压力溶气气浮( d a f ) 技术广泛应用于工业废水处理中，也被应用于城市污水处理厂的污水处理及污泥 浓缩等领域。 自1 9 5 7 年第一个压力溶气气浮( d a f ) 装置在纽约的b a yp a r k 污水处理厂成 重庆大学博士学位论文 功地用于处理污泥以来，压力溶气气浮( d a f ) 技术在许多国家城市污水厂得到 了广泛应用，如挪威g r o s s 污水处理厂采用d a f 浓缩b i o w i n 生物脱氮除磷工艺 产生的剩余污泥，取得了满意的结果【3 6 】。 压力溶气气浮( d a f ) 具有较好的固液分离效果，不投加调理剂的情况下， 污泥的含固率可以达到3 以上，投加调理剂时，污泥的含固率可以达到4 以上 口”，为了提高浓缩脱水效果，通常在污泥中加入化学絮凝剂，药剂费用是污泥处 理的主要费用。 压力溶气气浮在国外已广泛应用于城市污水处理厂的剩余污泥浓缩，m s u g a h a r a 3 7 垮对溶气气浮浓缩剩余活性污泥的主要影响因素进行了研究，1 撕h a k c h u n g l 3 8 等研究了压力溶气气浮浓缩剩余活性污泥时压力和回流比的影响，h a r i s h a r a 【3 9 肄对压力溶气气浮浓缩污泥的性能进行了评价，l r j v a nv u u r e n 4 0 1 等也 报道了压力溶气气浮浓缩污泥的应用情况。 我国8 0 年代开始对压力溶气气浮( d a f ) 浓缩城市污水处理厂剩余污泥进行 研究，高廷耀【4 l 】等研究了高温酸化，中温两相甲烷化和中温单相厌氧工艺处理气 浮浓缩污泥的性能。姚毅 4 2 】等通过压力溶气气浮工艺对上海市东区污水处理厂和 彭浦新村污水处理厂的剩余污泥进行浓缩试验，分析讨论了污泥性质、气固比、 固体负荷、气浮池高度、混凝剂及刮泥等因素对气浮浓缩效果的影响，认为：沉 降、压缩性能、活性较好的污泥其气浮浓缩性能也较好，固体负荷是影响浮泥浓 度的主要因素。何群彪掣4 3 】采用压力溶气气浮( d a f ) 对上海北郊污水处理厂剩 余污泥进行了小试和中试研究，得出了压力溶气气浮浓缩剩余活性污泥工艺的主 要设计和运行参数。主要参数为：气固比为a s = 0 0 1 0 0 2 5 ，溶气压力：0 2 5 0 3 5 m p a ，固体负荷：3 5 0 4 5 0 k g m 2 - d ，水力负荷：1 5 0 2 0 0 m 3 m 2 d ，污泥含固 率达4 ，出水s s 暑 焉 岂 磐 厶 u 0 00 51 01 52 02 53 0 f 0 4 1 9 0 s h 、f 0 4 2 4 8 、f 0 4 4 4 0 口i d o s a g e ( k g t d s ) 0 00 51 01 52 02 53 0 f 0 4 1 9 0 s h 、f 0 4 2 4 8 , f 0 4 4 4 0 s hd o s a g e ( k g t d s ) 0 00 51 01 52 02 53 03 54 0 f 0 4 1 9 0 s h 、f 0 4 2 4 8 、f 0 4 4 4 0 s hd o s a g e ( k g t d s ) 图2 4f 0 4 1 9 0 s h 、f 0 4 2 4 8 、f 0 4 4 4 0 s h 投加量对电位的影响 a ) l “氧化沟混合液( m l s s ：3 6 9 n u )b ) 2 4 氧化沟混合液州l s s ：1 02 9 l ) c ) 回流泵站污泥( m l s s ：2 62 9 l ) f i g u r e2 4 t h ee f f e c to f f 0 4 1 9 0 s h 、f 0 4 2 4 8 、f 0 4 4 4