第21章 污泥处理与处置

1、第第21章章 污泥处理与处置污泥处理与处置21.1 污泥的分类、性质与产生量21.2 污泥处理处置的基本方法21.3 污泥浓缩21.4 污泥的稳定21.5 污泥的调理21.6 污泥脱水21.7 污泥的干燥与焚烧21.8 污泥的最终处置与利用 目的：使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；使有毒有害物质得到妥善处理或利用；使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理使有用物质能够得到综合利用，变害为利。21.1污泥的分类、性质与产生量污泥的分类、性质与产生量21.1.1污泥的分类污泥的分类1.按成分分类：污泥；沉渣按成分分类：污泥；沉渣2. 按来源分类：初次沉淀污泥按来源分类：初次沉淀污泥 ；剩余活性

2、污泥 ；腐殖污泥 ；消化污泥 ；化学污泥 。21.1.2污泥性质的表征 1. 污泥的含水率：污泥中所含水的质量与污泥总污泥的含水率：污泥中所含水的质量与污泥总质量之比的百分数质量之比的百分数 式中 V1、W1、c1污泥含水率为p1时对应的污泥体积、质量与固体物浓度；V2、W2、c2污泥含水率变为p2时对应的污泥体积、质量与固体物浓度。12122121100100ccppWWVV（21-1） 2. 污泥的脱水性能污泥的脱水性能污泥的脱水性能可用污泥比阻来衡量，污泥比阻（r）是指在一定压力下，在单位过滤介质界面上，单位质量的干污泥所具有的阻力。计算公式如下：WbPAr22（21-2） 式中 r污泥

3、比阻，m/kg；P真空度，N/m2；A过滤介质面积，m2；B比阻测定中的一个斜率系数，s/m6；滤液的动力粘度，Ns/m2；W是单位体积滤液所产生的干污泥质量，kg/m3。 图图21-1 比阻测定装置及直线图比阻测定装置及直线图a）比阻测定装置 b）直线图1水射器（产生真空） 2稳压瓶 3阀门 4真空表 5布氏漏斗 6量筒3. 灼烧减量和灼烧残量灼烧减量和灼烧残量将105110烘干后的污泥试样放置在马弗炉（600）中灼烧，使污泥中的有机物质燃烧而损失掉。灼烧前后污泥试样损失部分的质量占灼烧前污泥总量的百分数称为灼烧减量，剩余部分的质量占灼烧前污泥总量的百分数称为灼烧残量。灼烧减量（GV）和灼烧

4、残量（GR）的关系为： GV（%）100GR（） （21-4）表表21-2 各种污泥的灼烧减量各种污泥的灼烧减量污泥类型新鲜初次沉淀污泥新鲜二次沉淀污泥消化不好的污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥灼烧减量/%6075558055705560455530454. 污泥密度和干物质密度污泥密度和干物质密度污泥的密度指的是单位体积污泥的质量，其数值也常用相对密度，即污泥与水（标准状态）的密度之比来表示，可用21-5式计算：)100(100)100()100(wtwttwwwwspppppp（21-5） 式中 s污泥的相对密度； t 污泥干物质的相对密度；pw污泥的含水率，单位均为。如果在污

5、泥干物质中，灼烧减量和灼烧残量物质的相对密度分别为GV和GR，则干物质的相对密度可按21-6计算：GRGVtGVGV100100（21-6） )(100100GVGRGVGRGVtGV（21-7） 灼烧减量GV物质的相对密度一般约等于1，灼烧残量GR物质的相对密度约为2.52.65，若以2.5计，则：)5 . 1100(250GVt（21-8） 将式（21-8）代入式（21-5）得： )5 . 1100)(100(25025000GVppwws （21-9） 5. pH值值表表21-3 各种污泥的各种污泥的pH值值污泥类型新鲜初次沉淀池污泥新鲜二次沉淀污泥消化不好的污泥消化一般的污泥消化好的污

6、泥消化很好的污泥pH5.07.06.07.06.57.06. 碱度碱度 表表21-4 各种污泥的碱度各种污泥的碱度污泥类型新鲜初沉池污泥新鲜二次沉淀污泥消化不好的污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥碱度mg/LCaCO350010005001000有时50010002500200035003000450040005500mmol/L20402040有时20401008014001201801602207. 有机物的含量有机物的含量 表表21-5 主要有机物的产气量主要有机物的产气量有机物名称单位质量有机物的产气量/（m3/kg）沼气成分碳水化合物0.

