第4章-污泥处理与处置.ppt

1、污泥处理与处置技术,主讲人：王宗平 教授,TelE-mail:Z,主要内容,概论,污泥消化与处置,污泥浓缩、脱水与干化,污泥处理与处置工程实例分析,城镇污水处理厂污泥（以下简称“污泥”），是指在污水处理过程中产生的半固态或固态物质，不包括栅渣、浮渣和沉砂。,1.1 基本概念, 污泥,一、概论,消化污泥：经消化处理后的污泥， 或称熟污泥,统称生污泥或新鲜污泥,按来源不同分为,剩余污泥：来自活性污 泥法后的二沉池,化学污泥：混凝沉淀工艺中形成的污泥,腐殖污泥：来自生物膜 法后的二沉池,初沉污泥：来自初沉池, 污泥的分类, 污泥的成分及性质,污泥中除含有大量水分之外, 还含

2、有重金属、有机质、氮和磷等植物性营养元素以及有毒有害有机物, 这些物质的组成对污泥处理处置工艺选择起做重要作用。 （1）重金属：Zn是含量最高的元素, 我国城市污泥中 的Zn和Cu的超标率分别是9%和12% （2）植物养分含量：总体而言污泥有机物(VSS)含量为55%60% （3）有毒有害有机物：不易降解，潜危险性大，主要为多氯联苯、苯并芘、王基酚、王基酚单氧乙烯醚等, 污泥中水分,污泥中水分示意图,含水率： 污泥中所含水分的多少称含水率 剩余污泥含水率99.299.6% 脱水后的污泥含水率可达80% 脱水性能： 不同性质污泥的脱水性能差别很大 污泥比阻用于衡量污泥的脱水性能, 污泥的主要指标

3、,污泥比阻测定装置, 我国污泥处理处置现状 “十二五”期间我国将完成每年新增污水集中处理能力1500万m3/d，以新增污水处理量运行负荷率为75%以及污泥(含水率80%)占污水质量比例为0.6计算，“十二五”期间污泥年产量将以246万m3/年的速度递增。我国多数污水处理厂都是采用浓缩脱水处理, 而采用稳定化处理的污水厂比例不到20%(稳定化处理包括石灰稳定、消化、堆肥、化学稳定和热稳定等过程)，大部分处理厂污泥处理不到位。,1.2 我国污水厂污泥处理处置现状与问题,我国多数城市污水厂污泥的主要处理方法是土地填埋, 其次是污泥土地利用,填埋占了相当大的比例,但是由于填埋场大多为露天, 经过雨水淋

4、滤后, 没稳定和无害化的污泥很快恢复原形,对填埋场的安全构成严重威胁,处理不到位的污泥还造成填埋场渗滤系统的严重堵塞,严重污染附近的地下水,尤其是污泥与垃圾混合填埋时,使得不少垃圾填埋场的寿命大大缩短, 给城市垃圾处置带来很大的麻烦。污泥堆肥、干化、焚烧较少,作为建材利用所占比例就更少了。, 存在的问题 1 污泥处理率低、工艺不完善我国存在着重废水处理，轻污泥处理的倾向。很多城市未把污泥的处理作为污水厂的必要组成部分，往往是污水处理厂建成后，相当长的时间后才建污泥处理系统，造成我国城市污水污泥处理率很低。 2 污泥处理技术设备落后当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所摈弃的

5、技术，其水平还停留在发达国家的70、80年代的水平，有的甚至是国外的60年代的水平。,3 污泥处理管理水平低大部分污水厂的管理人员和操作人员的素质较差，缺乏管理经验，不能有效地组织生产。 4 污泥处理设计水平低我国的污水处理设计经验丰富，但在污泥处理方面，我国还缺乏实践经验和设计经验，尤其是污泥处理系统的整体水平还比较低。 5 污泥处理投资低国内污泥处理投资只占污水处理厂总投资的20%50%，而发达国家污泥处理投资要占总投资的50%70%。, 国内污泥处理处置技术发展 2004年我国上海建成第一座污泥干化焚烧厂, 陆续在多元化发展, 比如:重庆的污泥干化、污泥与水泥混烧;北京的污泥干化、堆肥、

