污泥的处理处置课件

污泥处理与处置,1.污泥概述,污泥的来源污泥的分类污泥的性质污泥的危害,污泥(sludge)污水处理过程所产生的固体沉淀物质。来源-市政污泥(civilsludge，也叫排水水泥sewagesludge)，主要指来自污水厂的污泥-管网污泥，来自排水收集系统的污泥。-河湖淤泥，来自江河、湖泊的淤泥。-工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、有机质的混合物。,1.1污泥的来源,1.2污泥的分类,1.按成分不同分类污泥-以有机物为主要成分，含水率高，不易脱水，胶状结构，亲水物质。沉渣-以无机物为主要成分，含水率低，易于脱水，流动性差。2.按来源不同分为：初沉池污泥-来自初沉池无机成份较高腐殖污泥-来自生物膜法处理的污泥剩余污泥-来自活性污泥法处理二沉池排出的污泥消化污泥-生化处理排出污泥再经厌氧处理后的熟化污泥化学污泥-混凝、气浮、化学沉淀所产生的污泥,生污泥,3.根据污水处理工艺分类初沉污泥(Primary)：只经过物理-化学处理二沉污泥(Secondary)：生物处理后的污泥三沉污泥(Tertiary)：脱磷/脱氮后的污泥4.根据污泥的性质，又可以区分为：未消化生污泥（undigested）消化污泥(digested)-好氧与厌氧之分。,PS:各个级别的污泥的物理化学性质不同，消化和未消化污泥的性质差别更大。很多后端处理工艺必须了解前端污泥的性质才能确定其处理方式。,(1)生污泥最终处置(2)生污泥最终处置(3)生污泥最终处置消化为主，产生沼气，其它利用(4)生污泥农肥(堆肥为主)(5)生污泥农用(环保要求不高的边远地方，就近农用)(6)生污泥最终处置（焚烧为主，发电，有机物高）(7)生污泥最终处置(完整方案，环保要求高的城市),1.3污泥的性质,1.污泥含水率污泥中含水分的重量百分数。初沉污泥含固率：24；剩余污泥含固率：0.50.8；脱水泥饼含固率：1525。,1.3污泥的性质,2.污泥固体-污泥含固率。挥发性固体（灼烧减量）有机物含量灰分（灼烧残渣）无机物含量,挥发性固体含量的测定方法如下：将测完含水率的污泥样放在电炉上炭化（烧至不冒烟），再放入600高温炉中，灼烧0.5h，然后放冷或将温度降至110左右。取出放入105110的烘箱中烘0.5h。取出放入干燥器内干燥0.5h，然后称量记录质量W3，代入下式，即可求出挥发固体含量。,式中Vs：为挥发性固体含量，%；W1：为空蒸发皿质量，g；W2：为烘干污泥试样质量与蒸发皿总质量，g；W3：为灼烧后的污泥样与蒸发皿总质量，g。,1.3污泥的性质,思考：含水率和含固率关系？污泥处置的关键难点-含水率。,污泥含水率,（1）含水率是制约污泥处置和利用的关键问题60%是填埋与堆肥的起点，50%是焚烧的起点；（2）干化环节是污泥处理处置系统耗能的主要环节；（3）干化环节的新技术研发是实现污泥处理系统节能降耗的着力点。,含水率高是污泥处理处置的难点所在,污泥含水率从95%降至80%，污泥体积减少75%，从80%降至50%体积将再减少60%,污泥含水率越高，热值越低，当含水率低于50%时，才适合焚烧,含水率与污泥热值,2、微生物细胞和胶体物质造成处理困难污泥中含有大量微生物细胞和有机胶体物质，脱水困难污泥中有机物主要以固体形式存在，生物降解困难污泥处置的技术难点是：如何进行深度脱水降低含水率。含水率60%的污泥，其资源化潜力显著增大。,原因：固体有机物的水解速率低；水解为控制步骤。,1.3污泥的性质,3.可消化程度表示污泥中可被消化降解的有机物数量(%)4.污泥比重污泥重量与同体积水的比值5.污泥体积与含水率的关系含水率为Po的污泥，其体积为Vo，若含水率变为P，且当S1与S2及P与Po接近时，其体积V可近似按下式计算：例：污泥含水率从97.5%降低到95%时污泥体积降低了几倍？