7、79CH4：50% CO2：50%油脂1.25CH4：68% CO2：32%蛋白质0.7CH4：71% CO2：29%8. 有机酸的含量有机酸的含量有机酸是污泥厌氧消化过程的中间产物，有机酸的含量一般用醋酸（CH3COOH）含量（mg/L或者mmol/L）表示，它是评价消化过程是否正常进行的重要指标。9. 污泥颗粒组成污泥颗粒组成污泥颗粒的组成，对于采用离心式脱水机的污泥脱水工艺而言尤为重要 10. 污泥热值污泥热值由于污泥中含有有机物，所以污泥具有热值。 表表21-6 各种污泥固体物的典型热值各种污泥固体物的典型热值污泥类型新鲜污泥消化一般的污泥消化好的污泥消化很好的污泥污泥热值（kJ/kg

8、）16.513.610.68.011. 污泥肥分污泥肥分污泥中含有很多植物营养物、有机物及腐殖质等。营养物主要包括氮、磷和钾。 12. 污泥的沉降、浓缩性能污泥的沉降、浓缩性能污泥长时间放置，会或多或少释放出水分，缓慢地搅拌会促进水分的释放。 13. 污泥的垃圾填埋场承载性能污泥的垃圾填埋场承载性能污泥的最终处置有时是在垃圾填埋场填埋，为了保证填埋所需的机具能够在填埋场上正常运行，仅对污泥中的最低含固率（一般至少为3040）提出要求是不够的。 21.1.3污泥的产生量污泥的产生量在确定城市污水处理厂的污泥产生量时必须考虑在确定城市污水处理厂的污泥产生量时必须考虑到：到：进厂污水成分；进厂污水成

9、分；格栅、沉砂池的设计；格栅、沉砂池的设计；初次沉淀池的设计（水力表面负荷、停留时初次沉淀池的设计（水力表面负荷、停留时间）；间）；污水的生物处理程度；污水的生物处理程度；脱氮、除磷脱氮、除磷的措施；的措施；所辖流域内排水体制；所辖流域内排水体制；污水处理污水处理厂的运行方式。厂的运行方式。根据污水中悬浮物浓度、污水流量、去除率及污根据污水中悬浮物浓度、污水流量、去除率及污泥含水率，初次沉淀泥含水率，初次沉淀池的污泥量可用式池的污泥量可用式21-11计算：计算：式中 V初次沉淀污泥量，m3/d；Q污水流量，m3/d；固体悬浮物去除率，；c0进水悬浮物浓度，mg/L；p污泥含水率，；沉降后污泥的

10、密度，以1000kg/m3计。式21-11适用于初次沉淀池，剩余活性污泥量的计算照本书有关章节的公式计算。pQcV1001010030（21-11） 21.2 污泥处理处置的基本方法污泥处理处置的基本方法污水处理过程中产生的污泥必须处理处置到对环境无害的程度。21.2.1污泥处理处置的原则污泥处理处置的原则污泥的处理处置应遵循减量化、稳定化、无害化并逐步提高污泥资源化程度的原则。21.2.2污泥处理处置基本工艺流程污泥处理处置基本工艺流程污泥处理处置的方法很多，基本工艺可分为以下几类：浓缩前处理脱水好氧消化土地还原；浓缩前处理脱水干燥土地还原；浓缩前处理脱水焚烧（热分解）灰填埋；浓缩前处理脱水

