第18章 污泥的处理和处置.ppt

1、前言 第一节 污泥来源与特性 第二节 污泥的处理工艺 第三节 污泥的浓缩 第四节 污泥的稳定 第五节 污泥调理 第六节 污泥的脱水 第七节 污泥的综合利用（处置） 第八节 污泥制沼气（国外）,第18章 污泥的处理和处置,污泥：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，产量一般占处理水量的1-2%（质量）, 0.3%-0.5%（体积） 。 污泥含大量有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；有用物质如植物营养素(氮、磷、钾)、有机物及水分等。 截至2011年9月底，全国城镇污水处理量达到1.36亿立方米/天，湿污泥(含水率80%)年产生量突破34

2、80万吨。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有80%没有得到妥善处理(处理成本），污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。,前 言,在排水工程中，将改变污泥性质称为处理，而安排出路称为处置。 污泥的处理和处置目的： （1）降低含水率，污泥减量化； （2）稳定有机物，使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理，并对污泥进行消毒，灭杀病原体；避免其二次污染，污泥无害化。 （3）使有用物质得到综合利用，变害为利，污泥资源化。 总之，污泥处理和处置就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。,污泥：有机物为主要成分，初次

3、沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。易腐化发臭，颗粒细，比重小(约为1.02-1.006)，含水率高且不易脱水，胶状结构。 沉渣：无机物为主要成分的称沉渣。沉渣的主要性质是颗粒较粗，比重较大(约为2左右)，含水率较低且易于脱水，流动性差。沉砂池与某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。,第一节 污泥来源与特性,1.污泥来源 栅渣：格栅或筛网，呈垃圾状，量少(垃圾不作污泥处理，垃圾填埋场） 沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少 初沉污泥：初沉池，数量较大，易腐化发臭，可能含有虫卵和致病菌，是污泥处理的主要对象 二沉污泥(剩余污泥）：二沉池，剩余的活性污泥，有机物质，含水率高，易腐化发臭，难

4、脱水，是污泥处理的主要对象 消化污泥：经厌氧或好氧消化处理后的污泥 化学污泥：经化学处理后，除含有原废水中的悬浮物外，还含有化学药剂所产生的沉淀物，易于脱水与压实,2.污泥的主要表征指标 含水率与含固率 含水率(污泥中水的质量分数），含固率（污泥中固体的质量分数），两者之和为100%。 C=(1-P%) 例：含水率99%的污泥，其污泥浓度为10 kg/m3(密度1000kg/m3) 含水率与体积关系，当污泥含水率大于80%，可根据含水率近似计算湿污泥的体积,B)污泥中的固体 和水中固体指标一样: TS=DS+SS=VS+FS 挥发性固体(用VSS表示)，是指污泥中在600的燃烧炉中能被燃烧，并

5、以气体逸出的那部分固体。 通常用于表示污泥中的有机物的量，常用mg/L表示，有时也用重量百分数表示。 VSS也反映污泥的稳定化程度。 挥发性固体近似等于有机物含量，灰分表示无机物含量,C)污泥的相对密度 污泥重量与同体积的水重量的比值 确定污泥相对密度，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值,D)有毒有害物质对密度 城市污水处理厂的污泥中含有病菌、病毒、寄生虫卵及重金属等。污泥中的重金属是主要的有害物质（重金属约50%转移到污泥中），污泥作为肥料，重金属离子含量应不超过“农用污泥标准” E)污泥的脱水性能 脱水性能系指污泥脱水的难易程度，影响脱水性能的因素，主要是污泥的化学成分、胶

6、体性质、污泥颗粒与水的亲和力。,3.污泥产生量 A)初沉污泥量 式中：V初沉污泥量，m3/d； Q污水流量，m3/d； 沉淀池中悬浮物的去除率，%； C0进水中悬浮物浓度，mg/L； P 污泥含水率，%； 污泥密度，以1000kg/m3计。,B)剩余污泥量 剩余活性污泥量以VSS(挥发性固体计)： Xvss剩余挥发性活性污泥，kg vssd； Y 产率系数kg VSSkgBOD5, 一般采用0.50.6; Yobs 表观产率系数kg VSSkgBOD5 S0曝气池入流的BOD5 kg/m3； Se二沉池出流的BOD5 kg/m3； Q 曝气池设计流量，m3/d; Kd 内源代谢系数，一般采用0