,6.污泥的脱水性能-用比阻(r)或毛细吸水时间(CST)评价污泥过滤比阻(m/kg)，物理意义是：在一定压力下过滤时，单位干重的污泥滤饼，在单位过滤面积上的阻力。比阻越大的污泥，越难过滤，其脱水性能也越差。污泥毛细吸水时间CST(秒)：其值等于污泥上滤纸接触时，在毛细管作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间。CST越大，污泥的脱水性能越差。,6.污泥的脱水性能-用比阻(r)或毛细吸水时间(CST)评价,CST值测定装置示意图,7.污泥的数量,污泥的数量估算一般有两个方法：根据污水处理量和含固率进行估算。比如某城市平均污水含固率0.02%，日处理量60万吨，脱水污泥含固率20，则年产湿泥饼：600,000 x0.02%x360/20%=216,000吨/年根据人口估算。比如某城市2,400,000人口，典型人均日产污泥(干)50克，脱水污泥含固率20，则年产湿泥饼：2,400,000 x50/1,000,000 x360/20%=216,000吨/年,初沉池污泥量,剩余活性污泥量,其中：X挥发性剩余污泥量（kg/d）干重，f=VSS/SS=0.75Xr回流污泥浓度（g/l）,其中：Q污水流量(m/d)去除率（%）C0进水悬浮物浓度（mg/l）P含水率沉淀污泥密度(kg/m),V(m/d)=100C0Q/10(100-P),Qs=X/fXr,1.4污泥的危害,含水率高，多达70以上，这部分水份难以焚烧，运输成本高，堆放占地面积大，直接填埋则会使填埋场提前报废。微生物、病原体含量高，不加处理，直接施用或弃置，可能会污染食物链。恶臭污染环境，同时向大气排放温室气体（是二氧化碳的20倍）。超细粉末，在热干化和处理过程中存在较大的危险。含有重金属，如果不加控制施用，可能污染土地，造成不可逆的耕地退化。,1.5我国污泥的产生与污染现状,1.我国污水的产生与处置现状,2.我国污泥的产生与污染现状,3.污泥污染的形势严峻,4.我国污泥的处置现状,我国典型污泥处置工艺-填埋,我国典型污泥处置工艺-堆肥,污泥的产生污泥消化污泥脱水污泥堆肥化粗加工有机肥精加工有机肥堆肥要求：污泥混合后的含固率35%，因此需要添加大量的辅料，导致污泥实际处理能力有限,我国典型污泥处置工艺-焚烧,流化床焚烧装置,流化床干化处置,干化-焚烧联合处置,回转窑干化焚烧联合处置,2.污泥的处理与处置,2.1概述2.2污泥浓缩2.3污泥稳定2.4污泥脱水与干化2.5污泥综合利用2.6污泥的最终处置,2.1概述,2.1.1污泥流动的水力特性与水力条件,污泥流动的水力特征,污泥的输送主要决定于污泥含水率的大小。并应考虑污泥的利用途径。1污泥输送方法管道输送卡车输送驳船输送,1.含水率99%的状态，流动的特性接近水流,2.层流时，阻力很大。紊流状态时，阻力较小。设计时，要用大流速，处于紊流状态，下临界速度1.1m/s，上临界速度1.4m/s；因此污泥管道的最小设计流速1.0-2.0m/s。,污泥的输送,1、管道输送,输送的目的地很稳定污泥的流动性很好，含水率较高所含油脂成分较少,污泥的腐蚀性低污泥的流量较大30m/h重力管道坡度0.01-0.02，d不小于200mm驳船适用于不同的含水率的污泥,2、污泥输送设备,（1）隔膜泵（2）螺旋泵等,污泥泵,隔膜泵,螺旋泵,螺旋泵,污泥输送机,污泥输送系统,污泥流动的水力计算,2.1.2污泥水分布结构,1.根据污泥中所含水分与污泥结合的情况，污泥中所含水分可分为自由水和结合水。自由水指的是不直接与污泥结合，也不受污泥颗粒影响的那部分水，可以通过浓缩去除。结合水分为：间隙水、毛细水、水合水。间隙水存在于絮体或有机体的空隙之间，条件变化时可变成自由水。毛细水指结合力大、结合紧的多层水分子。重力浓缩不能去除这部分水，必须用人工干化、机械脱水或热处理方法去除。