6、污泥与水泥混烧, 深圳宝安污泥干化焚烧,温州污泥干化焚烧,杭州污泥与发电垃圾混烧,成都的污泥干化焚烧,天津纪庄子污泥干化焚烧, 秦皇岛的高温好氧堆肥等。,1.3 污泥处理处置目标和原则,目标 减量化：便于贮存、运输和消纳，降低其含水率 稳定化：采用生物好氧或厌氧消化工艺，使污泥中 的有机组分转化成稳定的最终产物 无害化：杀死污泥中的病原菌、寄生虫卵及病毒 资源化：回收和利用污泥中的能源和资源, 原则 按照城镇污水处理厂处理处置及污染防治技术政策的要求,参考发达国家近几十年的经验和教训, 污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠、经济可行”为原则, 以减量化、稳定化、

7、无害化和资源化为基本出发点。,1.4 污泥处理处置基本工艺流程,污泥处理处置的方法很多，污泥处理处置的基本工艺可分为以下几类： （1）浓缩前处理脱水好氧消化土地还原； （2）浓缩前处理脱水干燥土地还原； （3）浓缩前处理脱水焚烧（或热分解）灰分填埋； （4）浓缩前处理脱水干燥熔融烧结做建材； （5）浓缩前处理脱水干燥做燃料； （6）浓缩厌氧消化前处理脱水土地还原； （7）浓缩蒸发干燥做燃料； （8）浓缩湿法氧化脱水填埋；,2.1 污泥浓缩,处理对象：空隙水 目 的：减少污泥的体积，减少后续构筑物或处理 单元的压力 含水率从99%降至96%，污泥体积可减少3/4 含水率从97.5%降至95%，污

8、泥体积可减少1/2 方 法：重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩、带式浓缩 机浓缩和转鼓机械浓缩等,二、污泥浓缩、脱水与干化, 重力浓缩,原理：利用污泥中的固体颗粒与水之间的相对密度 差来实现泥水分离 分类： 连续式、间歇式 优点： 维修管理及动力费用低 缺点：占地面积大 卫生条件差 浓缩效果较差 富磷污泥在浓缩中释磷,间歇式浓缩池示意图, 气浮浓缩,原理： 微小气泡 污泥颗粒的表面 使污泥颗粒的相对密度降低 上浮 实现泥水分离的目的 适用：密度接近于1的污泥 疏水的污泥 易发生污泥膨胀的污泥 分类：压力溶气气浮 涡凹气浮,CAF浓缩污泥（含固率6.5%）,CAF污泥浓缩工艺系统, 机械浓缩,离心浓缩

9、 原理：利用污泥中固、液相的密度不同，在高速旋转的离心机中受到不同的离心力使两者分离，达到浓缩的目的 效果指标 出泥含固率 固体回收率,带式浓缩机浓缩,带式污泥浓缩脱水一体机,螺压浓缩机械浓缩,图右为ROS2.3型螺压浓缩机，图左为ROS3.2型螺压脱水机, 污泥调理,化学调理 原理： 投加调理剂，通过电性中和吸附架桥作用破坏胶体颗粒的稳定，小颗粒聚集成大颗粒，从而改善污泥脱水性能。 方式： 投加PAM,2.2 污泥脱水,目的： 进一步减少污泥的体积，便于后续处理、处置和利用 处理对象： 毛细水和吸附水 分类： 自然干化脱水和机械脱水,2.2.1 自然干化脱水,适用于：气候比较干燥、土地使用不

