城市污水处理厂污泥处理与处置工程设计

课程设计报告书城市污水处理厂污泥处理与处置工程设计学院环境与能源学院专业环境工程学生姓名学生学号指导教师课程编号课程学分起始日期

教师评语教师签名：日期：成绩评定备注

城市污水处理厂污泥处理处置工程设计一、城市污水处理厂污泥处理处置现状1.1城市污水处理厂排泥现状1.1.1城市污泥处理厂污泥产量

随着我国城镇生活污水排放量的增加和污水处理能力、污水处理率的提高，污泥的产生量也逐年增加。中国现有人口13亿多，城市640多个，城市人口

2.7亿，截至2013年3月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3451

座，污水处理能力约1.45亿立方米/日，产生污泥约3000万余吨[1]。污水厂在净化污水的同时，产生的污泥量约占污水总处理的0.3%-5%（含水率为97%计），目前我国年产干污泥近30万吨，折合湿污泥含量约为750万吨（96%的含水率）。1.1.2城市污水处理厂污泥的特征

城市污水处理厂的污泥，是伴随污水处理过程的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体污泥等组成的复杂的非均质体，其数量约占处理水量的0.3%~0.5%。这种污泥富集了污水中的污染物，除含有灰分和大量水分（95%~99%）外，还含有大量的有机物、病原微生物、细菌、寄生虫卵、挥发性物质、重金属、盐类以及植物营养素（氮、磷、钾）等。所以必须进行处理和处置，以防止二次污染。而其主要特性是体积庞大，分散性差，有机物含量高且易腐化发臭，污泥颗粒较细，比重较小，状态介于液固之间，虽然可以用泵运输，但是很难通过沉降进行固液分离。

1.2城市污水处理厂污泥处理现状

近年来，我国城乡污水处理量大幅增加，污水处理厂产生的污泥的产量也随之剧增，但资源化利用率仍然很低。不足50%的污泥进行了堆肥和建材利用等处置和资源化利用，其余污泥只是进行了简单的临时堆置，缺乏有效的最终出路。

由于全国污泥无害化处理和循环利用设施严重不足，致使大量污泥简单堆置于废弃沙坑和沙荒地，易对环境造成二次污染，社会反响强烈，污泥处理处置问题亟待解决。

1.2.1城市污水处理厂污泥处理技术与原理

我国所处理污泥的类型按照来源主要分为生活污水污泥、工业废水污泥和给水污泥。按照处理方法和分离过程又可分为初沉污泥、腐殖污泥、浓缩污泥；其中又包括了有机污泥和无机污泥、亲水性污泥和疏水性污泥。

根据现行的《城市污水处理及污染防治技术政策》规范：城市污水处理产生的污泥，应采用厌氧、好氧和堆肥等方法进行稳定化处理。也可采用卫生填埋方法予以妥善处置。经过处理后的污泥，达到稳定和无害化要求的，可农田利用；不能农田利用的污泥，应按照有关的标准和要求进行卫生填埋处置。

污泥处理的目的主要是减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥处理处置的工艺流程主要有浓缩、稳定、脱水和处置等。

污泥浓缩

污泥浓缩主要目的是使污泥初步减容，缩小后续处理构筑物的容积或设备容量，污泥浓缩后含水率可降为

95%～97%，近似糊状，可以达到污泥的减量化。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩法、气浮浓缩法、带式重力浓缩法和离心浓缩法，还有微孔浓缩法、隔膜浓缩法和生物浮选浓缩法等。重力浓缩法是污泥处理广泛采用的一种方法，它有

50

多年历史，是目前污泥浓缩方法的主体。它利用重力作用的自然沉降分离方式，通过在沉淀中形成高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的，不需要外加能量，是一种最节能的污泥浓缩方法，适用于初沉污泥、化学污泥和生物膜污泥。气浮浓缩于

1957

年出现在美国。此法固液分离效果较

好，目前应用已越来越广泛，适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统，尤其是生物除磷系统的剩余污泥。机械浓缩方法出现在

20

世纪30

年代的美国，此方法占地面积小，造价低，但运行费用与机械维修费用较高，其中较常见的是带式重力浓缩法，它是利用带式重力浓缩机的一种机械浓缩法，适用于各种生物污泥。离心浓缩法是利用污泥中固、液比重不同而具有的不同的离心力进行浓缩。离心浓缩法的特点是自成系统，效果好，操作简便；但投资较高，动力费用较高，维护复杂；适用于大中型污水处理厂的生物和化学污泥。