7、.060.1d-1; Xv曝气池的平均VSS浓度，kg/m3; V曝气池容积，m3;,剩余活性污泥量以SS(悬浮固体)计 式中： Xss剩余活性污泥量，kgSSd（质量） f (VSS/SS) 之值，一般采用0.60.7,剩余活性污泥量以体积计 式中： Vss剩余活性污泥量，m3d； Xss 产生的悬浮固体 kg SSd； P污泥含水率，； 污泥密度，以1000kgm3计。,例：某城市污水处理厂，每天处理100000m3生活废水，污水中的悬浮固体浓 度为200mg/L，初沉池的沉淀效率为40%，初沉污泥含水率为97%，密度 为1015 kg/m3, 初沉池出水BOD5为200mg/L，用活性污

8、泥法处理，去除率为90% ，剩余污泥含水率为99%，密度为1000kg/m3, 请计算该污水处理厂的日产污泥 量。（曝气池中MLVSS/MLSS=0.75,Yobs=0.33),解：初沉污泥量 V1=100*200*0.4*100000/1000*(100-97)*1015=262.7 m3/d,剩余污泥量,例题,污泥水分示意图,4.污泥的水分及其对污泥处理的影响 A)污泥的水分,游离水又称间隙水:存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水分的70左右。这部分水一般借助重力可与泥粒分离。 毛细水：存在于污泥颗粒间的毛细管中，称为毛细水，约占污泥水分的20左右。需较大的外力才能分离，如采用高速离心机脱

9、水、负压或正压过滤脱水等。,内部水：存在污泥颗粒内部或微生物细胞内的水，约占污泥水份3%左右，可用生物法破坏细胞膜除去胞内水或高温加热法、冷冻法去除。,B）污泥中的水分对污泥处理的影响 含水率大于98的污泥，一般要考虑浓缩，使含水率降至96左右，以减少污泥体积，有利于后续处理。为了便于污泥处置时的运输，污泥要脱水，使含水率降至80以下，失去流态。,1、污泥处理的一般原则,(1).减量化 (2).稳定化 (3).无害化 (4).资源化,第二节 污泥的处理工艺,城镇污水处理厂污泥处理典型流程为： 储存浓缩稳定调理脱水干化最终处置 以无机物为主的工业污泥处理典型流程： 储存浓缩调理脱水干化最终处置

10、带有生物除磷的典型流程： 储存调理浓缩脱水最终处置,2、污泥处理的典型流程,浓缩：是降低污泥含水率的最简单有效的方法，使剩余活性污泥的含水率约从99，下降到97左右，污泥体积缩到原来的1/3左右。 稳定：为了避免污泥进入环境时，污泥有机部分发生腐败，污染环境，在其脱水之前先进行降解。同时对污泥进行消毒，灭杀病原体。 调理：通过物理/化学的手段提高污泥的脱水性能。 干化脱水：使污泥的含水率由97，降至于80以下，具有固体的性质，便于后续处置。 最终处置：经过上述处理后的污泥的最终归宿。,第三节 污泥的浓缩,污泥浓缩：是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法。 污泥浓缩主要减缩污泥的间隙水 主要方

11、法：重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩,1.重力浓缩 重力浓缩主要用于浓缩初沉污泥及初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。（沉淀基本知识，自由沉淀、成层沉淀，絮凝沉淀，压缩沉淀）,A）间隙式污泥浓缩池 设计参数：停留时间一般为912h。 浓缩池的上清液，应回到工艺前端重新处理。,B）连续式污泥浓缩池 连续运行的浓缩池可采用沉淀池的形式。 设计参数: 浓缩池的固体通量kg/(m2h)或kg/(m2d)水力负荷m3/(m2h)或m3/(m2d) 水力停留时间(h或d),设置搅拌栅条，可以破坏污泥胶着状态，促使其中水分和气泡的释放，可提高20%左右的浓缩效率,固体通量：单位时间通过单位面积的污泥固体质量，单位

12、kg/ m2d,记为G，是重力浓缩池重要设计参数。 根据定义：GA=单位时间通过的固体质量=QC0 A= QC0/G 经验值(G)： 10-30kg/ m2d 剩余污泥 90-150kg/ m2d 初沉池污泥 混合污泥可以根据比例换算,重力浓缩池的设计-固体通量法,例题,某污水处理厂每天产生含水率为98%的污泥1500 m3，为提高污泥处理效率，将厂区原有的几座圆形池（D=14m,H=4m)改造为重力浓缩池对污泥进行浓缩处理，该污泥固体通量取70 kg/m2.d,请计算需要改造几座浓缩池用于处理污泥，每池的污泥停留时间为多少？(密度1000kg/m3) 解：含水率98%，Co=20 kg/m3