10、紧张、卫生条件允许的地区 影响因素：气候条件、污泥性质及污泥调理,干化场,2.2.2 机械脱水,机械脱水及其设备,板框压滤机,板框压滤机 脱水效果好，含水率可达65%以下。 操作不能连续运行，脱水泥饼产率低,带式压滤机,带式压滤机 滤带可以回旋，脱水效率高，噪声小，能源消耗省，动力消耗少，附属设备少，可以连续生产,离心脱水机 原理：与离心分离、离心浓缩相同，即利用转动使污泥中的固体和液体分离,离心脱水机,真空过滤机 原理 利用抽真空的方法造成过滤介质两侧的压力差，从而造成脱水推动力进行脱水,转鼓真空过滤机,带式污泥浓缩脱水一体机,污泥浓缩脱水一体机,2.3 污泥的干化,污泥以建筑材料综合利用为

11、处置方式时，可采用污泥热干化、污泥焚烧等处理方式。 污泥热干化：利用污泥厌氧消化过程中产生的沼气热能、垃圾和污泥焚烧余热、发电厂余热或其他余热作为污泥干化处理的热源；不宜采用优质一次能源作为主要干化热源。,污泥焚烧：经济较为发达的大中城市，可采用干化焚烧的联用方式，提高污泥的热能利用效率； 在有条件的地区，污泥作为低质燃料在火力发电厂焚烧炉、水泥窑或砖窑中混合焚烧。 污泥焚烧的烟气应进行处理，并满足生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2001）等有关规定。 污泥焚烧的炉渣和除尘设备收集的飞灰应分别收集、储存、运输。对符合要求的炉渣进行综合利用，飞灰需经鉴别后妥善处置。,2.3.1 污泥干

12、化技术,按热介质与污泥的接触方式分类： 直接加热和间接加热 按污泥干化设备类型分类,直接加热式 转鼓、流化床等 间接加热式 螺旋、圆盘、薄盘等 热辐射加热式 带式、螺旋式,常用的污泥干燥设备有回转圆筒干燥机、急骤干燥器和带式干燥器。,回转圆筒式干燥器工艺流程,带式干燥器,2.3.2 污泥干化中的问题及解决办法,污泥黏结问题 解决方法：干料返混 尾气处理与臭味控制 解决方法：气体循环回用设计、设备内部采用适当负压 设备安全 解决方法：气体循环回用 氧气超标保护装置 附加氮气保护确保氧气含量2% 干料返混,3.1 污泥消化,三、污泥消化与处置,污泥稳定的常用方法： 厌氧消化法 1.消化法 好氧消化

13、法 氯化氧化法 2.化学消化法 石灰稳定法 3.热处理方法,厌氧消化是对有机污泥进行稳定处理的最常用的方法。一般认为，当污泥中的挥发性固体的量降低40左右即可认为已达到污泥的稳定。 好氧消化法类似活性污泥法，在曝气池中进行，曝气时间长达1020 d左右，依靠有机物的好氧代谢和微生物的内源代谢稳定污泥中的有机组成。,氯气氧化法在密闭容器中完成，向污泥投加大剂量氯气，接触时间不长；实质上主要是消毒，杀灭微生物以稳定污泥。 石灰稳定法中，向污泥投加足量石灰，使污泥的pH值高于12，抑制微生物的生长。 热处理法既可杀死微生物借以稳定污泥，还能破坏泥粒间的胶状性能改善污泥的脱水性能。,3.1.1 污泥的

14、厌氧消化, 污泥厌氧消化法的发展和分类 根据操作温度，污泥厌氧消化分为中温消化和高温消化等。 根据负荷率，又可分为低负荷率和高负荷率两种。,低负荷率厌氧消化池,低负荷率消化池是一个不设加热，搅拌设备的密闭的池子，池液分层。它的负荷率低，一般为0.51.6kgVSSm3d，消化速度慢，消化期长，停留时间3060d。,高负荷率消化池的负荷率达1.6-6.4kgVSSm3d或更高，与低负荷率池的区别在于连续运行，设有加热、搅拌设备；连续进料和出料；最少停留10-15d；整个池液处于混合状态，不分层；浓度比入流污泥低。高负荷率消化池常设两级，第二级不设搅拌设备，作泥水分离和缩减泥量之用。,两级高负荷率