11、干燥熔融烧结作建材；浓缩前处理脱水干燥用作燃料；浓缩厌氧消化前处理脱水土地还原；浓缩蒸发干燥用作燃料；浓缩湿法氧化脱水填埋。21.3 污泥浓缩污泥浓缩有重力浓缩、机械浓缩、气浮浓缩等方法。21.3.1重力浓缩重力浓缩重力浓缩主要利用污泥的自然沉降进行分离，不需要外加能量，是一种节能的浓缩方法。重力浓缩实际上是一种沉降分离工艺，一般属压缩沉淀。1重力浓缩的基本原理重力浓缩的基本原理1污泥重力浓缩本质上是一种重力分离过程，连续重力浓缩过程如图21-2所示。 图图21-2 连续式重力浓缩过程连续式重力浓缩过程1中心进泥管 2上清液溢流堰 3排泥管2重力浓缩池的类型重力浓缩池的类型按照运行方式，重力浓

12、缩池可分为间歇式重力浓缩池和连续式重力浓缩池两种。 图图21-3 间歇式重力浓缩池示意图间歇式重力浓缩池示意图1进泥管 2浓缩污泥排出管 3上清液溢流管 4排液管图图21-4 连续式重力浓缩池连续式重力浓缩池1中心进泥管 2污泥斗 3上清液溢流堰 4排泥管 5刮泥机 6搅动栅3重力浓缩池设计（1）固体通量（或污泥固体负荷） ；（2）水力负荷 ；（3）浓缩时间 ；（4）浓缩池有效水深 ；（5）污泥室容积和排泥时间 ；（6）浓缩后的污泥含水率 ；（7）当采用生物除磷工艺处理污水时，不应采用重力浓缩 ；（8）采用栅条浓缩机时，其外缘线速度一般宜为12m/min，池底向泥斗的坡度不宜小于0.05 ；（

13、9）污泥浓缩池宜设置去除浮渣的装置。21.3.2机械浓缩机械浓缩重力浓缩效果差的剩余活性污泥采用机械浓缩时可以取得良好的浓缩效果，采用机械浓缩对于进泥的含固率没有严格的要求，允许低于99.5%。机械浓缩不仅可以用于新建污水处理厂的污泥浓缩，而且也可以用于替换已建污水处理厂的重力浓缩池。1转鼓浓缩机转鼓浓缩机转鼓式浓缩机的外形是一外壳绷有滤网的圆柱形转鼓，滤网网孔直径约0.5mm。 优点优点：结构简单、紧凑，占地面积小；操作和维修方便，滤网更换方便；耗电少，一般为0.20.4kWh/m3；固体回收率可达99以上，转鼓式浓缩机分离的滤液清澈，可作为滤网的冲洗水。缺点缺点：需要投加的药剂量较大，一般

14、为5kg /t干固体；滤网网孔易堵塞，需用压力水定时进行冲洗。 2螺旋式浓缩机螺旋式浓缩机螺旋式浓缩机工作原理与转鼓式浓缩机类似，不同之处在于其绷有滤网的圆柱体外壳是固定不转动的，而其内部设有可转动的螺旋推进器。 图图21-5 螺旋式浓缩机结构示意图螺旋式浓缩机结构示意图1污泥进口 2絮凝反应器 3滤液排出口 4机体 5滤网 6污泥收集斗 7浓缩污泥输送泵3带式浓缩机带式浓缩机带式浓缩机是一种可连续运行的污泥浓缩机械，基本结构如图21-6所示 21-6 带式浓缩机示意图带式浓缩机示意图1进泥口 2絮凝反应器 3泥耙 4滤带 5冲洗水接头 6冲洗喷头 7滤液出口 8真空泵 9污泥收集斗 10浓缩

