污泥处理处置与利用余

第21章污泥处理与处置来源栅渣沉砂池沉渣初沉池污泥二沉池生物污泥富含有机物，容易腐化、破坏环境，必须妥善处置

城市污水厂产生的污泥量约为处理水体积的（0.3%-0.5%）左右,含水率97%计，污泥处理费用占20-50%，甚至70%。污泥中的物质：有毒有害（虫卵、微生物、重金属、有机物等），有用物质（N、P、K、有机物等）污泥及时处理与处置的目的：(1)使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；(2)使有害有毒物质得到妥善处理或利用；(3)使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；(4)使有用物质能够得到综合利用，变害为利。总之，污泥处理的目的是使污泥减量、稳定、无害化及资源化。21.2污泥处理处置的基本方法

（1）按成分不同分为：污泥—以有机物为主要成分，比重较小，含水率高，不易脱水，易于腐化发臭。沉渣—以无机物为主要成分，颗粒较粗，比重较大，含水率低，易于脱水，流动性差。（2）按来源不同分为：a.初次沉淀污泥（来自初次沉淀池）b.剩余活性污泥（来自活性污泥法的二次沉淀池）

c.腐殖污泥（来自生物膜法的二次沉淀池）d.消化污泥（熟污泥）——经好氧或厌氧消化处理的污泥

e.化学污泥——用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物21.1污泥的分类、性质与产生量污泥处理可供选择的方案大致有：(1)生污泥一浓缩一消化一自然干化一最终处置(2)生污泥一浓缩一自然干化一堆肥一最终处置(3)生污泥一浓缩一消化一机械脱水一最终处置(4)生污泥一浓缩一机械脱水一干燥焚烧一最终处置(5)生污泥一湿污泥池一最终处置(6)生污泥一浓缩一消化一最终处置上述生污泥指未经消化处理的污泥，详见后述。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)方案是以干燥焚烧为主，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。焚烧产生的热能，可作为能源。污泥最终处置方法包括作为肥料施用于农田、森林、草地或沙漠改良；填地或投海；作为能源或建材；焚烧等。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。污泥性质表征参数含水率是污泥中含水质量与污泥质量的百分数，含固率则是污泥中固体或干泥含量的百分数初沉池为95-97%，腐殖96-98%，剩余污泥99.2-99.6%。含水率在85％以上呈流态,65％~85％时呈塑态，低于60％呈固态含水率与含固率挥发性固体污泥中的有毒有害物质污泥的脱水性能碱度热值21.1.2PH有机物的含量污泥颗粒污泥肥分承载性能其中：P、V、W、C—污泥含水率P时的污泥体积、重量及固体物浓度；含水率>85%，污泥呈流状；65~85%，污泥呈塑态；65%，呈固态。该式仅适合于P＞65%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

挥发性固体(用VSS表示)，是指污泥中在600ºC的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体占灼烧前污泥量的百分数，称为灼烧减量，反映污泥的稳定化程度，干、湿污泥密度。

用比阻(r)或毛细吸水时间(CST)评价重金属约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”GB4284-84污泥性质表征参数含水率与含固率挥发性固体污泥中的有毒有害物质污泥的脱水性能碱度热值有机物相对密度一般等于1，无机物相对密度约为2.5~2.65，以2.5计，则上式可简化故湿污泥相对密度为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

250100+1.5pVγs=

25000250p+(100−p)(100+1.5pV)γ=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。解：干污泥相对密度用下式计算湿污泥相对密度用下式计算=1.26

250100+1.5×65=

250100+1.5pVγs==1.008

100×1.2695×1.26+(100−95)=

100γspγs+(100−p)γ=计算城市污水厂的污泥量时，一般以下表所列的经验数据为基础。污泥种类污泥量/(L·m-3)含水率/%密度/(kg·L-1)沉砂池的沉砂0.03601.5初次沉淀池污泥14~2595～97.51.015~1.02二次沉淀池污泥（生物膜法）7~1996～981.02二次沉淀池污泥（活性污泥法）10~2199.2～99.61.005~1.00821.1.3污泥产生量(经验法)公式估算1.初沉污泥量式中：V——初沉污泥量，m3/d；qv——污水流量，m3/d；η——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，%；ρ——污泥密度，以1000kg/m3计；S——每人每天产生的污泥量,一般采用0.3-0.8L/（d·人）;N——设计人口数，人。2.剩余活性污泥量(活性污泥法)(1)剩余活性污泥量以VSS(挥发性固体)计:QS=▲X/fXr污泥的输送

1、污泥输送方法

1）管道输送

2）卡车输送

3）驳船输送

2、污泥输送设备

隔膜泵、旋转螺栓泵、螺旋泵、混流泵、柱塞泵、离心泵等。固体浓度高，污泥流动呈塑性或半塑性；层流时，阻力很大,设计时，要用大流速，处于紊流状态时，下临界速度1.1m/s，上临界速度1.4m/s；※污泥管道的最小设计流速1.0-2.0m/s。2、压力输送管道的沿程水头损失哈森—紊流公式hf=6.82(L/D1.17)(v/CH)1.85hf——沿程损失（m）L——长度（m）D——管径CH——哈森系数，由污泥浓度决定3、压力输送管的局部水头损失hi=ξV²/2g(厂外主要沿程损失)厂内局部，距离短污泥流动的水力特性、水力计算1、污泥流动的水力特征含水率〉99%的状态，属于牛顿流体，流动的特性接近水流污泥中的水分及其对污泥处理的影响1.污泥中的水分(1)游离水:

存在于污泥颗粒间隙中的水，称为间隙水或游离水，约占污泥水分的70％左右。这部分水一般借助外力可与泥粒分离。(2)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。也有可能用物理方法分离出来。(3)吸附水:

黏附于污泥颗粒表面的附着水和存在于其内部(包括生物细胞内的水)的内部水，约占污泥中水分的10％左右。有干化才能分离，但也不完全。(4)内部水:污泥处理与处置的基本方法：1、浓缩：利用重力或气浮方法尽可能多的分离出污泥中的水分。2、稳定：利用消化或消毒方法，将污泥中的有机固体转化为其他惰性物质或抑制微生物的代谢。3、调理：利用加热或化学药剂处理污泥，使污泥中的水分容易分离。4、脱水：用真空、加压或干燥方法使污泥中的水分进一步分离，减少污泥体积，降低储运成本，或利用焚化等方法将污泥固体物质转化为更稳定的物质。21.3污泥浓缩浓缩池的目的:减容浓缩法：降低污泥中的间隙水方法重力浓缩气浮法机械浓缩一、重力浓缩重力浓缩主要用于浓缩剩余活性污泥及初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。1.间隙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)。设计参数:浓缩池的固体通量[kg/(m2·h)或kg/(m2·d)]水力负荷[m3/(m2·h)或m3/(m2·d)]水力停留时间(h或d)二、气浮浓缩法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。污泥气浮浓缩污泥的其他浓缩池负荷问题（1）负荷过大——流入污泥量多，固体回收率低，效率差（2）负荷过小——池中停留时间长，厌氧分解,产生N2、CO2，污泥上浮，往往需要加氧气抑制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:污泥种类负荷/（kg.m-2.d-1)空气曝气的活性污泥25～75空气曝气的活性污泥经沉淀后50～100纯氧曝气的活性污泥经沉淀后60～15050%的初沉污泥+50%的活性污泥经沉淀后100～200初次沉淀池污泥至2602.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0.01～0.042.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)。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重力浓缩与气浮浓缩的比较

优点缺点重力浓缩运行费用低，系统简单，管理简单停留时间长、池容大，污泥可能腐化发臭和脱N上浮气浮浓缩停留时间短，池容小，污泥不会腐化发臭和脱N上浮运行费用高，系统复杂，管理麻烦三、机械浓缩（转鼓、螺旋、带式、离心）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而使两者分离，达到浓缩的目的效果指标出泥含固率，3min停留时间，含固率可达到4％固体回收率浓缩后污泥的固体总量与入流污泥中的固体总量的比值污泥种类入流污泥含固率/%浓缩后污泥含固率/%高分子聚合物需要量/（g.kg-1污泥干固体）固体物质回收率/%剩余活性污泥0.5~1.58~10085~900.5~1.590~95厌氧消化污泥1~38~10080~900.5~1.590~95普通生物滤池污泥2~38~9090~959~110.75~1.595~97转筒式离心机用于污泥浓缩的运行参数剩余污泥机械浓缩污泥的稳定处理稳定污泥常用的方法是消化法（厌氧生物处理法），小型污水处理厂也可采用好氧消化法、氯化氧化法、石灰稳定法和热处理等方法使污泥性质得到稳定。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21.4污泥稳定（厌氧消化、好氧消化、药剂氧化、药剂稳定21.4.1厌氧消化厌氧消化（1）第一阶段——细菌、原生生物和真菌→微絮凝、发酵细菌纤维素分解菌——最重要的一步；产物CO2，H2，已醇；碳水化合物分解菌——丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；蛋白质水解-----生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）脂肪分解菌→脂肪酸（弧菌生化絮凝）（2）第二阶段—产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌，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——细胞的增殖很少，（消化系统中的甲烷细菌已不繁殖，数量少，消化时间长）食物不足的情况下生长的影响因素

1、温度因素

1）厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。温度还影响消化过程的快慢。

2）根据采用消化温度的高低，可以分为常温消化（10~30℃）、中温消化（35℃左右）和高温消化（54℃左右）

超高温消化（70~75℃），提高产气量，缩短消化时间，杀灭污泥中病原菌和寄生虫卵，但运行能耗高，只有当条件非常有利时采用。2、搅拌和混合

搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量。同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度，提高产气量。

一般在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5h左右。

消化池在不搅拌的情况下，消化料液明显地分成结壳层、清液层、沉渣层，严重影响消化效果。污水处理厂污泥厌氧消化池的厌氧消化搅拌方法包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等。机械搅拌时机械搅拌器安装在消化池液面以下，定位于上、中、下层皆可，如果料液浓度高，安装要偏下一些；泵循环指用泵使沼气池内的料液循环流动，以达到搅拌的目的；气体搅拌，将消化池产生的沼气，加压后从池底部冲入，利用产生的气流，达到搅拌的目的。机械搅拌适合于小的消化池，液搅拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程。