15、厌氧消化池, 污泥厌氧消化具有如下优点： (1)产生能量(甲烷)，有时超过废水处理过程所需能量； (2)使最终需处置的污泥体积减少30%50%； (3)消化完全时，可以消除恶臭： (4)杀死病原微生物，特别是高温消化时； (5)消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分，适用改良土壤。, 厌氧消化的机理, 厌氧消化的机理,第一步水解过程：高分子物质，通常是非溶解性物质在酶的作用下水解为溶解性的物质。 第二步酸化过程：水解后的物质在兼性菌和大气恩斯特作用下转变成为短链的有机酸（如：丁酸、丙酸、醋酸等）、乙醇、H2，CO2。在这些中间产物中，甲烷菌仅能将醋酸和H2、CO2转变成为甲烷。 第三步醋酸化过程：

16、将第二步过程产生的有机酸、乙醇转变成为醋酸，在这一过程的醋酸菌与甲烷菌是共生的。 第四步甲烷化过程：将醋酸及H2、CO2转化为甲烷。, 厌氧消化的影响因素 (1)pH值和碱度 最佳的pH值为7.07.3。为了保证厌氧消化的稳定运行，提高系统的缓冲能力和pH值的稳定性，消化液的碱度保持在2 000mgL以上(以CaCO3计)。 (2)温度 试验表明，污泥的厌氧消化受温度的影响很大，一般有二个最优温度区段：在3335叫中温消化，在5055叫高温消化。,(3)负荷率 负荷率的表达方式有两种：污泥投配率；有机物负荷率。 投配率是指日进入的污泥量与池子容积之比，在一定程度上反映了污泥在消化池中的停留时间

17、。投配率的倒数就是生污泥在消化池中的平均停留时间。 有机物负荷率是指每日进入的干泥量与池子容积之比，单位：kg干泥m3d。它可以较好地反映有机物量与微生物量之间的相对关系。同时要注意，容积负荷较低时，微生物的反应速率与底物(有机物)的浓度有关。在一定范围内，有机负荷率大，消化速率也高。,(4)消化池的搅拌 搅拌混和让反应器中的微生物和营养物质(有机物) ，充分接触，将使得整个反应器中的物质传递、转化过程加快。通过搅拌，可使有机物充分分解，增加了产气量。此外，搅拌还可打碎消化池面上的浮渣。 根据甲烷菌的生长特点，搅拌亦不需要连续运行，过多的搅拌或连续搅拌对甲烷菌的生长也并不有利。目前一般在污泥消

18、化池的实际运行中，采用每隔2h搅拌一次，约搅拌25min左右，每天搅拌12次，共搅拌5 h左右。,(5)有毒有害物质 抑制厌氧微生物的有毒物质主要有： 重金属（铅、镉、镍、铜、锌、铬等） 铅的抑制浓度为：830mg/L 有机毒物（氯仿、酚、甲苯、农药等） 无机盐（硫酸根）, 厌氧消化池构造,厌氧消化池构造,厌氧消化系统的主要设备是消化池及其附属设备。消化池一般是一个锥底或平底的圆池，四周为垂直墙体。大型消化池由现浇钢筋混凝土制成，体积较小的消化池一般用预制构件或钢板制成。整个池子由集气罩、池盖、池体与下锥体四部分组成，见图20-11。圆形消化池的直径一般在6-30m，柱体的高约为直径的一半，而总高接近直径。,3.1.2 污泥的好氧消化,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，使污泥中微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化。因此微生物机体的可生物降解部分被氧化去除，消化程度高，剩余消化污泥量少。 在好氧消化中，氨氮被氧化为NO3-，pH值将降低，故需要有足够的碱度来调节，以便使好氧消化池内的pH值维持在7左右。池内溶解氧不得低于2mg/L，并应使污泥