水合水存在于细胞内，只有热处理才能去除。,2.污泥中的水分对污泥处理的影响,污泥处理的方法取决于污泥含水率和最终的处置方式。,污泥的含水率与污泥状态,2.2污泥的浓缩,2.2.1概述2.2.2重力浓缩法2.2.3气浮浓缩法力,污泥浓缩是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法。,污泥浓缩主要是减缩污泥的间隙水。,2.2.1概述,2.2.2污泥重力浓缩,重力浓缩理论,1.迪克（Dick）理论,向下流固体通量（底流牵动通量）Gu=uCi式中Ci通过1-1断面的污泥固体浓度(kg/m)；u向下流流速(m/h),自重压密固体通量（固体舒流通量）Gi=ViCiVi为固体浓度为Ci时的界面沉速，当Ci500mg/l时不会出现泥水分离，Cm形成泥水分离的最低沉速当u为定值时，Gu与Gi成直线关系,总固体通量G=Gu+Gi=uCi+ViCi=Ci(u+Vi)设计中设定极限固体浓度（CL）固体浓度大于CL，通不过此界面极限固体通量（GL）在浓缩池的深度方向，必存在一个控制断面，这个控制断面的固体通量最小。浓缩池的设计断面面积AQ0C0/GLA浓缩池面积Q0入流污泥量m/hC0入流固体浓度kg/hGL极限固体通量kg/m.h,重力式连续浓缩池深度的设计,1.浓缩池总深度：压缩区高度Hs阻滞区与上清液高度池底坡超高2.排泥浓度是浓缩时间的函数，与污泥层厚度无关3.压缩区高度Hs的计算柯伊克里什维法Hs=Q0C0tu(s-w)/s(m-w)AQ0C0入流污泥固体重量(kg/h)tu达到排泥浓度时所需要的浓缩时间s污泥中固体物密度kg/mm污泥的平均密度kg/mw上清液的密度，取1000kg/m,连续流重力浓缩池的基本构造与形式,1.浓缩池必须同时满足：上清液澄清排出的污泥固体浓度达到设计值固体回收率高(浓缩污泥中固体的重量/原污泥固体物重量)100%大于95%,2.垂直搅拌栅的应用栅条后处可形成微小漩涡有助于颗粒的絮凝使颗粒变大造成空穴使空隙水与污泥接触紧密浓缩效率可提高20%以上,原理同连续式，适用于小型污水厂,间歇式重力浓缩池,1.间歇式污泥浓缩池,设计参数：停留时间一般为9-12h。,浓缩池的上清液，应回到初沉池前重新处理。,2.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，一般为竖流式(或辐流式)。,2.2.3气浮浓缩池,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。,1.气浮浓缩系统的组成,气浮浓缩系统主要由加压溶气装置和气浮分离装置两部分组成。,澄清水从池底引出，一部分用水泵引入压力溶气罐加压溶气，另一部分外排。溶气水通过减压阀从底部进入进水室，减压后的溶气水释放出大量微小气泡，并迅速依附在待气浮的污泥颗粒上，从而使污泥颗粒密度下降易于上浮。进入气浮池后，能上浮的污泥颗粒上浮，在池表面形成浓缩污泥层由刮泥机刮出池外。不能上浮的污泥颗粒则沉到池底，由池底排出。,2.气浮浓缩法的主要设计参数,主要设计参数:污泥负荷、气固比、水力负荷、回流比,污泥负荷-单位时间内，通过气浮池断面的干固体量，单位为kg/（m2.h）或kg/（m2.d）,气浮池污泥负荷:,气固比,溶气水经减压释放出的空气量与需浓缩的固体量之质量比，常用As表示；用于污泥浓缩一般取0.010.04,式中Aa/S气固比；Sa0.1Mpa下，空气在水中的饱和溶解度，mg/L；P溶气罐压力，一般用2-4kg/cm2；f溶气水的空气饱和度，一般为50%-80%；0污泥浓度，mg/L。,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2-3.5m3/（m2.h)。