水质工程学上wqe2-chapter17_W

1、Municipal Sludge Digesters污泥的处理处置与利用1高景峰北京工大环能学院污泥处理、处置与利用第17章17.1概述 17.2污泥的分类、性质及计算17.3污泥浓缩17.4污泥的厌氧消化17.5污泥的其它稳定措施17.6污泥的调理17.7污泥的干化与脱水17.8污泥的干燥与焚化17.9污泥的有效利用与最终处理2n 17.1概述在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占处 理水量的0.30.5左右(以含水率为97计)。(量)污泥中含有大量的有害物质(1)，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属子等；有用物质(2)如植物营养原素(氮、磷、钾)、有机物 及水分等。n 污

2、泥及时处理与处置的目的：n (1)使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；n (2)使有害n (3)使容易物质得到妥善处理或利用；发臭的有机物得到稳定处理；n (4)使有用物质能够得到综合利用，变害为利。n 总之，污泥处理的目的是使污泥减量、稳定、无害化及综合利用。n 污水处理厂的全部建设费用中，用于处理污泥的约占2050，甚至70。所以污泥处理 是污水处理系统的重要组成部分，必须予以充分重视。燥一n 污泥处理可供选择的方案大致有：n (1)生污泥一浓缩一消化一自然干化一最终处置n (2)生污泥一浓缩一自然干化一堆肥一最终处置n (3)生污泥一浓缩一消化一机械脱水一最终处置n (4)生污泥

3、一浓缩一机械脱水一干燥n (5)生污泥一湿污泥池一最终处置n (6)生污泥一浓缩一消化一最终处置一最终处置n 上述生污泥指未经消化处理的污泥，详见后述。燥为。产产 第(1)、(3)、(6)方案，以消化处理为主体，消化过程产生的生物能即沼气(或称消化气、污泥气)，可作为能源利用，如用作燃料或发电； 第(2)、(5)方案是以堆肥，农用为主，当污泥符合农用肥料条件及附近有农、林、牧或蔬菜基地时可考虑采用； 第(4)方案是以干燥为主，当污泥不适于进行消化处理、或不符合农用条件，或受污水处理厂用地面积的限制等地区可考虑采用热能，可作为能源。生的；等n 污泥最终处置方法包括作为肥料施用于农田、森林、草地或

4、沙漠改良；填地或投海；作为能源或建材等。n 总之，污泥处理方案的选择，应根据污泥的性质与数量；投资情况与运行管理费用； 环境保护要求及有关法律与法规；城市农业发展情况及当地气候条件等情况，综合考虑后选定。n 17.2污泥的分类、性质及计算n 1污泥的分类与性质n 2污泥的性质指标n 3.污泥量、污泥的水力特性及输送的计算n 1污泥的分类与性质n (1)按成分分类 n (2)按来源分类 10n (1)按成分不同分为：n 污泥n 沉渣11于发n 污泥以有机物为主要成分的称污泥。污泥的性质是易于发臭，颗粒较细，比重较小(约为1.02l.006)，含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水物质。n 初次沉

5、淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。12n 沉渣以无机物为主要成分的称沉渣：沉渣的主要性质是颗粒较，比重较大(约为2左右)，含水率较低且易于脱水， 流动性差。n 以下四种为沉渣：n 栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置；n n 浮渣：上浮渣和气浮池，可能多含油脂等，量少；沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量 少； n 某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。n (2)按来源不同分为：n 初次沉淀污泥来自初次沉淀池。n 剩余活性污泥来自活性污泥法后的二次沉淀池。n 腐殖污泥 来自生物膜法后的二次沉淀池。n 以上3种污泥可统称为生污泥或新鲜污泥，这是污泥 处理的主要对象n 消化污泥生污

6、泥经厌氧消化或好氧消化处理后，称为消化污泥或熟污泥。n 化学污泥用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物称为化学污泥或化学沉渣。n 如用混凝沉淀法去除污水中的磷；投加硫化物去除污水中的重金属离子；投加石灰中和酸性水产生的沉渣以及酸、碱污水中和处理产生的沉渣均称为化学污泥或化学沉渣。n 在给水处理过程中，在原水被净化时也会产生各 种污泥，主要是各种化学污泥，即经化学处理后 ，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。162污泥的性质指标用于表示污泥性质的主要指标有：(1)污泥含水率(2)挥发性固体(3)可消化程度(4)湿污泥相对密度与干污泥相对密度(5)污泥肥分(6)污泥