污泥稳定

国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化、好氧消化，污泥堆肥正处于不断研究阶段，而热解和化学稳定方法或者是由于技术的原因或者是由于经济、能耗的原因而很少被采用[2]。污泥消化即是借助微生物的代谢作用，使污泥中有机物质分解成稳定的物质，回收利用消化过程中所产生的沼气。其优点为：(1)与消化前污泥相比可减少30%的体积；(2)生成的沼气是可利用能源；(3)消除了恶臭；(4)厌氧菌有一定的抗菌作用，在一定程度上改善了污泥的卫生性；(5)增加了污泥作为肥料的可利用性。污泥好氧堆肥其特点为自身产生一定的热量，并且高温持续时间长，不需外加热源，即可达到无害化；并使难于降解的纤维素物质分解，使堆肥物料有了较高程度的腐殖化，提高有效养分；产品无味无臭、含水率低、容重小，便于运输施用和后续加工复混肥(商品肥)。上述几种污泥稳定方法在国内所占的比例为

：无污泥稳定55.70%、好氧消化2.81%、厌氧消化38.04%、污泥堆肥3.45%。

污泥脱水

污泥经浓缩、消化后，尚有95%～97%含水率，且易腐败发臭，需对污泥作干化与脱水处理。污泥脱水其目的是使固体富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。为使污泥液相和固相分离，必须克服它们之间的结合力，所以污泥脱水所遇到的主要问题是能量问题。针对结合力的不同形式，有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脱水效果。常用脱水方法有自然干化法和机械干化法两种，国内现有的污泥脱水措施主要是机械干化法。机械干化法可分为加压脱水（滚压脱水、压滤脱水）、离心脱水（高速离心机、中速离心机、低速离心机）、真空吸滤脱水（间歇式、连续式）以及干燥法。其中带式压滤脱水和离心脱水应用最广，而干化场由于受到地区、气候条件的限制很少被采用。几种污泥脱水技术在国内所占的比例为：无污泥脱水48.65%、干化场10.81%、滚压带式脱水37.84%、其他脱水方式2.7%。

1.2.2城市污水处理厂污泥处置技术现状与原理

城市污泥的利用和最终处置方法有很多

污泥土地利用

污泥堆肥是污泥农用的常规技术，分为污泥单独堆肥和污泥垃圾合并堆肥。污泥土地利用即使用堆肥技术，在园林绿化方面生产生污泥肥料、热污泥肥料以及污泥与化肥的复合肥料作为造林、育苗和园林绿化等的基质或肥料；或将处理后污泥作为盐碱地、沙化地和废弃矿场的土壤改良材料；或作为农用肥料、农田土壤改良材料。

污泥单纯处置

处理后的污泥若不加以利用，则需进行填埋或投海。填埋又包括在城市生活垃圾填埋场进行混合填埋(含填埋场覆盖材料利用)、

在专门填埋污泥的填埋场进行单独填埋、或用于

填地和填海造地的特殊填埋。

污泥焚烧

污泥既可以在专门的污泥焚烧炉中进行单独焚烧，也可以与生活垃圾一起进行混合焚烧，可以在火力发电厂焚烧也可以利用工业锅炉焚烧。

污泥建筑材料利用

污泥可以作为制做水泥的添加料及部分原料，同时可以制砖，也可以作为轻质骨料如陶粒等的原料，还可以作为生化纤维板等其他建筑材料的部分原料。

1.3污泥处理设计过程

1.3.1设计任务

某污水处理厂污泥处理站工艺设计，该厂污泥产生量按湿重算200kg／d，污泥含水率为98%

1.3.2设计内容

收集、查阅相关资料，了解城市污水处理厂污泥的成分、特点及特征、要求；通过论证分析和技术经济比较，确定较为合理的污泥处理处置工艺流程；处理设备选型，确定设计参数，确定主要设备的规格、型号、配置；处理工艺分析，进行平面布置和高程布置设计；对二次污染的问题进行监测、控制设计；提出日常监测项目、劳动定员等管理方面的要求；经济评估，对处理厂的投资和运行费用估算。

1.3.3设计依据

《中华人民共和国污水污泥处理标准》

二、污泥处理工艺流程确定2.1工程规模

该污泥处理工艺的日工作量是对200kg、含水率98%的污泥进行浓缩、稳定、脱水、最终处置等一系列活动。需要建成污泥浓缩池、厌氧消化池、脱水装置、贮泥池，属于一般规模的工程。