,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。,3.离心浓缩法,转筒式离心机用于污泥浓缩的运行参数,2.3污泥的稳定,目的-降解污泥中的有机物质,进一步减少污泥含水量,杀灭污泥污泥中的细菌、病原体等,消除臭味,这是污泥能否资源化有效利用的关键步骤。,2.3污泥的稳定,2.3.1污泥厌氧消化,5.影响污泥厌氧消化的主要因素,1.pH和碱度,最佳为7.07.3,3.负荷,厌氧消化池的容积决定于厌氧消化的负荷率。,表达方式,4.消化池的搅拌,在有机物的厌氧发酵过程中，让反应器中的微生物和营养物质(有机物)搅拌混合，充分接触，将使得整个反应器中的物质传递、转化过程加快。,5.有毒有害物质,6.消化池分类-传统（低负荷）、高负荷、两级消化池,低速消化池一般不设搅拌设备，所以有分层现象池底部为熟污泥贮藏和浓缩区中下部为厌氧分解活性层。中上部为污泥清液层，它可根据具体厚度从不同高度排出。上部为浮渣层，厌氧反应的CH4气泡将部分污泥带至水面以上，形成浮渣。顶端为沼气收集区，由管道从最顶端导出。污泥定期投入和排出。特点：效率低，反应速度慢。,高速消化池有搅拌，池内污泥完全处于混合状态，消化液及熟污泥不能分离出来，所以必须串联一个二级消化池。一级消化池装搅拌和加热设备，二级消化池，不搅拌，也不加温，只起污泥沉淀分离作用。,两级高负荷率厌氧消化系统,两相厌氧消化池-将酸化阶段和气化阶段分开,7消化池的构造,主要设备,消化池型,圆柱形消化他的直径通常在638m，考虑到充分混合问题，水深一般小于7.5m。池底为圆锥形，最小底坡为16，以便排泥。,强化混合，底部呈陡峭的锥形，可以减少砂的积累，蛋形消化他的显著优点是，混合效果更好，更容易控制泡沫的产生，占地面积小。设计高度可以达到40m，配有通往池顶的梯子。,消化池构造,浮动式盖消化池,固定式盖消化池,螺旋浆搅拌的消化池,沼气风机搅拌,污泥消化池,大型厌氧生物处理,沼气搅拌压缩机,热交换器,贮气罐,8.消化池的设计计算,内容,池体设计,加热保温系统设计,搅拌设备设计,式中：V消化池有效容积，m3；V每天要处理的污泥量，m3/d；p污泥投配率，城市污水厂高负荷率消化池，当消化温度为3035时，p可取6%18%；n消化池的座数；Gs每日要处理的污泥干固体量，kgVSS/d；Ns单位容积消化池污泥（VSS）负荷率，kgVSS/（m3/d）。,消化池有效容积按每天处理污泥量及污泥投配率进行计算：,计算消化池的构造尺寸：,消化池必须附设各种管道：污泥管、上清液排放管、溢流管、沼气管和取样管。,沼气(消化气)的收集和利用,污泥和高浓度有机废水的厌氧消化均会产生大量沼气。,在设计消化池时必须同时考虑相应的沼气收集、储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。,污泥消化所产生的以甲烷为主的消化气量，主要取决于被消化的挥发固体量。,2.3.2污泥好氧消化,具体措施：长时间曝气氧化是污泥稳定。延时曝气法，氧化沟法剩余污泥不必在氧化。挥发性固体去除率40-50%。优点：同样温度时，所需时间短出水BOD5浓度低不产生H2S气体，无臭气污泥脱水性能好,缺点：需氧量大，动力费用高无沼气可利用灭菌性差我国目前，很少采用专门的好氧消化法处理污泥。,需要说明的问题,对高泥龄的消化污泥效果不佳；好氧消化的曝气时间10d左右，BOD5去除率50%；用于小型污水厂,好氧消化的机理,C5H7NO2+7O25CO2+3H2O+H+NO3-氧化1Kg细胞质需氧2Kg，处于内源呼吸期，H+上升时，需调节碱度，PH值=7；DO值不大于2mg/l;充分搅拌。,好氧消化池的构造及工艺设计,1、好氧消化池的构造,高34m,底坡坡度I0.25；鼓风机的风压34m,与完全混合式活性污泥法曝气池相同。