7、重金属离子含量(1)污泥含水率n 污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百数 称为污泥含水率。污泥的含水率一般都很高，比重接近于1。污泥的体积、重量及所含固体物浓度之间的关系，可用下式表示：n 式中n p11，V11，Wl，l，Cl：l：污泥含水率为p11时的污泥体积、重量与固体物浓度；n p22，V22，W22，C22：污泥含水率变为p22时的污泥体积、重量与固体物浓度。18n 例题:污泥含水率从97.5降低到95 时，求污泥体积n 解由可见污泥含水率从97.5降低至95， 体积减少一半。上式适用于含水率大于65的污泥。因含水率低于65以后，体积内出现很多气泡，体积与重量不再符合上式关系。1

8、9V2 = V1 100 - p1= V1 100 - 97.5 = 1 V1100 - p2100 - 952n (2)挥发性固体(或称灼烧减重)和灰分(或称 灼烧残渣) 挥发性固体近似地等于有机物含量；灰分表示无机物含量。n (3)可消化程度污泥中的有机物，是消化理的对象。一部分是可被消化降解的(或称可 被气化，无机化)；另一部分是不易或不能被消化降解的，如脂肪、合成有机物等。用可消化程度表示污泥中可被消化降解的有机物数量。可消化程度用下式表示R= (1-pV2 pS1 ) 100dppV1S2n 式中n Rdd：可消化程度，；n pSSl，pSS2:分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量，

9、；n pVV1，pVV2:分别表示生污泥及消化污泥的有机物含量，。n 因此消化污泥量可用下式计算：V= (100 - p1 )V1 (1 -pV1 ) +pV1(1 -Rd)d100 - p100100100dn 式中n Vdd消化污泥量，m3d；n pdd消化污泥含水率，取周平均值 Vll生污泥量，m3d，取周平均值；n p11生污泥含水率，取周平均值；n pVV1生污泥有机物含量，；n Rdd可消化程度，取周平均值。n (4)湿污泥相对密度与干污泥相对密度n 湿污泥重量等于污泥所含水分重量与干固体重量之和。湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积的水重量之比值。由于水的相对密度为1，所以湿污泥的相

10、对密度下式计算：可用g =p + (100 - p) =100g sp + 100 - ppg s +(100 - p)g s式中:湿污泥相对密度；p: 湿污泥含水率，；g污泥中干固体物质平均相对密度，即干污泥相s对密度干固体中，有机物(即挥发性固体)所占百分比及其相密对密对相度分别用pvv，rvv表示，无机物(即灰分)的相对密度用rff表示，则干污泥平均相对密度rss可用下式计算：100 = pV + 100 - pV g sg Vg fg=100g f g Vs100g+ p(g- g)VVfVn 有机物相对密度一般等于1，无机物相对密度约 为2.52.65，以2.5计，则上式可简化n 故

11、湿污泥相对密度为n 确定湿污泥相对密度和干污泥相对密度，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值g =25000250 p + (100 - p)(100 +1.5 pV )g s =250 100 +1.5 pVn 例2已知初次沉淀池污泥的含水率为95，有机物含量为65。求干污泥相对密度和湿污泥相对密度。n 解：干污泥相对密度用下式计算n 湿污泥相对密度用下式计算g =100g s=100 1.26= 1.008pg s + (100 - p)951.26 + (100 - 95)g=250=250= 1.26s100 +1.5 p100 +1.565Vn (5)污泥肥分污泥中含有

12、大量植物生长所必需的肥分(氮、磷、钾)、微量元素及土壤改良剂(有机腐殖质)。我国城市污水处理厂各种污泥所含肥分见下表。污泥类别总氮(%)磷(以P2O5计）()钾（以K2O计）()有机物()初沉污泥23130.10.55060活性污泥3.37.70.784.30.220.446070消化污泥1.63.40.60.82530我国城市污水处理厂污泥肥份表 (6)污泥重金属离子含量 污泥中重金属离子含量，决定于城市污水中工业废水所占比例及工业性质。 污水经二级处理后，污水中重金属离子约5050以上转移到污泥中。因此污泥中的重金属离子含量一般都较高。 故当污泥作为肥料使用时，要注意重金属离子含量是否超过

