污泥的处理与处置

污泥的处理与资源化第1节

污泥的分类、性质与产生量第2节

污泥处理处置基本方法第3节污泥浓缩第4节

污泥的稳定第5节

污泥的调理第6节污泥脱水第7节污泥的干燥与焚烧第8节

污泥的处置与资源化第9节

工程实例

污泥的处理和处置目的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。

在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占处理水量的0.3%～0.5%左右(以含水率为97%计)。污泥中含有大量的有害有毒物质，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。

我国城市污水处理厂污泥肥分表

污泥类别总氮（%）磷（以P2O5计）%钾（以K2O计）（%）有机物（%）初沉污泥活性污泥消化污泥2～33．3～7.71.6～3.41～30.78～4.30.6～0.80.1～0.50.22～0.4450～6060～7025～30第1节污泥的分类、性质与产生量1、污泥的分类、性质及主要指标来源处理目的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，必须妥善处置降低含水率，使其变流态为固态，同时减少数量稳定有机物，使其不易腐化，避免对环境造成二次污染。城市污水厂产生的污泥量约为处理水体积的1%左右（0.5%~1.5%）,含水率99.2%左右。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含水率是污泥中水含量的百分数，含固率则是污泥中固体或干泥含量的百分数含水率在85％以上呈流态,65％~85％时呈塑态，低于60％呈固态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，反映污泥的稳定化程度用比阻(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”2、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)附着水与内部水: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。干燥与焚化才能分离，但也不完全。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污泥含水率计算公式

湿污泥比重

γ=

V1、W1、C1---含水率为P1时的污泥体积、重量与固体浓度例2、污泥量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水)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）7~996～981.02二次沉淀池污泥（活性污泥法）10~2199.2～99.61.005~1.008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，%；ρ0——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。或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:公式估算X=(aQLr-bXvV)/ff=MLVSS/MLSS3、污泥的水力特性及其输送污泥输送中的阻力与流速和粘滞力有关，且粘滞力不为常数，为非牛顿流体。污泥在输送时的流态分为层流和紊流。层流区的摩阻损失随着污泥的含固率、挥发固体的含量提高和温度降低而增大。紊流区时认为摩阻损失对污泥和水相同而不致产生有影响的误差。一般流速至少为0.8m/s，太小的流速导致摩阻损失更大；流速不大于2.4m/s，流速太高不仅摩阻损失大，而且易磨损管道内壁。不同类型,的污泥的压头损失的乘数k-阻力系数含水率/%vmin/(m.s-1)含水率/%vmin/(m.s-1)D=150~250mmD=300~400mmD=150~250mmD=300~400mm901.51.6951.01.1911.41.5960.91.0921.31.4970.80.9931.21.3980.70.8941.11.2压力输泥管最小设计流速对于长距离输送，可采用如下紊流公式计算：式中:hf——沿程摩阻损失，m；L——管道长度，m；ν-污泥流速，CH—海森-威廉系数D——管道直径，m。

污泥浓度与CH值表表8-4污泥浓度(%)CH值污泥浓度(%)CH值0.01006.0452.0818.5324.06110.125第2节污泥处理处置基本方法污泥处理处置的原则

1．使污水厂能正常运行；2．使有害有毒物质得到妥善处理或利用；3．使有机物得到稳定处理；4．综合利用，变害为利；总原则——减量、稳定、无害化及综合利用污泥处理处置常见工艺

1．生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处理；2．生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→最终处理；3．生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处理；4．生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处理；5．生污泥→湿污泥池→最终处理；6．生污泥→浓缩→消化→最终处理第3节污泥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。方法重力浓缩气浮法离心法一、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)有刮泥机及搅动栅的连续重力浓缩池

1-中心进泥管；2-上清液溢流管；3-排泥管；4-刮泥机；5-搅动栅

重力浓缩理论

迪克（Dick）理论

柯伊—克里维什理论

肯奇理论

重力连续流浓缩池深度的设计

H=超高H1+阻滞区与上清液区高度Hw+压缩区高度Hs+池底坡度高度Hz

H10.3mHw

1.2～1.5m

浓缩池面积A=Q0C0/GLQ0为入流污泥量，m3/h;

C0为入流污泥浓度kg/m3;

GL为极限固体通量kg/m2·

h.

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。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0.01～0.04式中：Sa=rCs,[空气在水中的溶解度（L/L）与空气容重（mg/L）的乘积]r——空气容重，（mg/L）