2.2工艺比选

2.2.1污泥浓缩工艺比选

重力浓缩适用于活性污泥、活性污泥与初沉污泥的混合体以及消化污泥的浓缩，不宜用于脱氮除磷工艺产生的剩余污泥、腐殖污泥与高负荷腐殖污泥。重力浓缩根据运行方式不同又分为连续式和间歇式，间歇式重力浓缩池适用于小型污水处理厂。气浮浓缩适用于相对密度接近1.0的疏水性物质，可将含水率为99.5%的活性污泥浓缩到94%～96％。气浮浓缩适用于脱氮除磷系统的污泥浓缩，不适用于初沉池污泥、腐殖污泥、厌氧消化污泥等。离心浓缩是利用污泥中的固体与液体的相对密度差，在离心力场所受的离心力的不同而被分离浓缩。因此适用范围较广，但运行与维修费较高。表1污泥浓缩方法比较[4]2.2.2污泥稳定工艺比选

污泥消化分为好氧消化和厌氧消化，污泥稳定最常用的方法是厌氧消化工艺。厌氧消化工艺可分为传统厌氧消化法、二级厌氧消化法和两相厌氧消化法，消化过程控制温度为30～35℃时，称为中温厌氧消化，消化时间约为20～30d。若控制温度为50～55℃时，称为高温厌氧消化，消化时间约为10～15d。污泥经过厌氧消化后，可生物降解的有机物被降解35%～45%，体积可减少60％～70%。一级消化工艺是污泥在单级消化池内进行搅拌和加热，完成消化。二级厌氧消化时利用污泥消化过程的特点，采用两个消化池串联运行，第一座消化池设有加温、搅拌与沼气收集装置，第二座不设加温与搅拌，利用来自第一座消化池污泥的余热，继续消化，主要功能是浓缩和排除上清液。两相厌氧消化是将污泥消化的三个阶段分置于产酸相应反应器和产甲烷相消化池，使各自在最佳的环境中完成反应，达到提升反应速率，缩短反应时间，减小消化池体积的目的。

2.2.3污泥脱水工艺比选

污泥脱水的主要目的是污泥减量，目前主要采用机械脱水，常用的污泥脱水机械有真空转鼓过滤机、自动板框压滤机、滚压带式压滤机、离心脱水机四种，性能比较：表2污泥脱水工艺比较2.2.4污泥处置工艺比选

大多数国家的污泥处理较多采用焚烧、填埋、堆肥和投海等实用性方法。焚烧法的技术和设备复杂、耗能大、费用较高，并且有大气污染问题；填埋法，国内主要与垃圾混合填埋，建设填埋场地，费用50-60元/t,易污染水源、大气、占地面积大，存在安全隐患，并且，目前我国用于填埋的土地资源紧张，污泥填埋渠道将很快没有出路。投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁[3]。根据国内具体情况出发，污泥农用是最为可行、最为现实的处置方案。且该水厂处理污泥量较少，可对脱水后的污泥采取好氧发酵制肥，好氧发酵过程通过好氧性微生物的代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢物是二氧化碳、水和热量，大量热量使物料维持持续高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。这种反应过程无任何有害物质产生，尽管没有一种生物分解是无味的，但经过正确处理的好氧发酵做产生的气味很小。经比较，好氧发酵的设备投资及运行能耗均比厌氧发酵降低三分之一，是节能高效的制肥工艺。同时，由于其设备较少，运行管理简单，特别适用于中小型污水处理厂。

2.3工艺的确定设计剩余污泥→浓缩池→提升泵房→厌氧消化→污泥脱水机房→好氧堆肥

选用间歇式重力浓缩池，中温两级消化、带式压滤机，好氧堆肥法最终处置。

三、处理构筑物及主要设备设计说明3.1间歇式重力浓缩池[5]

3.1.1构筑物设计

这里采用的是重力浓缩法，其对应构筑物为重力浓缩池。污泥浓缩池间歇运行，运行周期12h,其中各构筑物排泥、污泥泵抽送污泥时间设为0.5h，污泥的浓缩时间取10h,浓缩池的排水时间取1.0h,闲置时间取0.5h。

设计参数

泥量为200kg／d,污泥含水率P1为98%，污泥绝干密度取2600kg/m3，水密度为1000kg/m3，则剩余污泥密度为（2600·0.02+1000·0.98）=1032kg/m3为便于操作，浓缩周期T（包括进泥、浓缩、排水、排泥）取12h,浓缩后污泥含水率P2取96%设计计算

污泥流量Q=2001032=0.20m干污泥量X=0.2·0.02·2600=10.4kg/d

每周期进入浓缩池的污泥体积V1=TQ=0.1m3/d

每周期浓缩后污泥体积V2=（1-P1)(1-P2)·V1=1-0.981-0.96·0.1=0.05m3浓缩池直径与水深之比取2，池底倾角取20度，有效水深h2与浓缩池浓缩池有效体积V的关系为πh23+解上式得h2=3浓缩池直径D=2h2=0.70m