13、我国农林业部规定的农用污泥标准。下表列举我国城市污水处理厂污泥中重金属含量的范围。2829重金属离子名称 Hg Cd镉 Cr铬 Pb铅 As砷 Zn锌 Cu铜 Ni镍 含量范围 4.63-1383.6-24.19.2-54085-240012.4-560300-111955-46030-47.5农林业部农用污泥标准 (GB4284-84)5560030075500250100酸性土壤pH6.5; 中性或碱性土壤 pH6.5152010001000751000500200我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量(mg/Kg)3.污泥量、污泥的水力特性及输送的计算n （1）、污泥量计算n （2）、

14、污泥的输送n （3）、污泥流动的水力特性与水力计算30（1）污泥量计算n 初次沉淀污泥量根据污水中悬浮物浓度、污水流量、去除率及污泥含水率，用下式计算：n 式中V：初次沉淀污泥量，m3d；V =100C0hQ103 (100 - p)rn Q：污水流量；m3d；：去除率，；n C00：进水悬浮物浓度，mg/L；p：污泥含水率，；：沉淀污泥密度，以1000kgm3计。n 上式适用于初次沉淀池，二次沉淀池的污泥量也可近似地按该式计算，以80计。n 剩余活性污泥量还可用用下式进行计算，n 消化污泥量V= (100 - p1 )V1 (1 -pV1 ) +pV1(1 -Rd)d100 - p10010

15、0100dQ=XsfXr（2）污泥的输送n 污泥在污水处理厂内进行处理的过程中； 某些城市或地区，若有数座污水处理厂， 各厂的污泥需集中到某个厂或某地进行处理时； 污泥最终处置或利用时都需要对污泥进行短 距离或长距离(数百米至数十公里)的输送。n 1）输送的方法n 2）污泥输送设备1）污泥输送的方法n 污泥输送的主要方法有n 管道(压力管道或重力管道)n 卡车n 驳船n 以及它们的组合方法。n 采用何种方法决定于污泥的数量与性质；污泥处理的方案；输送距离与费用 ；用；最终处置与利用的方式等因素。35n 管道输送 污泥管道输送是污水处理厂内或长距离输送的常用方法。对污泥进行长距离输送时，应符合下

16、列5个条件： a污泥输送的目的地相当稳定：因铺设长距离管道，投资较大，线路不能随时改变； b 污泥的流动性能较好，含水率较高； c污泥所含油脂成分较少，不会粘附于管壁缩小管径增加阻力；d污泥的腐蚀性低，不会对管材造成腐蚀 或磨损；e污泥的流量较大，一般应超过30m3/h管道输送，可分为重力管道与压力管道两种。重管道输送时，距离不宜太长，管坡常用0.01 0.02，管径不小于200mm，中途应设 置清通口，以便在堵塞时用机械清通或高压水(污水处理厂出水)冲洗。压力管道输送时，需要进行详细的水力计算(详后)。与其他污泥输送方法比较，管道输送具有卫生条 件好，没有气味与污泥外溢，操作方便并利实现自动

17、化控制，运行管理费用低。主要缺点是一次性投资大，一旦建成后，输送的地点固定，较不灵活。n 卡车输送卡车输送不受运输目的地的限制，也不受污泥性质 、含水率的影响，也不需要经过中间转运，可以随 着季节的变化或地点的变化，把污泥直接运到进行利用或处理的地方(如灌溉、填地、排海或集中处理)。所以，卡车输送虽然运费较高，但方便灵活，特别对于中、小型污水处理厂，可以考虑选用。卡车输送时，要采取严格的防止气味或污泥外漏的措施，避免造成环境污染，放最好使用液槽 车，如果运输脱水泥饼，则可采用翻斗车、便于装卸。38n 驳船输送驳船输送适用于不同含水率的污泥。含水率较高 、流动性能较好的污泥可以采用污泥泵装船卸船

18、， 或从污泥管道直接装船并用污泥泵卸船。脱水泥饼可采用抓斗或皮带输送机装船和卸船。可以将数座中、小型污水处理厂的污泥用卡车或 管道输送到污泥中转站，然后根据季节的变 或地点的变化，用驳船把污泥输送到利用或处理的地方。所以驳船输送也相当灵活，运行费用也较低。39n 上述3种污泥输送的方法，可以根据不同的条件与需要，互相组合使用，如管道一驳船，卡 车一驳船，管道一卡车等，组合成最经济而且又 灵活方便的输送系统。若以管道输送的建设投资、资 、运行管理费及每输送1m距离的成本为“1”单位，对管道、卡车与驳船输送的综合经济比较列于下表，供参考。 管道、卡车、驳船输送综合经济比较表41投资管理费输送1m的