13、 GA=QCo Q=GA/Co=70*3.14*72/20=540 m3/d N(座数）=1500/540=2.8 3（座）（共需要改造4座，3用1备） SRT=V/Q=A*H*3/1500=154*4*3/1500=1.232(d) 30小时,G= Gb+Gs 通过浓缩池任一断面的固体通量都由两部分组成： (1) 静沉通量Gs（由自重压缩产生的固体通量）=ViCi (2) 排泥通量Gb：由底部排泥所造成的=uCi。 Vi: 由于污泥浓缩引起的界面下降速度，变量，匀速-减速下降 U：排泥引起的界面下降速度，当排泥量一定时为一常数。,Gs,G,Gb,Cu,固体通量（kg/m2d),固体浓度(kg

14、/m3),（b）,重力浓缩池评价 1、F(浓缩比）=Ce/Co2 Ce浓缩污泥浓度 Co入池污泥浓度 2、E固体回收率=QeCe/QoCo90% Qe排泥量 Qo入流污泥量,24,例题：某污水处理厂采用重力浓缩池浓缩污泥，每天处理污泥500m3,污泥含水率98%，排泥200m3，含水率95.5%，问该池是否正常运行？（入流污泥密度1000kg/m3,浓缩污泥密度1050kg/m3） 解： F(浓缩比）=Ce/Co=1050(1-95.5%)/1000(1-98%)=47.25/202 E固体回收率=QeCe/QoCo=200*47.25/500*2090% 该浓缩池运行正常。,25,2.气浮浓

15、缩法(剩余污泥） 气浮浓缩是依靠微小气泡与污泥颗粒产生黏附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，并得到浓缩 A）气浮浓缩系统的组成 主要由加压溶气装置和气浮分离装置两部分组成。,2.气浮浓缩法 加压溶气装置 溶气罐一般按加压水停留1-3min设计，溶气效率为50-90，绝对压力采用2.5105-5105Pa。 气浮分离装置(气浮浓缩池) 据国外资料介绍，污泥在气浮浓缩池中的平均停留时间为3-5 min。 B)主要设计参数: 气固比、污泥负荷、水力负荷、回流比 气固比：浓缩单位质量的污泥固体所需的空气量，常用As表示；用于污泥浓缩一般取0.01-0.04 污泥负荷:单位时间内，通过气浮池断面的干固

16、体量，单位为kg/ (m2.h)或kg/(m2.d)(用于计算气浮池面积，可与水力负荷相互校核),取值见p379,表18-3。QC0=Aq污 水力负荷:单位时间内，通过气浮池断面的处理水量，单位为m3/（m2.h）为 m3/（m2.d），一般40-80m3/（m2.d）或 2-3.5 m3/（m2.h)。 Q=Aq水 回流比:加压溶气水量与需要浓缩的污泥量的体积比，通常以R表示，用于污水处理时取25%-50% ，用于污泥浓缩需计算确定。,回流比可按以下公式计算： 式中： As气固比(Qg/Qs)； Sa常压下的空气饱和溶解度，kg/m3； C0入流污泥浓度，g/m3； R回流比； P 绝对大气

17、压（表压），Pa； p 标准大气压（表压），Pa； f 溶解效率，当溶解气罐内加填料及溶气时间为23min时，f=0.9,不加填料时，f=0.5。,3.离心浓缩法（初沉和剩余污泥皆可） 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而使两者分离，达到浓缩的目的 离心法优点：设备少，管理方便 离心法缺点：电耗很大，在达到相同的浓缩效果时，其电耗约为气浮法的10倍。,污泥稳定的常用方法： 厌氧消化法 生物稳定 好氧消化法 氯气氧化法 化学稳定 臭氧氧化法 石灰稳定法,第四节 污泥的稳定,污泥稳定:即去除或减少污泥中的有机物,抑制或杀死污泥中的微生物，控制其腐化分解，减少对环境的

18、污染。,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10-20 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。,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。,1 污泥消化（减少有机物，生物稳定）,1.1 厌氧消化的机理,（1）第一阶段水解发酵 在这一阶段中复杂有机物在微生物(发酵菌)作用下进行水解和发酵。多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸等。蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。脂类转化为脂肪酸和甘油，再转化为脂肪酸和醇类。,（2）第二阶段产氢产乙酸

