第17章 污泥处理、处置及利用

第17章污泥处理、处置与利用

重点：污泥分类、特征与性质、污泥的各种浓缩方法与计算、污泥的稳定化处理。

难点：污泥消化17.7污泥的干化与脱水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污泥的其他稳定措施17.6污泥的调理17.8污泥的干燥与焚化17.9污泥的有效利用与最终处置17.10污泥减量化新技术17.1概述污泥的数量：0.3%～0.5%左右（以含水率97%计）；污泥中的物质：有毒有害物质（寄生虫卵、病原微生物、合成有机

物及重金属离子等）；有用物质（N、P、K、有机物及水分等）；污泥处理的目的：减量化、稳定化、无害化及资源化；投资：为总投资的20～50%；处理方案应综合考虑。17.1.1污泥处理的一般原则

1.减量化（浓缩、脱水、干化等）；2.稳定化（好氧或厌氧生物处理工艺）；3.无害化（针对污泥中含有的病原微生物、寄生虫卵、病毒、重金属

离子和有毒有害的有机污染物等）；4.资源化（用于农业生产、建筑材料制造、燃料等方面）。17.1.2污泥处理与处置的基本方法

17.1.3污泥处理与处置的基本流程

1.浓缩（尽可能多地分离出污泥中的水分）；2.稳定（利用消化或采用消毒方法）；3.调理（利用加热或化学药剂处理污泥）；4.脱水（真空、加压或干燥方法或利用焚化等方法）。1.生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处置；2.生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置；3.生污泥→浓缩→消化→最终处置；4.生污泥→浓缩→自然消化→堆肥→最终处置；5.生污泥→浓缩→机械脱水→干燥、焚化处理→最终处置。17.2污泥的分类、性质及计算17.2.1污泥的组成与分类

按成分不同

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1.生污泥：

初沉池污泥、剩余活性污泥（新鲜污泥）、腐殖污泥2.消化污泥（熟污泥）——经好氧、或厌氧消化处理的污泥3.化学污泥——用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物

按来源不同17.2.2污泥的性质指标3.挥发性固体（灼烧减重）——有机物含量灰分（灼烧残渣）——无机物含量4.可消化程度——表示污泥中可被消化降解的有机物数量1.定义：污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数。2.表达式：式中：V1，W1，C1——污泥含水率为p1时的污泥体积、重量与固体物浓度；V2，W2，C2——污泥含水率为p2时的污泥体积、重量与固体物浓度。

污泥的含水率和含固率

污泥肥分污泥肥分—（N、P、K）和微量元素及土壤改良剂（腐殖质）。

热值污泥有较高的热值，干燥后相当于褐煤，可直接当燃料，或者厌氧消化产生沼气作燃料。

有害物质城市污水处理厂污泥中含有病原微生物、病毒、寄生虫卵，在处置前应采取必要的处理措施(如污泥消化)。污泥中重金属也是主要的有害物质，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生产性质。污水经二级处理后，污水中重金属离子约有50%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。重金属含量超过规定的污泥不能用做农肥。17.2.3污泥量计算

初沉池污泥量

活性污泥法剩余污泥量

其中：ΔX——挥发性剩余污泥量（kg/d）干重；

f=MLVSS/MLSS=0.75Xr——回流污泥浓度（g/L）。其中：Q——污水流量，取污水厂的平均日流量(m³/d)；η——初沉池沉淀效率（%）（城市污水厂一般取50%）；

C0——初沉池的进水悬浮物浓度（mg/L）；

p——污泥含水率，一般取95%～97%；

ρ——初沉池污泥密度(kg/m³)，一般以1000kg/m3计。Qs=ΔX/fXr17.2.4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。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〉30m³/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）螺旋泵等流变图（流变曲线）