锥体部分的高度h3=D2tan200=0.1274m

浓缩池超高取h1=0.2m，则浓缩池实际深度为H=h1+h2+h浓缩后污泥量Vs=2V2=0.1m3

浓缩后泥位：

锥体部分体积V3=πD2∆h∆h2=4污泥厌氧消化系统的设计包括池型和构造，搅拌系统给，加热系统，药剂投配系统和沼气系统设计。以下是池型尺寸的设计计算。污泥经浓缩后，含水率为96%，污泥量0.1m3/d,采用中温两级消化，污泥龄采用经验数据θ消化池有效容积计算：V=Qθ=0.1×容积比一级：二级=2;1,一级消化池总容积为1.33m3，共两座，二级消化池容积为0.67m3，一座。设计采用圆柱形消化池几何尺寸。一级二级消化池采用相同池型。消化池直径D采用1m，集气罩直径d3=0.1m，高h4=0.1m，池底锥底直径d2=0.1m，锥角采用150，故：h2=h3=1消化池柱体高度h1=D=1m集气罩容积V4=π上盖容积V3=13×π下锥体容积等于上盖容积，即V2=V3=0.00058m3柱体容积V1=π故消化池有效容积V=V1+V2+V3=0.786m3>0.67m3消化池各部分表面积：集气罩表面积A4=π上盖表面积A下锥体表面积A消化池柱体表面积A消化池总表面积A=3.3贮泥池与污泥泵3.3.1贮泥池设计进泥量：经浓缩排出含水率P2=96%的污泥，污泥量Q'为0.1m3/d。设贮泥池1座，贮泥时间取12h。

池容V=Q'T=0.05m3贮泥池尺寸（将贮泥池设计为正方形）L×B×H=0.37×0.37×0.37=0.05063.3.2污泥提升泵选型选用螺杆泵：原因在于螺杆泵能够连续、均匀地输送介质，没有湍流、搅动、脉动和剪切现象，特别适用于泵送浓缩污泥，最大程度地保持污泥性质，保护絮体不被破坏，从而获得最佳的脱水效果。小型螺杆污泥泵两台，一用一备，不单设泵房。3.4污泥脱水机房设计3.4.1脱水机房设备污泥脱水的目的是脱除污泥毛细水，在污泥脱水之前可以需要加药调理，改善污泥脱水性能，提高脱水能力。此处先用带式压滤机。

取设计参数浓缩后污泥含水率为96%；

压滤后污泥含水率为75%

单个污泥浓缩池浓缩后污泥体积：V1

取压滤时间T＝4h，设计污泥量Q＝0.1m3/d；考虑安全系数1.25，滤布宽0.5m，则可求过滤产率Y。以此确定压滤机2台，一用一备。单螺杆污泥投配泵2台，与两台压滤机一一对应。投配泵的扬程应根据吸泥液位和压滤机高度差及管路的水头损失计算。

3.4.2加药系统用带式压滤机脱水的污泥，化学调剂采用聚丙烯酰胺PAM,对于混合生污泥投加量为0.15%~0.5%投药量按污泥干重的0.3%计算：G=2600×0.02×0.2×0.003=0.0312kg/dPAM药液浓度P3为1%，以此求得药液体积:V=G/脱水机房每日配药2次，每次配药0.00156m3，考虑安全与搅拌时的安全超高，设计选用1个容积为0.002m3的药箱。3.5好氧堆肥车间未找到合适的设计计算与图纸，遂改运脱水后泥块出厂做其他土地利用。

四、设计结果分析4.1生产班次和人员安排类别职务人数生产人员设备操作工（白班）1设备维修工、电工原有设备操作工（夜班）1辅助人员司机堆肥站定员总计2工作量小，仅需两位值班人员4.2工程总概算序号耗资项目单位数量单价（万元）金额(万元）1螺杆污泥泵台40.582.322间歇式重力浓缩池土建座1？3二级厌氧消化单元土建座3？4带式压滤机台29185贮泥池土建座1？6药剂投加(PAM)吨0.0114/y20.0228/y7人员薪资人/元24/y8/y总计由于此次工艺设计处理量较小，未找到合适的比对，土建资费无法确定4.3工艺处理结果工艺处理后可使污泥含水率降到75%，其中污泥干重10.4kg/d4.4环境管理与监测4.4.1绿化管理1）厂区内广植抗污染较强的树种，以改善景观并减少废气、臭味的影响。2）各功能区之间根据需要设置绿化隔离带，以减小相互间的影响。4.4.2环境监测项目：废气：处理站恶臭监测项目H2S、NH3，监测频次为月一次，监测点于厂区的污泥综合处理车间。噪声：定期对污泥处理站噪声进行监测。由于污泥处理站占地面积小且不接触土壤，不必进行土壤监测。五、课程设计总结这次的设计真的是收获太多，我对于污泥处理处