19、菌以及同型乙酸菌，产物：乙酸、甲烷、CO2、H2,（3）第三阶段产甲烷菌，产物为甲烷,产甲烷阶段控制阶段,复杂有机物,较高级有机酸,H2,乙酸,CH4,水解与发酵,4%,76%,20%,24%,52%,28%,72% 生成甲烷,生成乙酸与脱氢,第一阶段,第二阶段,第三阶段,有机物厌氧消化模式图,厌氧消化的优点： 产生的甲烷； 污泥固体总量减少(25一50的污泥固体被分解)，减少了后续污泥处理的费用； 消化污泥是一种很好的土壤调节剂； 杀死致病菌，尤其是高温消化过程(在50-60条件下)。 厌氧消化的缺点： 运行时间长，投资大，运行易受环境条件的影响，消化污泥不易沉淀。,1.2 污泥厌氧消化法的

20、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。 低负荷率消化池是一个不设加热，搅拌设备的密闭的池子，池液分层，见书p383,图18-13a。它的负荷率低，一般为0.5-1.6kgVSSm3d，消化速度慢，消化期长，停留时间30-60d。,高速消化池：相比于传统消化池，其连续运行;设有加热、搅拌设备；连续进料和出料；整个池液处于混合状态，不分层；处理效率高，且停留时间短。 厌氧接触消化池：通过污泥回流提高了消化池的污泥浓度，处理效率更高。,“卵形消化池”的污泥处理设备在北京小红门污水处理厂投入使用。这5个“大巨蛋”是目前国内规模最大

21、的污泥处理设备，每天能消化3000立方米的污泥，消化后的污泥可直接转化成沼气用于生产。,1.3 影响污泥消化的主要因素 pH值和碱度 最佳的pH值为7.0-7.3。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2000mgL以上。 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33-35叫中温消化，在50-55叫高温消化。,投配率 投配率P是指日进入的污泥量Q与池子容积V之比，在一定程度上反映了污泥在消化池中的停留时间。投配率的倒数就是生污泥在消化池中的平均停留时间。, 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)

22、 ，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。 但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。,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）,1.4 消化池的设计计算 消化池的设计内容包括：池体设计、加热保温系统设计和搅拌设备的设计。 消化池池体设计包括池体选型、确定池

23、的数目和单池容积，确定池体各部尺寸和布置消化池的各种管道。 目前国内一般按污泥投配率P确定消化池有效容积，可按每天处理污泥量及污泥投配率进行计算。 考虑到事故或检修，消化池座数不得少于两座，每座消化池的容积，可根据运行的灵活性，结构和地基基础情况考虑决定。,确定消化池单池有效容积后，就可计算消化池的构造尺寸。圆柱形池体的直径一般为6-35m，柱体高与直径之比为1:2，池总高与直径之比约为0.8-1.0。池底坡度一般为0.08。池顶至少设两个直径为0.7m的检修口。 消化池必须附设各种管道，包括：污泥管(进泥管、出泥管和循环搅拌管)、上清液排放管、溢流管、沼气管和取样管等。,在设计消化池时必须同

24、时考虑相应的沼气收集、贮存和安全等配套设施，以及利用沼气加热入流污泥和池液的设备。 估算每公斤挥发固体全部消化后可得0.75-1.1 m3消化气(一般含甲烷5060)，而污泥挥发固体的消化率一般为4060。,石灰稳定法：投加石灰，提高污泥pH，灭杀致病微生物，优点：价格低廉，且能提高污泥脱水性能，但灭菌能力相对较弱，且会增加污泥量。(会生产碳酸钙和磷酸钙沉淀）,2、污泥的化学稳定抑制和灭杀微生物,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。优点：灭菌效果好，具有长期的稳定性，但氯化过程会造成二次污染。,臭氧氧化法：向污泥投加臭氧，杀

25、灭微生物以稳定污泥。优点：灭菌效果好，且能灭杀病毒，不存在二次污染问题，但运行成本高。,消化污泥、剩余活性污泥、剩余活性污泥与初沉污泥的混合污泥等在脱水之前应进行调理，以改善污泥的脱水性能。 调理就是破坏污泥的结构、减少泥水间的亲和力，改善污泥的脱水性能。 途径： 化学调理（混凝剂） 物理调理,第五节 污泥的调理,1.化学调理 （1）无机调理剂： (a) 铁盐： FeCl36H2O、Fe2(SO4)4H2O、FeSO47H2O 、聚合硫酸铁(PFS) (b) 铝盐：Al2(SO4)218H2O、AlCl3、Al(OH)2Cl 、聚合氯化铝(PAC) (c) 铁盐常和石灰联用：在pH12时，可提