19、成本管道输送111驳船装运0.821.302.604.006卡车输送2.257.0027.034.030n 2) 污泥输送设备n 污泥进行管道输送或装卸卡车、驳船时，需要抽升设备，污泥泵或渣泵。输送污泥用的污泥泵，在构造上必须满足不易被堵塞与磨损，不易受腐蚀等基本条件。已经有效地用于污泥抽升的设备有隔膜泵、旋转螺栓泵、螺旋泵、混流泵及柱塞泵等，它们的构造见教材图。此外，还有PW型、PWL型离心泵。n a旋转螺栓泵见教材P581 图171n c螺旋泵见教材P582 图172n d多级柱塞泵见教材P582图173（3） 、污泥流动的水力特性与水力计算n 1）、污泥流动的水力特性 n 2）、压力输泥

20、管道的沿程水头损失 n 3）、压力输泥管的局部水头损失 44n 1）、污泥流动的水力特性n 污泥在含水率较高(高于99)的状态下，属于牛顿流体，流动的特性接近水流。n 随 着固体浓度的增高，污泥的流动显 示出半塑性或塑性流体的特性，必须克服初始剪力00以后才能开始流动，固体浓度越高， 00值也越大。45n 所以污泥流动特性不同于水流。污泥流动的阻力，在层流条件下，由于0值的存在，阻力很大，因此污泥输送管道的设计，常采用较大流速，使泥流处于紊流状态。n 污泥流动的下临界速度约为1.1ms，上临界速度约为1.4ms。污泥压力管道的最小设计流速为1.02.0m/s。2）、压力输泥管道的沿程水头损失哈

21、森威廉姆斯(Hazen Williams)紊流公式hff:输泥管沿程水头损失，m；L:输泥管长度，m；D:输泥管管径，m； v:污泥流速，ms； CHH:哈森威廉姆斯系数，其值决定于污泥浓度，适用于各种类型的污泥，根据污泥浓度， 查下表得。h= 6.82(L)(v)1.85fD1.17CH48污泥浓度(%)CH值污泥浓度(%)CH值0.01006.0452.0818.5324.06110.125污泥浓度与CH值n 长距离管道输送时，由于污泥，特别是生污泥、浓缩污泥，可能含有油脂、固体浓度较高，使用时间长后，管壁被油脂粘附以及管底沉积，水头损失增大。n 为安全考虑，用哈森威廉姆斯紊流公式计算出的

22、水头损失值，应乘以水头损失系数K。n K值与污泥类型及污泥浓度有关，可查教材图17-4。根据计算所得水头损失值，选择污泥泵。4950n 由上图可知，污泥浓度在16之间时，消化污泥的K值变化不大，约为1.01.5；n 生污泥及其浓缩污泥的K值提高较大， 约为1.04.0之间。n 根据乘以K值后的水头损失值选泵，则运行更为可靠。51 例某城市污水处理厂的设计污泥流量为226.8m3/h(0.063m3/s)，含水率98(污泥浓度为2)。用管道输送至农场长期利用，管道长度为5km，求管道输送时的水头损失值。 解因污泥流量为0. 063m3/s，采用紊流状态输送污泥，取流速为2.0m/s，管径为200

23、mm。 水头损失值用哈森威廉姆斯紊流公式计算： 因污泥含水率为98，即污泥浓度为2，查教材表84得系数CHH81。n 若输送的污泥是消化污泥，根据污泥浓度为2，查教材图83，得K1.03，修正后的水头损失为：hff1.03238.5245.6mn 若输送的污泥是生污泥，查教材图83，得K1.2，修正后的水头损失值为hff1.2238.5286.2mn 根据修正后的水头损失值选污泥泵。h= 6.82(L)(v)1.85 = 6.82( 5000 )( 2 )1.85 = 238.5mfD1.17C0.21.1781H3）、压力输泥管的局部水头损失n 长距离输泥管道的水头损失，主要是沿程水头损 失

24、。局部水头损失所占比重很小，故可忽略 不计。但污水处理厂内部的输泥管道，因输送距 离短，局部水头损失必须计算。局部水头损值的计算公式见下式。n 式中n hii：局部阻力水头损失，m；n ：局部阻力系数，见教材表85n v：管内污泥流速，ms；n g：重力加速度9.8ms2。56初次沉淀池泥含水率介于9597，剩余活性污泥达99以上。因此污泥的体积非常大，对污泥的后续处理造成困难。污泥浓缩的目的在于减容。污泥中所含水分大致分为4类：1、颗粒间的空隙水，约占总水分的70；2、毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20；34、污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占l0Gao J.F.CEEE;Beijing