污泥流动的水力计算1、压力输送管道的沿程水头损失

——哈森-威廉姆斯紊流公式

其中：hf——输泥管沿程水头损失（m）；

L——输泥管长度（m）；

D——输泥管管径（m）；

CH——哈森系数，由污泥浓度决定。（查表17-5）2、压力输送管的局部水头损失

17.3污泥浓缩1.初沉池污泥含水率：95～97%；

剩余污泥含水率：达99%以上。2.浓缩池的目的:减小容积。3.污泥的水分：颗粒间隙水70%；

毛细水（颗粒间毛细内的水）20%；

污泥颗粒吸附水和颗粒内部水10%。4.降低含水率的方法①浓缩法：降低污泥中的间隙水（浓缩是为了减容）；②机械脱水法和自然干化法：主要脱除毛细水；③干燥与焚化法：主要脱除吸附水和内部水。17.3.1污泥重力浓缩

重力浓缩理论（压缩沉淀）1.迪克（Dick）理论

固体通量——单位时间内，通过单位面积的固体重量kg/m².h

通过浓缩池任一浓缩断面i的固体通量G等于向下流固体通量Gu和自重压密固体通量Gi之和：

G=Gu+Gi=uCi+ViCi

向下流固体通量（底流牵动通量）

Gu=uCi

式中Ci——通过i-i断面的污泥固体浓度(kg/m³)；

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Ci<500mg/L时不会出现泥水分离，Cm为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

A≥Q0C0/GLA——浓缩池面积

Q0——入流污泥量m³/hC0——入流固体浓度kg/hGL——极限固体通量kg/m²﹒h

静态试验的方法——分析连续式重力浓缩池的方法。前提：工作达到平衡——固体浓度Ci的断面位置是稳定的。

Q0C0=QuCu+QeCeGi=Vi/(1/Ci-1/Cu)Ai=Q0C0/Gi=Q0C0(1/Ci-1/Cu)/Vi

其中：Q0、C0为已知数据；

Qu、Cu——浓缩池排出污泥量及固体物浓度；

QeVi——上清液流量及固体物浓度。3.肯奇理论（kunch）前提——物质颗粒群成层沉淀时，某层污泥的沉降速度是该层颗粒污泥浓度的函数（固体浓度速度关系式）肯奇公式Ci=C0H0/(Hi+Viti)Vi=(Hi’-Hi)tiCi——界面高度为Hi时的污泥固体浓度；

Hi——ti时的污泥界面速度。2.科伊-克里维什理论

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(ρs-ρw)/ρs(ρm-ρw)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

ρs——污泥中固体物密度kg/m³ρm——污泥的平均密度kg/m³ρw——上清液的密度，取1000kg/m³

连续式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17.3.2污泥气浮浓缩17.4污泥的厌氧消化

按其形状

圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形等几种形式

按其池顶结构形式固定盖式和浮动盖式的消化池

负荷率传统消化池和高速消化池。17.4.1污泥厌氧消化的分类17.4.1污泥厌氧消化的分类17.4.2污泥厌氧消化的影响因素

以对甲烷发酵阶段影响因素为准1、温度影响

一般多采用中温消化，由于生污泥温度较低，故消化时需加热。

加热方法：蒸气加热；热水加热；盘管加热。

2、污泥投配率：每日投加新鲜的污泥体积占消化池有效容积的百分数。

n是消化时间的倒数，如n=5%T=1/n=1/5%=20d，n是消化池的重要参数。

中温消化适宜n=5%～8%，相应t为20d～12.5d。

3、搅拌和混合

目的：生、熟污泥充分混合。避免污泥结块，加速消化气释放。

方法：泵加水搅拌法；消化气循环搅拌法；混合搅拌法。

4、营养与C/N比

5、有毒物质

6、酸碱度、PH值、和消化液的缓冲作用17.4.3厌氧消化池型

池型

1.圆柱形2.蛋形

圆柱形

1.池径D：6～35m

2.池高/池径h/D：0.8-1.03.D1(集气罩)2～5m，高1～3m，倾角15-20º。17.4.4消化池的设计计算

消化池的设计计算的主要内容①消化池体积的计算与池体设计；②消化池内搅拌设备的设计与计算；③消化池所需要的加热保温系统的设计与计算。1、消化池的池体设计国内一般按污泥投配率来计算所需的消化池容积，即：式中：V——消化池的有效容积，m3；