15、污泥泵4离心式浓缩机离心式浓缩机离心式浓缩机是一种可连续工作的浓缩机械，它与离心式脱水机在结构形式上是有区别的，如图21-7所示。 图图21-7 离心式浓缩机离心式浓缩机1皮带轮 2变速箱 3固体排出口 4外筒 5内筒 6调节堰板 7分离液排出口 8轴承 9底座 10驱动轮 11进泥管 12螺旋输送机21.3.3气浮浓缩气浮浓缩气浮浓缩是利用污泥与水的密度差产生的浮力使污泥上浮，达到固液分离，实现污泥浓缩的目的。 1气浮浓缩装置气浮浓缩装置气浮浓缩装置主要由三部分组成，即布气或溶气系统、溶气释放系统（存在于加压溶气气浮中）及气浮分离系统。2气浮浓缩工艺控制气浮浓缩工艺控制影响气浮浓缩的因素很多

16、，主要有压力、循环比、气固比、固体负荷和水力负荷、流入污泥浓度、停留时间、污泥种类和性质、絮凝剂的使用与否等。 3气浮浓缩的优缺点气浮浓缩的优缺点气浮法适用于浓缩剩余活性污泥和生物滤池污泥等颗粒密度较小的污泥，气浮浓缩具有以下优点：气浮浓缩污泥含水率低。可以使含水率为99.5%的活性污泥浓缩到含水率为94%96%；澄清液悬浮物浓度低。澄清液可回流到污水处理厂的入流泵房；无恶臭、无磷的二次释放。由于气浮池中的污泥含有溶解氧，因而恶臭气味较重力浓缩小得多，同时可避免磷的二次释放；气浮浓缩法占地面积小；但气浮浓缩运行费用比重力浓缩高。21.4 污泥的稳定污泥的稳定目的是减少污泥量，防止污泥污染环境，

17、提高污泥的利用价值。 21.4.1污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化污泥厌氧消化是应用最为广泛的污泥稳定化工艺。1厌氧消化的机理厌氧消化的机理厌氧生物稳定是一个多步骤的过程，各步骤之间既相互联系又相互影响，污泥厌氧稳定过程的最终产物是甲烷，污泥厌氧稳定的四个阶段与废水厌氧处理基本相同，此处不再重复。2污泥厌氧消化工艺污泥厌氧消化工艺污泥厌氧消化工艺有低负荷消化工艺、高负荷消化工艺、二相消化工艺等。 图图21-8 厌氧消化的搅拌和加热设备示意图厌氧消化的搅拌和加热设备示意图a）桨板搅拌设备 b）加热及循环搅拌设备1桨板 2循环泵 3螺旋板换热器3厌氧消化池的形式厌氧消化池的形式常见的厌氧消化池形式有3

18、种，如图21-9所示。图图21-9 厌氧消化池的不同形式厌氧消化池的不同形式a） 油罐状 b）传统的消化池 c）卵形消化池4厌氧消化池的设计厌氧消化池的设计（1）按消化时间或污泥投配率计算消化池的有效）按消化时间或污泥投配率计算消化池的有效容积：容积：式中式中 V消化池有效容积，消化池有效容积，m3； Q0每天要处理的污泥量，每天要处理的污泥量，m3/d； t d 消化时间，消化时间，2030 d； p 污泥投配率，污泥投配率，%。dtQV01000pQV（2）按固体容积负荷计算消化池的有效容积：式中 V消化池有效容积，m3； WS每天投入消化池的原污泥中挥发性干固体量，kgVSS/d； LV

19、消化池挥发性固体容积负荷率，kgVSS/（m3.d）。VSLWV 21.4.2污泥的好氧消化污泥的好氧消化当污泥量不大时可采用好氧消化，即在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，污泥中微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化，微生物机体的可生物降解部分被氧化去除。污泥好氧消化的消化程度高，剩余消化污泥量少。1好氧消化的机理好氧消化的机理污泥好氧消化处于内源呼吸阶段，细胞质反应过程如下：C5H7NO2+7O25CO2+3H2O+H+NO3 113 224可见，氧化1kg细胞质需氧224/1132kg氧气。2好氧消化池的构造好氧消化池的构造 图图21-11 好氧消化池工艺图好氧消化池工艺图1好氧