25、Tech5717.3污泥浓缩Gao J.F.CEEE;Beijing Tech58污泥水分示意图 毛细水 吸附水内部水空隙水 降低含水率的方法有：1浓缩法、用于降低污泥中的空隙水，因空隙水所占比例最大故浓缩经减容的主要方法：2自然干化法和机械脱水法，主要脱除毛细水；3干燥与法，主要脱除吸附水与内部水不同脱水方法的脱水效果列于下表(教材表175。)Gao J.F.CEEE;Beijing Tech59Gao J.F.CEEE;Beijing Tech60脱水方法脱水装置脱水后含水率脱水后状态浓缩法重力浓缩气浮浓缩离心浓缩9597近似糊状自然干化法自然干化场晒砂厂7080泥饼状机械脱真空吸滤法真空

26、转鼓真空转盘等6080泥饼状水 压滤法板框压滤机4580泥饼状滚压带法滚压带式压滤机7886泥饼状离心法离心机8085泥饼状干燥法各种干燥设备1040粉状粒状法各种设备010灰状不同脱水方法及脱水效果表17.3.1 重力浓缩理论1、迪克(Dick)理论2、柯伊克里维什理论（自学）3、肯奇(Kynch)理论（自学）17.3.2 污泥浓缩工艺1、重力浓缩法2、气浮浓缩法3、离心浓缩法Gao J.F.CEEE;Beijing Tech6117.3.1 重力浓缩理论污泥减容为后续处理创造条件。如后续处理是厌氧消化，消化池的容积、加热量、 搅拌能耗都可大大降低。如后续处理为机械脱水，调整污泥的混凝剂用量

27、、 机械脱水设备的容量可大大减小。重力浓缩构筑物称重力浓缩池。根据运行方式不 问。可分为连续式重力浓缩池、间歇式重力浓缩池两种。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech621、迪克(Dick)理论迪克:1969年采用静态浓缩试验的方法，分析了连续式重力浓缩池的工况。试验是在教材图178所示装置中进行。引入了浓缩池横断面的固体通量这一概念： 即单位时间内,通过单位面积的固体重量叫固体通量,kg/(m2 h)。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech63Gao J.F.CEEE;Beijing Tech64当浓缩池运行正常时，池中固体量处于动平衡状态，见下图所示。单位时间内进入

28、浓缩池的固体重量，等于排出浓缩池的固体重量(上清液所含固体重量忽略不计)。通过浓缩池任一断面的固体通量，由两部分组成，一部分是浓缩池底部连续排泥所造成的向固体通量；另一部分是污泥自重压密所造成的固体通量。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech65Gao J.F.CEEE;Beijing Tech66向固体通量设图中，断面II处的固体浓度为Ci，通过该断面的向Gu=uCi固体通量：式中Gu：向固体通量。kg(m2h) ；u:向流速，即由于底部排泥导致产生的界面下降速度。mh。若底部排泥量为Qu（m3h）， 浓缩池断面积为Am2，则uQu/A，运行资料统计 表明，活性污泥浓缩池的u一般

29、为0.250.51m h；Ci:断面II处的污泥固体浓度，kgm3。由上式(Gu=uCi )可见，当u为定值时，Gu与Ci成直线关系。见图87(b)中的直线1。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech67Gao J.F.CEEE;Beijing Tech68自重压密固体通量在试验装置中，用同一种污泥的不同固体浓度， (C1、C2、Ci、Cn)分别做静态浓缩试验，作时间与界面高度关系曲线，(见图179a)。然后作每条浓缩曲线的界面沉速，即通过每条浓 缩曲线的起点作切线，切线与横坐标相交，得沉降时间(t1、t2、ti、tn)。则该浓度的界面沉速vi H0/ti(mh)，故自重压密固体通量

30、为：Gi=viCi式中Gi:自重压密固体通量，kg(m2h) ；vi:污泥固体浓度为Ci时的界面沉速，m/h。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech69根据式(Gi=viCi)，可作GiCi关系曲线，见图179(b)中的曲线2。固体浓度低于500mg/L时，不会出现泥水界面，故曲线2不能向左延伸。Cm即等于形成泥水界面的最低浓度。总固体通量浓缩他任一断面的总固体通量等于式(Gu=uCi 821)和式(Gi=viCi 822)之和，即图179中曲线1与2叠加得曲线3。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech70G=Gu+GiuCiviCiCi(u+vi)图179(b)，曲线