26、供Ca(OH)2絮凝体,(3) 调理剂投加量的确定 一般情况下，对于城市污水处理厂污泥，三氯化铁投加量为5-10，聚合氯化铝和聚合硫酸铁约为1-3，阳离子聚丙烯酰胺为0.1-0.3。,通过实验来确定调理剂的种类及投加量,（2）有机调理剂： 有机合成高分子调理剂种类很多，按聚合度分有低聚合度和高聚合度两种。我国用于污泥调理的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列的絮凝剂产品。,2.热调理 加热破坏污泥胶体结构，降低固体和水的亲合力，同时消毒、杀菌。 3.淘洗 使污泥中某些组分转移到液体中去。淘洗可降低碱度，降低可溶性无机组份，废水重新处理。,4.冷冻融化调理 冷冻融化调理是将污泥交替进行冷冻与

27、融化，通过改变污泥的物理结构，使污泥易于浓缩脱水。在冷冻过程中，污泥颗粒除受挤压力外，还有一部分污泥颗粒被封闭在冷冻层中间，这样，污泥胶体粒子的结构就被破坏，脱水性能得到改善。污泥经冷冻、融化后，其沉淀性能与过滤速度比冷冻前可提高几倍到几十涪，而且不需用混凝剂。混凝剂。,1.概述 污泥脱水：将污泥含水率降至80%以下的操作，使其具有固体特性，成泥块状，便于最终处置与利用。 分为：自然脱水法和机械脱水法（过滤脱水法和离心脱水法）； 自然干化多采用干化床； 多数国家普遍采用的脱水机械为板框压滤机、带式压滤机和离心脱水机。,第六节 污泥的脱水干化,2.污泥的自然干化 污泥的自然干化是利用自然力量而将

28、污泥脱水的，适用于气候比较干燥、用地不紧张以及环境卫生条件允许的地区。,.污泥干化床脱水效果的影响因素： 气候条件、污泥性质、污泥调理 污泥干化床的设计 干化床设计的主要内容是决定面积与划分块数。干化床面积的计算: 式中：S1干化床的有效面积，m2； W每年的总污泥量， m2 a； 在一年内排放在干化床上的污泥层总厚度，m。,3.污泥的机械脱水及其设备 机械脱水是污泥脱水的主要方向。主要的脱水机械有带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机。,(1)带式压滤机 将压力直接施加在滤布上，利用滤布的压力或张力使污泥脱水，其消耗动力少，是目前广为使用的污泥脱水设备。,滚压带式脱水机（对置滚压式）,板框式过滤

29、机,(2)板框压滤机,板框压滤机的构造 板框压滤机的主要工作部件是板、框和滤布，此外还有挤压机和传动装置。板框压滤机除主机外，还有进泥系统、投药系统等。 板框压滤机的选用 板框压滤机的选用主要是根据污泥量、过滤机的过滤能力来确定所需压滤机型号及台数。虽然板框压滤机一般为间歇操作，但由于其滤饼的含固率高、滤液清澈、固体物质回收率高、调理药品消耗量少等优点，对需要运输、进一步干燥或焚烧,以及卫生填埋的污泥，可以降低运输费用、减少燃料消耗、降低填埋场用地。所以，在一些地方也被广泛使用。,(3)污泥离心脱水和转筒式离心机 污泥离心脱水的原理与离心分离、离心浓缩相同，即利用转动使污泥中的固体和液体分离（

30、进行污泥调理，添加混凝剂）。 转筒式离心机的构造和脱水过程 离心机种类很多，污泥处理中主要使用卧式螺旋卸料转筒式离心机。适用于比重有一定差别的固液相分离，尤其适用于含油污泥、剩余活性污泥等难脱水污泥的脱水,污泥切割机,进泥螺杆泵,脱水用高分子絮凝剂,溶药与投加装置,1. 污泥的处置(最终归宿） 污泥处置的基本问题是利用适当的技术措施，为污泥提供出路，同时要认真考虑污泥处置所产生的各种环境和经济问题，并按一定的要求(法规、条例等)妥善地解决。,第七节 污泥处置,综合利用-如农业利用 (1)制造建筑材料。污泥焚烧后掺加粘土和硅砂制砖；或在活性污泥中加进木屑、玻璃纤维压制板材；以无机物为主要成分的沉渣，可用以填路和填坑。(2)用作农肥。浓缩消化后的污泥，若其中重金属离子含量在容许范围内，可直接用于农作物。(3)制取沼气。有机污泥经厌氧分解后产生的沼气可供能源之用。(4)其他。污泥中的蛋白质用作饲料，或从中提取维生素B12、维生素A、维生素B1等化学药物。 。, 填埋(当前我国的主要处置方式） 污泥单独填埋或者与垃圾混