,2、好氧消化需空气量的计算,(1)自身氧化；需空气量(2)消化搅拌，0.06m3/minm3,其中：-dX/dt：可生物降解的挥发性固体的分解速率，g.vss/L.dX：在t时刻的可生物降解的挥发性固体浓度，g.vss/LKd：内源呼吸速率常数，d-1.,(2)好氧消化池容积计算,以微生物停留时间或c计算,(活性污泥c1015d，初沉池混合c1520d),以有机负荷S为参数计算V,V=Q0X0/S,式中Q0进入好氧消化池生污泥量，m3d；S有机负荷，0.382.24KgVSS/m3d,传统的空气好氧消化法,2.4污泥的脱水与干化,脱水-将污泥的含水率降低到8085%以下的操作叫脱水。干化-将脱水污泥的含水率进一步降低到5065%以下的操作叫干化。,2.4.1污泥调理,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-破坏污泥的胶态结构、减少泥水间的亲和力，改善污泥的脱水性能。,1.化学调理法,调理剂种类,调理剂投加量的确定,作比阻抗r及CST与调理剂用量的关系曲线图确定最佳调理剂用量和品种。,如：硫酸铝、三氯化铁、石灰等；,如：聚丙烯酰胺等,2、加热调理法,热调理使污泥在一定压力（11.5MPa）下短时间加热（160200）。这种调理方法使固体凝结，破坏凝胶体结构，降低污泥固体和水的亲合力。而且污泥也被消毒，臭味几乎被消除，并易于在真空或压力过滤机中过滤。,热调理法可用以调节各种混合的有机废水污泥，包括难以处置的剩余活性污泥，最适宜于生物污泥。热调理的缺点是能耗较高，操作技术水平要求高，有臭气放出，且调理后的污泥在过滤后所得滤液有机物浓度很高。,淘洗是一项单元操作，在操作过程中将固体或固-液混合物与液体完全混合，使某些组分转移到液体中。典型的例子是将消化污泥在化学调理以前进行洗涤，以去除可能消耗大量化学药品的某些可溶性有机和无机组分。,3、淘洗调理法,淘洗调理费用超过由于降低调理化学药品所节省的费用。而且由于从污泥中洗出来的细小的固体在主要的废水处理装置中可能不能完全被截留，因而，虽然过去采用的这种操作比较普遍，现在不提倡采用这种方法。,4.影响污泥调理效果的因素,污泥性质,调理剂品种,污泥调理条件,2.4.2污泥的脱水和干化,2.4.2.1自然干化-晒泥场、干化床1.特点简单易行，污泥含水率低（可达6575%），缺点是占地面积大，卫生条件差，铲运、装卸劳动强度大。,污泥干化床,2.4.2.2污泥的机械脱水及其设备,1.带式压滤机,带式压滤机工艺的开发成功的关键是滤带的开发，是合成有机聚合物发展的结果。,转筒离心机,2.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。,(1)转筒式离心机的构造和脱水过程:,离心脱水：脱水的推动力是离心力，推动的对象是固相，固液分离效果好，应用前景好。,污泥通过中空转轴的分配孔连续进入筒内，在转筒的带动下高速旋转，并在离心力作用下泥水分离。螺旋输泥机和转筒同向旋转，但转速有差异，即二者有相对转动，这一相对转动使得泥饼被推出排泥口，而分离液从另一端排出。,(2)转筒离心机的选择:,根据离心机的处理能力，即每台机每小时处理湿污泥立方米数，或每台机每小时处理干污泥千克数来决定的。,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,加药螺杆泵,药液后稀释装置,卧螺离心脱水机,脱水上清液加入污泥储罐,污泥离心脱水机,脱水后的干泥,脱水机加药装置,3.板框压滤机,(1)板框压滤机的原理,工作原理：利用过滤介质（常用为涤纶布）二面压力差为推动力，水被强制通过介质，污泥截留在介质表面。,板与框相间排列而成，并用压紧装置压紧，在滤板两侧覆有滤布，即在板与板之间构成压滤室。在板与框的上端相同部位开有小孔，压紧后，各孔连成一条通道。加压后的污泥由该通道进入，并由滤框上的支路孔