31、3即用静态试验的方法， 表征连续式重力浓缩池的工况。经曲线3的最低点b作切线截纵坐标于GL点，最低点b 的横坐标为CL称为极限固体浓度，其物理意义是：固体浓度如果大于CL，就通不过这个截面。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech71GL就是极限固体通量，其物理意义是： 在浓缩池的深度方向，必存在着一个控制断面，这个控制断面的固体通量最 小，即GL。其他断面的固体通量都大于GL。因此浓缩池的设计断面面积应该是：A Q0C0GLGao J.F.CEEE;Beijing Tech72式 中 A：浓缩池设计表面积，m2； Q0：入流污泥量，m3/h；C0：入流污泥固体浓度，kgm3； GL

32、:极限固体通量，kg(m2h) 。Q0 ， C0 是已知数， GL值可通过试验或参考同类性质污水厂的浓缩池运行数据。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech732) 柯伊克里维什理论（自学）3) 肯奇(Kynch)理论（自学）Gao J.F.CEEE;Beijing Tech7417.3.2 污泥浓缩工艺1、重力浓缩法2、气浮浓缩法3、离心浓缩法Gao J.F.CEEE;Beijing Tech751、重力浓缩法间歇式重力浓缩池Gao J.F.CEEE;Beijing Tech762) 连续式污泥浓缩池Gao J.F.CEEE;Beijing Tech772、气浮浓缩法气浮浓缩法主要

33、适用于密度接近于1、疏水的污泥，或容易发生膨胀的污泥，一般多采用的是压力溶气气浮法。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech78Gao J.F.CEEE;Beijing Tech793、离心浓缩法离心浓缩法是利用污泥中的固体即污泥与其中的液体即水之间的密度有很大的不同，因此在高速旋转的离心机中具有不同的离心力，从而可以使二者分离。一般离心浓缩机可以连续工作，污泥在离心浓缩机中的HRT仅为3 min， 而出泥的含固率可达4%以上，即出泥的含水率可以达到96%以下。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech8017.4 污泥的厌氧消化17.4.1 厌氧消化的机理17.4.2 厌氧

34、消化动力学17.4.3 厌氧消化的影响因素17.4.4 厌氧消化池池形、构造与设计17.4.5 消化池的运行与管理Gao J.F.CEEE;Beijing Tech8117.4.1厌氧消化的机理同污水的厌氧消化Gao J.F.CEEE;Beijing Tech8217.4.2厌氧消化动力学在厌氧消化条件下，BOD5的去除也遵循一级反应动力学规律。由于甲烷发酵阶段是厌氧消化速率的控制因素，因此，厌氧消化反应动力学是以该阶段作为基础建立的。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech83厌氧消化反应动力学方程式：dSkSX=KS + SdtdX=Y dS -bX dt dtdXYkS dt=

35、 m =X- bKS + SGao J.F.CEEE;Beijing Tech84Gao J.F.CEEE;Beijing Tech85用上式进行物料衡算，可推导出细菌增殖速率与生物体平均停留时间qC 之间的关系式，即：解上式得Gao J.F.CEEE;Beijing Tech86底物降解效率E按下式计算Gao J.F.CEEE;Beijing Tech8717.4.3厌氧消化的影响因素因甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech88温度生物固体停留时间(污泥龄)与负荷搅拌和混合1.2.3.4、

36、碳氮比5、pH值与酸碱度6、物质Gao J.F.CEEE;Beijing Tech891温度甲烷菌对于温度的适应性，可分为两类，即中温甲烷菌(适应温度区为30 36)；高温甲烷菌(适应温度区为5053)。两区之间的温度，反应速度反而减退。可见消化反应与温度之间的关系是不连续的。温度与有机物负荷、产气量关系见下图Gao J.F.CEEE;Beijing Tech90Gao J.F.CEEE;Beijing Tech91Gao J.F.CEEE;Beijing Tech92利用中温甲烷菌进行厌氧消化处理的系统叫中温消化，利用高温甲烷菌进行消化处理的系统叫高温消化。中温消化条件下，挥发性有机物负荷为

37、0.61.5kg(m3d) ， 产 气 量 约 l1.3m3 (m3d) ；而高温消化条件下，挥发性有机物负荷为2.02.8kg(m3d) ，产气量约3.04.0m3 (m3d) 。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech93中温或高温厌氧消化允许的温度变动范围为1.52.0。当有3的变化时，就会抑制消化速率，有5的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧消化。消化温度与消化时间的关系，消化时间是指产气量达到总量的90所需时间。两者关系见图1713。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech94由图1713可见，中温消化的消化时间约为20d-30d，高温消化约