20、消化室 2泥液分离室 3压缩空气管 4中心导流管 5曝气孔板 6进泥管 7上清液排出管 8排泥管3好氧消化的优缺点好氧消化的优缺点优点优点：污泥中可生物降解有机物的降解程度高；上清液的BOD5浓度低；消化污泥量少，且无臭、稳定、易脱水，处置方便；消化污泥的肥分高，易被植物吸收；好氧消化池运行管理方便简单，构筑物基建费用低。缺点缺点：运行能耗多，费用高；不能回收能源；因好氧消化不加热，所以污泥有机物分解程度随温度波动大。21.5污泥的调理污泥的调理21.5.1污泥中水分的存在形式及其性质污泥中水分的存在形式及其性质污泥中所含水分大致有四种存在形式，即颗粒间的空隙水、毛细水、污泥颗粒吸附水和颗粒内

21、部水，如图21-12所示。图图21-12 污泥中水分的存在形式示意图污泥中水分的存在形式示意图1毛细水 2空隙水 3吸附水 4内部水 21.5.2污泥调理方法污泥调理方法污泥调理对于所有污泥都适用，但不同的污泥所能够达到的调理效果不同。污泥调理的方法很多，但主要的方法是化学调理法、物理调理法和热工调理法。项目污泥颗粒的粒径范围/mm1.00生污泥粒度分布/%冷冻前91.18.9冷冻后36.234.7消化污泥粒度分布/%冷冻前62.06.05.812.613.6冷冻后28.833.7表表21-7 冷冻处理前后污泥颗粒粒径组成变化冷冻处理前后污泥颗粒粒径组成

22、变化21.6 污泥脱水污泥脱水污泥经浓缩和消化之后，其含水率仍在96左右，体积很大，不便于运输，处理与利用。为了综合利用和最终处置，需要进一步脱水，提高泥饼的含固率，以减少污泥堆置的占地面积。污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要环节，其目的是使固体部分得到富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。污泥脱水的主要方法有自然干化法和机械脱水法两种 。21.6.1污泥的自然干化污泥的自然干化污泥自然干化的主要构筑物是干化场。图图21-13 人工滤层干化场人工滤层干化场1输泥管 2溅泥箱 3排水管 4隔墙 5围堤 6滤水层 7砾石层 8不透水底层21.6.2污泥的机械脱水污泥的机械脱水污泥脱水机械

23、主要分为两类，一类是过滤式脱水机械，分为负压过滤机械（如真空过滤机）和正压过滤机械（带式压滤机、板框压滤机）两种。 图图21-14 过滤脱水原理过滤脱水原理1污泥面 2滤饼 3过滤介质 4推动力 5滤液1带式压滤机带式压滤机带式压滤机是一种可连续工作的机械，由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层从一连串有规律排列的辊压筒间经过，依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨作用和剪切作用，把污泥层中的水分挤压出来，获得含固率较高的泥饼，从而实现污泥脱水。图图21-15 滚压带式脱滚压带式脱水机（对置滚压式）水机（对置滚压式）1混合槽 2金属丝网 3滚压轴 4刮板 5滤布 6出液口图图21-16 滚压带式脱水机