3、营养与C/N比

厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质。这些营养物质中最重要的是碳素和氮素两种营养物质，在厌氧菌生命活动过程中需要一定比例的氮素和碳素。原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。若C/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。4、氨氮

厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。消化系统中的由于细胞的增殖很少，故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力。5、有毒物质

挥发性脂肪酸（VFA）是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。

有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。6、酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用

厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pH有密切的关系，pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生物要求不同的pH值，过高或过低的pH对微生物是不利的，表现在：

1）由于pH的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微生物对营养物的吸收；

2）pH除了对微生物细胞有直接影响外，还可以促使有机化合物的离子化作用，从而对微生物产生间接影响，因为多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞；

3）pH强烈地影响酶的活性，酶只有在最适宜的pH值时才能发挥最大活性，不适宜的pH值使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。厌氧消化首先产生有机酸，使污泥的PH值下降，随着甲烷菌分解有机酸时产生的重碳酸盐不断增加，使消化液以保持在一个较为稳定的范围内。由于酸化菌对PH的适用范围较宽，而甲烷菌对PH变化非常敏感，消化池的运行经验表明，最佳的PH值为7.0-7.3，消化液的碱度保持在2000mg/l以上（以CaCO3计）。三、两级厌氧消化

两级消化：根据沼气产生的规律设计。

目的：节省能量（节省污泥加温与搅拌的部分能量）

特点：

第一级：加热（33～35℃）、搅拌；

第二级：不加热（20～26℃）、

不搅拌（可视为污泥浓缩池用）。两级高负荷率厌氧消化系统四、两相厌氧生物处理

两相厌氧消化：根据消化机理设计。

目的：改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗。

特点：

第一相：n=100%；t停=1d

处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）。需加热、搅拌。

第二相：n=（15～17）%；；

处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌。

优点：

总容积小

加热耗热量少，搅拌能耗少

运行管理方便消化池构造固定式盖消化池设计内容：池体设计：池体选型、确定池的数目和单池容积、确定池体各部尺寸、布置消化池的各种管道。加热保温系统设计。搅拌设备设计。四.消化池的设计计算五.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。大型厌氧生物处理好氧消化—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。只有约80%的细胞组织能被氧化，剩余的20%则是不能被生物降解的

21.4.2污泥好氧消化机理是内源呼吸：

C5H7NO2→5CO2+NO3+3H2O+H+

好氧消化的优点缺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。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；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%；需要说明的问题

人口当量小于5000人，常用8万吨/天，中小污水厂。二.污泥处置的前处理

为了避免污泥进入环境时，其有机部分发生腐败，污染环境，常在脱水之前先进行降解，称稳定。经过稳定的污泥如果脱水性能差，则还需调理。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。调理就是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。调理方法加药调理法淘洗加药调理法加热调理法冷冻调理法加骨粒调理法（物理）21.5污泥的调理加药调理法原理：用化学药品破坏泥水间的亲和力，通过调理使污泥的比阻(或CST)降低。1.调理剂种类无机调理剂：铁盐、铝盐、石灰有机调理剂：高聚合度的聚丙烯酰胺2.调理剂投加量的确定做比阻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。污泥性质：污泥颗粒越小，含固率越大，本身越难脱水的污泥，其调理剂用量越大。调理剂品种：应根据实验比较选择调理剂品种及用量。污泥调理条件：温度在10℃以上进行；pH影响无机盐类调理剂的水解产物形态，使调理效果发生变化；调理剂配制浓度影响高分子调理剂调理效果。污泥与调理剂的完全混合是非常必要的。3.影响污泥调理效果的因素污泥脱水的作用是去除污泥中的毛细水和表面附着水，从而缩小其体积，减轻其重量。经过脱水处理后，污泥含水率能从96%降低到60%-80%，其体积为原体积1/10～1/5。21.6污泥脱水21.6.1.污泥的自然干化围堤和隔墙输泥槽滤水层排水系统不透水底层1.污泥干化床的构造支柱和透明顶盖轻便铁轨2.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。3.污泥干化床的设计决定面积划分块数干化床面积S1—干化床的有效面积，m2W—每年的总排污量，m2/aδ—在一年内排放在干化床上的污泥层总厚度，m21.6.2、污泥的机械脱水及其设备脱水机械转筒离心机板框压滤机带式压滤机真空过滤机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。带式压滤机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:转筒式离心机构造图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脱水后的干泥脱水机加药装置(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。3.板框压滤机(1)板框压滤机的构造(2)板框压滤机的选用根据污泥量、过滤机的过滤能力来确定所需过滤面积和压滤机台数及设备布置。滤板、滤框和滤布板框压滤机箱式板框压滤机工作原理：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。滤板、滤框和滤布组合后的工作状况示意图污泥干燥是将脱水污泥通过处理，去除污泥中绝大部分毛细管水、吸附水和颗粒内部水的方法。污泥的干燥与焚化设备：1.转筒式干燥器和焚化炉2.流化床焚化炉