Cs——空气在水中的溶解度（mL/L，L/L）

P——溶气压力，绝对压力；

RQ——压力水回流量或加压溶气水量，m3/df——回流加压水空气饱合度，一般为（50~80）%S=Qρ0（kg/d）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，管理麻烦例：某废水处理厂的剩余活性污泥量为240m3/d，含水率为99.3%，泥温20ºC。现采用回流加压溶气气浮法浓缩污泥，要求含固率达到4%，压力容器罐的表压p为3×105Pa。试计算气浮浓缩池的面积A和回流比R。若浓缩装置改为每周运行7d，每天运行16h，计算气浮池面积。解：设计一座矩形的平流气浮浓缩池污泥流量qv=240m3/d=10m3/h气浮浓缩池面积A污泥负荷取75kg/(m2.d)，污泥密度为1000kg/m3,则气浮浓缩计算示例2.回流比R据经验，气固比As取0.02。采用装设填料的压力罐，溶解效率f=0.9。20℃时，空气饱和溶解度：入流污泥浓度ρ0为7000g/m3代入（20-7）式：回流水量：溶气罐净体积（不包括填料）按溶气水停留3min计算，则：以水力负荷校核气浮池面积：符合要求。3.若浓缩池每天运行16h，则流量污泥负荷仍取75kg/(m2.d)=3.125kg/(m2.h)，则回流比（R）仍为380%。回流水量：溶气罐净体积：以水力负荷校核气浮池面积：符合要求。三、离心浓缩法原理利用污泥中固、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第4节污泥的调理1、概述消化污泥、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。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2、污泥脱水性能的评价指标1).比阻抗值r当p为常数值时，可积分并整理成为下式：由此：比阻抗值的物理意义是单位干重滤饼的阻力，比阻抗值越大的污泥，越难过滤，其脱水性能也差。t/V与V呈直线关系，其斜率为：

式中：dV/dt——过滤速度，m3/sV——滤出液体积，m3

t——过滤时间，sP——过滤压力，N/m2

A——过滤面积，m2

ρC——单位面积滤出液所得滤饼干重，kg/m3

r——污泥过滤比阻抗，m/kg比阻抗值.

Rm—过滤开始时单位过滤面积上过滤介质的阻力,m/m2

μ——滤出液的动力粘滞度，N·s/m2

b——与污泥性质有关的常数，s/m3

污泥比阻抗值r的测定：每隔一定的时间连续测定滤出液量V，并作t/V~V的关系图。例：已知：P=9.5×104N/m2：滤出液动力粘滞系数μ

=0.00112N·s/m2;ρC=75kg/m3,A=4.42×103m2则计算可得：r=2.1×1011m/kg2.)毛细吸水时间(CST)其值等于污泥与滤纸接触时，在毛细管的作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间，以秒计。CST值测定装置示意图3、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抗(或CST)降低1.调理剂种类无机调理剂有机调理剂2.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。调理剂1)无机调理剂：适用于真空过滤和板框压滤①最有效、最便宜的是铁盐：FeCl3·6H2O,Fe2(SO4)·4H2OFeSO4·7H2O，聚合硫酸铁(PFS)②铝盐：Al2(SO4)2·18H2O、AlCl3、Al(OH)2·Cl,聚合氯化铝(PAC)铁盐常和石灰联用：在pH>12时，可提供Ca(OH)2絮凝体。2)有机调理剂阳离子型聚丙烯酰胺等3.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温度pH调理剂配制浓度混合条件第5节污泥脱水据统计，西欧国家经脱水处理的污泥占其污泥总量的69.3%，其中机械脱水占51.4%、自然干化16.9%、其它1%.主要的脱水机械有：转筒离心机、板框压滤机、压式压滤机、真空过滤机，分别占21.7%，15.8%，11.4%和2.5%。一、概述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，减轻其质量。二、污泥的自然干化1.污泥干化床的构造围堤和隔墙输泥槽滤水层排水系统不透水底层支柱和透明顶盖轻便铁轨污泥干化床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三、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。(1)带式压滤机的构造:(2)带式压滤机的选用:通常根据带式压滤机生产能力、污泥量来确定所需滤机宽度和台数(一般不少于2台)，并需绘制脱水车间设备布置图。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(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第6节污泥的稳定污泥稳定化的处理方法:厌氧消化法好氧消化法氯化氧化法石灰稳定法热处理法一.厌氧消化目的污泥中的挥发性固体的量降低40％左右过程水解、酸化、产乙酸、产甲烷控制过程固态物的水解、液化、产甲烷优点产生能量使污泥固体总量减少作土壤调节剂杀死致病菌缺点投资大运行易受环境条件的影响消化污泥不易沉淀消化反应时间长影响污泥厌氧消化的主要因素1.pH和碱度最佳为7.0~7.3厌氧消化产生有机酸pH甲烷菌分解有机酸时产生的重碳酸盐不断增加2.温度中温：33~35ºC高温：50~55ºC3.负荷厌氧消化池的容积决定于厌氧消化的负荷率。表达方式容积负荷参数为投配率日进入的污泥量与池子容积之比，在一定程度上反映了污泥在消化池中的停留时间有机物负荷参数为有机负荷率每日进入的干泥量与池子容积之比消化时间进行复核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.有毒有害物质作用使池内污泥浓度分布均匀，利于微生物生长繁殖释放有害气体使环境因素在反应器内保持均匀两级高负荷率厌氧消化系统沼气风机搅拌消化池的构造主要设备搅拌螺旋浆鼓风机射流器抽吸污泥气破渣用自来水或污泥上清液喷淋将循环污泥或污泥液送到浮渣层上用鼓风机或用射流器抽吸污泥气进行搅拌集气排液溢流监测防护装置加料，排料附属设备消化池浮动式顶盖固定式顶盖加热池外加热池内加热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：消化池座数n：或消化池有效容积按有机负荷(Ns)计算：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30~35℃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）。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