24、（水平滚压式）滚压带式脱水机（水平滚压式）1混合槽 2金属丝网 3滚压轴 4刮板 5滤布 6出液口2离心脱水机离心脱水机离心脱水机主要由转鼓和带空心转轴的螺旋输送器组成，如图21-17所示。 图图21-17 离心脱水机离心脱水机1进泥 2空心转轴 3转鼓 4进泥孔 5螺旋输送器 6出液口 7出泥口3板框压滤机板框压滤机板框压滤机由滤板、滤框、压紧装置、机架、冲洗、安全保护等装置组成。 图图21-18 板框式压滤机工作示意图板框式压滤机工作示意图a）滤板的结构 b）过滤时 c）排泥时1通气孔 2支撑凸块 3止推板 4泥饼 5排液孔 6压紧板 7挤压力 8进泥孔 9滤布 10泥饼收集4浓缩、脱水一

25、体机浓缩、脱水一体机浓缩、脱水一体机是将污泥的浓缩与脱水过程在一个设备中完成。主要有转筒浓缩滚压带式压滤一体机和离心浓缩脱水一体机两种类型。特点：可用于污泥特别是剩余活性污泥的浓缩与脱水，所需停留时间很短，不设重力浓缩池，占地面积小；剩余活性污泥从二沉池排出后，经化学调节直接进行浓缩、脱水，时间间隔短，避免活性污泥在重力浓缩中形成厌氧环境释放磷，因此特别适用于脱氮除磷工艺的剩余活性污泥的浓缩与脱水；污泥贮存时间短，因此比阻不会增加，脱水性能不会恶化，有利于浓缩与脱水；浓缩与脱水的效果好，可将剩余活性污泥的含水率从99.2%99.6%降低至75%80%；将厌氧消化污泥的含水率从94%98%降低至

26、62%75%；使好氧消化污泥的含水率从94%98%降低至75%80%；而且固体回收率可达99%；所需水、能量、化学调节剂较少，工程造价与处理成本都较低。21.7污泥的干燥与焚烧污泥的干燥与焚烧污泥脱水干化后，体积仍较大，为了便于利用与处理，可以进一步作干燥处理或焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至20以下，大大减小污泥体积，便于运输、利用或最终处置。通过焚烧可将污泥中的水分和有机杂质完全去除，并杀灭病原微生物。污泥干燥与焚烧各有专用设备，也可以在同一设备中进行。21.7.1污泥的干燥设备污泥的干燥设备常用的污泥干燥设备有回转圆筒干燥器、急骤干燥器和带式干燥器。1回转圆筒干燥器回转圆筒干燥器回转圆

27、筒干燥器干燥污泥的工艺流程如图21-19所示。 图图21-19 回转圆筒式干燥器工艺流程回转圆筒式干燥器工艺流程1浓缩污泥或脱水泥饼入口 2粉碎机 3燃料入口 4空气入口 5回转圆筒干燥机 6卸料室 7分配器 8旋风分离器 9细粉 10贮存池 11灰池 12除臭燃烧器2急骤干燥器急骤干燥器急骤干燥器系统如图21-20所示，它属于喷流的一种，常与污泥焚烧设备联合使用。 图图21-20 急骤干燥器与焚烧炉急骤干燥器与焚烧炉1进泥斗 2混合器 3灼热气体导管及笼式磨机 4急骤干燥器5旋风分离器 6蒸汽鼓风机 7焚烧炉 8干泥分配器 9旋风分离器 10贮仓 11滑动闸门 12装料设备 13贮仓通风机 14风机 15焚烧炉加泥仓 16链条炉蓖加泥机 17气闸 18安全阀 19伸缩接头3带式干燥器带式干燥器带式干燥器如图21-21所示，由成型机以及带式干燥器两部分组成。 图图21-21 带式干燥器带式干燥器1皮带输送器 2成型机 3网状传送带 4斗式输送机落5料仓 6送风机 7炉 8抽风机 9烟囱21.7.2污泥焚烧设备污泥焚烧设备污泥焚烧可分为两种，完全焚烧和湿式焚烧，湿式焚烧也称为不完全焚烧。1立式多段焚烧炉立式多段焚烧炉立式多段焚烧炉的结构如图21-22所示。 图图21-22 立式多段焚烧炉立式多段焚烧炉1泥饼传送带 2冷却