38、为10d-15d。因中温消化的温度与人体温接近，故对寄生虫卵及大肠菌的杀灭率较低；高温消化对寄生虫卵的杀灭率可达99，对大肠菌指数可达10-100，能满足卫生要求(卫生要求对蛔虫卵的杀灭率95以上，大肠菌指数10一100).Gao J.F.CEEE;Beijing Tech952生物固体停留时间(污泥龄)与负荷消化池的容积负荷和水力停留时间(即消化时间)的关系见下图。厌氧消化效果的好坏与污泥龄有直接关系，泥龄的表达式与定义是Gao J.F.CEEE;Beijing Tech96Gao J.F.CEEE;Beijing Tech97Gao J.F.CEEE;Beijing Tech98有机物降解

39、程度是污泥龄的函数，而不是进水有机物的函数。消化池的容积设计应按有机负荷污泥龄或消化时间设计。所以只要提高进泥的有机物浓度， 就可以更充分地利用消化池的容积。由于甲烷菌的增殖较慢对环境条件的变化十分敏感，因此，要获得稳定的处理效果就需要保持较长的污泥龄。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech99消化池的有效容积Gao J.F.CEEE;Beijing Tech100消化池的投配率是每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数。投配率是消化池设计的重要参数，投配率过高，消化池内脂肪酸可能积累，pH 下降，污泥消化不完全，产气率降低； 投配率过低，污泥消化较完全，产气率较高，消化池容积

40、大，基建费用增高。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech101根据我国污水处理厂的运行经验，城市污水处理厂污泥中温消化的投配率以58为宜相应的消化时间为1/5%=20d- 1/8%=12.5dGao J.F.CEEE;Beijing Tech1023搅拌和混合厌氧消化是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触反应。因此必须使两者充分混合。 搅拌的方法般有：泵加水射器搅拌法；消化气循环搅拌法和混合搅拌法等。使整个消化池内的温度、底物、甲烷细菌分布均匀，并能避免在消化池的表面结成泥壳，加速消化气的释放Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1034、碳氮比含氮量过低，碳氮比过高，

41、则组成细菌的氮量不足，消化液中的HCO3-（以碳酸氢氨的形式存在）浓度低、缓冲能力差，pH容易下降反之，含氮量过高，碳氮比太低，胺盐过度累积，pH会上升至8.0以上，也会抑制甲烷细菌的生长。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech104一般碳氮比在(1020) ： 1时，消化效果比较好。初次沉淀池的碳氮比为10：1，剩余污泥的碳氮比为5：1。因此剩余污泥单独消化时效果较差。农村沼气池，用粪便消化时，含氮量过高，碳氮比太低。因此必须投加杂草、茎杆等提高碳氮比，增加产气量Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1055、pH值与酸碱度这是非常重要的控制因素甲烷细菌的适宜pH为6

42、.67.8，最佳pH在6.87.2之间。pH下降至5以下，对甲烷细菌害作用。如果有一段pH较低，甲烷细菌会大量死亡，即使pH恢复至中性，厌氧消化效率也不易恢复。而在高pH值时（如高于7.8），只要恢复到中性，甲烷消化的效率就能很快恢复Gao J.F.CEEE;Beijing Tech106消化池中有机酸累积时，要消耗大量的HCO3-，使消化液的缓冲能力下降甚至丧失。RCOOH + HCO- + HO RCOO- + CO+ 2HO3222碱度降低，即预示着pH值要下降。所以测定碱度可以预知消化进行的情况如何Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1076、物质所谓“”是相对的，事实上

43、任何一种物质对甲烷消化都有两方面的作用，即有促进甲烷细菌生长的作用与抑制甲烷细菌生长的作用。关键在于它们的浓度界限，即毒阈浓度。教材表815列举某些物质的毒阈浓度。低于毒阈浓度下限，对甲烷细菌生长行促进作用； 在毒阈浓度范围内，有中等抑制作用，如果浓度是逐渐增加，则甲烷细菌可被驯化，超过毒阈浓度上限，对甲烷细菌有强烈的抑制作用。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech108重金属离子对甲烷消化的抑制作用有两个方面：(1) 与酶结合，产生变性物质，使酶的作用消失。(2) 重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech109阴离子的毒害作用：