Sv——新鲜污泥中挥发性有机物重量，kgVSS/d；

S——有机物负荷率kg/(m3﹒d)。

消化池的池体设计

消化池的结构尺寸

在确定了所需的消化池的有效容积后，就可计算消化池各部的结构尺寸，其一般要求如下：①圆柱形池体的直径一般为6~35m；②柱体高径之比为1：2；③池总高与直径之比为0.8~1.0；④池底坡度一般为0.08；⑤池顶部的集气罩，高度和直径相同，一般为2.0m；⑥池顶至少设两个直径为0.7m的人孔。

消化池的工艺管道在消化池中还需要设置多种工艺管道，其中主要包括：①污泥管：进泥管、出泥管、循环搅拌管；②上清液排放管；③溢流管；④沼气管；取样管；17.4.5消化池的构造

污泥投配，排泥与搅流系统

1.污泥投配池的容积

V=(1/3-1/2)ww为每日投加污泥量

V=60QT/10³，当抽升活性污泥时，T不小于15min,高程不足时，用污泥泵提升2.排泥静水压力排泥

沼气的收集与贮存

柜容：日均产气量的25%-40%，产气量——即6-10h的平均产气量计算

溢流装置（安全装置）1.作用：及时溢流，保持沼气压力恒定，防止投配过量、排泥不及时、气量不平衡等情况发生。2.溢流管的方式：（1）倒虹管式；（2）大气压式；（3）水封式；3.注意事项：

溢流管的设计应避免浮渣层，以避免堵塞。

搅拌设备1.目的（4个方面）：最终使污泥浓度不超过10%的差别，5-10h全池污泥搅拌一次。2.搅拌方式：①泵加水射器搅拌泵压>0.2Mpa污泥面0.2-0.3m以下，吸泥量（生）1：3-5，池径大于10m，可设>21m以上的水射器。

②机械混合搅拌（推荐使用）

生污泥加温与沼气搅拌

③消化气搅拌

5-7m³/min.1000m³池容，气流速度7-15m/s

加热设备及计算1.加温方法：直接通入热水及蒸气，增加含水率，局部污泥温度高盘管加热盘管外壁结壳内外套管加热2.热工计算：①所需总热量：提高生污泥温度的耗热量Q1

池体本身的耗热量Q2

管道，热交换等耗热量Q3

②热交换器的设计

③热水锅炉的选择1.方法：投配率消化池有机负荷

2.计算①V=W/n（W每日投加新鲜污泥量）②V=Sv/SSv为新鲜污泥中挥发性有机物重量

S为单位池容内均匀分解有机物的数量（挥发性有机物负荷）中温消化S——0.6-1.5kg/m³.d

高温消化S——2.0-2.5kg/m³.d

消化容积计算17.4.6消化池的运行管理

消化污泥的培养与驯化

正常运行的化学指标1.逐步培养法初沉污泥+浓缩后的活性污泥→投入消化池→加热30-40d2.一次培养法池塘污泥，经2×2mm孔径过滤后投入

1.产气量（CO230%、CH450%）

2.投配污泥含水率94-96%3.有机物含量60-70%4.有机物分解程度45-55%5.脂肪酸与总碱度2000mg/L6.NH3-N500～1000mg/L

正常运行控制参数

维护与管理1.投配率，温度；2.搅拌:连续或间歇搅拌；3.排泥（先排上清液，再排泥）,池内污泥浓度不低于30g/l；4.正常沼气气压：1177---1961Pa.1.保温、防止在空气中的CH4占空气5-16%，避免爆炸。2.高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种,但可驯化驯化

时，升温速度为1℃

/h，最佳达到53℃3.原因：温度高于38℃，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质4.人工加碱控制PH6.5-7.5，

消化池的异常现象1.产气量下降①底物不足②排泥量过大③消化池温度低④消化池容积减少⑤有机酸积累，碱度不足2.上清液水质恶化原因：排泥量不够，固体负荷过大，搅拌过度3.沼气的气泡异常大量气泡喷出:浮渣层过厚啤酒泡：排泥量大,负荷过高不起泡：中止投配污泥。17.5污泥的其他稳定措施17.5.1污泥的好氧消化

既不在投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，使污泥中的微生物处于内源呼吸的阶段，自由产酸。

好氧消化

好氧消化的优点

可生物降解有机物的降解程度高；上清液的BOD浓度低；消化污泥量少，稳定，易脱水；消化池运行管理简单，构筑物费用低。

好氧消化的缺点能耗高；不能回收沼气；分解程度随温度变化大；重力浓缩时，上清液浓度高；

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

好氧消化池的构造及工艺设计

C5H7NO2+7O2 5CO2+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。

1、好氧消化池的构造

高3～4m,底坡坡度i≥0.25，鼓风机的风压3～4m，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/min·m3

17.5.2污泥堆肥17.6污泥的调理

污泥的调理使用于所有污泥（原污泥，消化污泥）但效果不同。化学法（有机，无机）；物理法（加压，粉石灰）；热工法（冷冻，热处理），其他方法（超声波处理）

污泥的调理污泥预先处理的过程。

调理的目的

改善污泥脱水性能，减少水与污泥固体颗粒之间的结合力，加速污泥脱水过程。如果没有预先的处理，则绝大多数污泥脱水是非常困难

不同污泥的调理

污泥调理的方法17.6.1化学调理法

加混凝剂，助凝剂等化学药剂，使颗粒凝聚，比阻降低，改善脱水性能，是最常用的工艺。

定义

化学药剂1.无机药剂：铝盐，铁盐及其高分子聚合物（PAC），经常投加石灰，调节PH，硬度。2.有机药剂：高分子量的水解性的聚合物，人工合成的效果好(PAM)3.助凝剂：一般不起混凝效果，调节污泥的PH值，供给污泥网格结构，改变污泥颗粒结构，增强絮体强度。

适用无机药剂应注意的问题①调理后的PH值>7②污泥调理操作控制（避免剪切力和涡流）③污泥输送专用隔膜泵。④反应时间(加铝盐5min,加石灰10min),脱水前浓缩池(30min—90min)17.6.2热处理法17.6.3冷冻溶解法17.6.4淘洗法

污泥经热处理后即可起到调理的作用，又可起到稳定的作用，可使有机物分解，破坏胶体颗粒稳定性，污泥内部水与吸附水被释放，比阻降低，脱水性能大大改善，寄生虫卵、致病菌与病毒等可被杀灭。

含有大量水分的污泥冷冻，使温度下降至凝固点以下，污泥开始冻结，然后加热溶解。

适用于消化污泥的预处理，17.6.5辐射调理法

采用放射性物质的辐射，来改善污泥的脱水性质。17.7污泥的干化与脱水17.7.1脱水的基本原理与比阻1.原理：压力差①静压力（干化场脱水）②一面造成负压（真空吸滤脱水）③加压污泥把水分压过介质（压滤机脱水）④造成离心力（离心脱水机）2.卡门过滤基本方程式式中V——滤液体积，m3；t——过滤时间，s；p——过滤压力，kg/m2

；A——过滤面积，m2；

μ——滤液的动力粘滞度，kg·s/m2；ω——滤过单位体积的滤液在过滤介质中截留的干固体重量，kg/m3

；

r——比阻，单位过滤面积上，单位干重滤饼所具有的阻力，m/kg；

Rf——过滤介质的阻抗，1/m2

基本原理

比阻1.比阻:单位过滤面积上，单位干重滤饼所具有的阻力称比阻，m/kg。2.在压力一定的情况下，t/V与V成直线关系，通过试验可以求得比阻r。t/V

v01.是指滤饼中的固体重量与原污泥中固体重量的比值

R=QkCk/Q0C0×100%R=Ck(C0-Cf)/C0(Ck-Cf)×100%

固体回收率

污泥脱水过滤产率的计算1.过滤产率的定义：单位时间在单位过滤面积上产生的滤饼干重量，单位为kg/(m2·s)或kg/(m2·h)。2.过滤产率决定于污泥性质，压滤动力，预处理方法，过滤阻力及过滤面积。

L=(2Pωm/μrtc)1/2m=t/tc

式中L——过滤产率，kg/(m2·s)；

P——过滤压力，N/m2；

t——过滤时间，s；

tc——过滤周期，s；

μ——滤液动力粘滞度，N·s/m2。17.7.2污