44、阴离子的毒害作用，主要是S2。S2的来源有两种(1) 由无机硫酸盐还原而来。(2) 由蛋白质分解释放出S2 。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech110硫的有利方面是：低浓度硫是细菌生长所需要的元素，可促进消化进程；硫直接与重金属络合形成硫化物沉淀。硫的有害方面是：若重金属离子较少， 则消化液中过多的H2S将释放出进入消化气中，降低消化气的质量并腐蚀金属设备(管道、锅炉等)；降低甲烷的产量。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech111氨的毒害作用蛋白质或尿素厌氧消化形成氨。氨的含量过高，对甲烷消化有抑制作用。NH3的毒性大于NH +。所以在蛋白质或4尿素含量高时，更应

45、注意这点。例如尿或猪粪消化，就可能产生NH3毒性Gao J.F.CEEE;Beijing Tech11217.4.4厌氧消化池池形、构造与设计池形构造与设计1.2.3 两级厌氧消化4 两相厌氧消化5 消化池的运行与管理(自学）6 自然消化双层沉淀池(自学)7 污泥的好氧消化(自学）Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1131池形消化池的基本池形有圆柱形和蛋形两种。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech114高碑店污水处理厂Gao J.F.CEEE;Beijing Tech115德国柏林某污水处理厂Gao J.F.CEEE;Beijing Tech116Gao J.F.

46、CEEE;Beijing Tech117大型消化池可采用蛋形，容积可做到10000m3以上， 蛋形消化池在工艺与结构方面有如下优点：搅拌充分、均匀，无死角，污泥不会在池底固结；池内污泥的表面积小，即使生成浮渣，也容易清除；在池容相等的条件下，池子总表面积比圆柱形小，故散热面积小，易于保温；蛋形的结构与受力条件最好，如采用钢筋混凝土：结构，可节省材料；防渗水性能好，聚集沼气效果好。蛋形壳体曲线做法如图1714(b)所示，杭州市四堡污 水厂，采用蛋形消化池。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1182构造与设计消化池的构造主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备、

47、搅拌设备及加温设备等。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech119(1)投配、排泥与溢流系统1)污泥投配：生污泥(包括初沉污泥、腐殖话泥及经浓缩的剩余活性污泥)，需先排入消化池的污泥投配池，然后用污泥泵抽送至消化池。污泥投配池一般为矩形、至少设两个，池容根据生污泥量及投配方式确定，常用12h的贮泥量设计。投配池应加盖、设排气管及溢流管。如果采用消化池外加热生污泥的方式，则投配池可兼作污泥加热池。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1202)排泥：消化池的排泥管设在池底，依靠消化池内的静水压力将熟污泥排至污泥的后续处理装置。3)溢流装置：消化池的投配过量、排泥不及时或沼

48、气产量与用气量不平衡等情况发生时，沼气室内的沼气受压缩，气压增加甚至可能压破池顶盖。因此消化池必须设置溢流装置，及时溢流，以保持沼气室压力恒定：溢流装置必须绝对避免集气罩与大气相通。溢流装置常用形式有倒虹管式、大气压式及水封式等3种。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech121溢流装置的管径一般不小于200mmGao J.F.CEEE;Beijing Tech122(2)沼气的收集与贮存设备由于产气量与用气量常常不平衡，所以必须设贮气柜进行调节。泄气从集气罩通过沿气管输送别贮气柜。沼气管的管径按日平均产气景计算，管内流速按715ms计，当消化池采用消气循环搅拌时，则计算管径时应加入

49、搅拌循环所需沼气量。贮电柜有低压浮盖式与高压球形罐两种，见下图。贮气柜的容积一般按平均日产气量的2540，即610h的平均产气量计算。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech123Gao J.F.CEEE;Beijing Tech124(3)搅拌没备搅拌的目的是使池内污泥温度与浓度均匀，防止污泥分层或形成浮渣层，缓冲池内碱度，从而提高污泥分解速度。当消化池内各处污泥浓度相差水超过10时，被认为混合均匀。消化池的搅拌方法有沼气搅拌，泵加水射器搅拌及联合搅拌等3种可用连续搅拌；也可用间歇搅拌，在510h内将全池污泥搅拌一次。Gao J.F.CEEE;Beijing Tech1251)泵加水射器搅拌生污泥用污泥泵加压后，射入水射器，水射器顶端浸没在污泥面以下0.20.3m，泵压应大于： 0.2M