污泥處理和處置

1、第二十章污泥處理和處置污泥處理與處置問題是污水處理過程中產(chǎn)生的新問題。 因?yàn)槭紫任勰嘀泻写罅康挠卸居泻ξ镔|(zhì)，如寄生蟲卵、病原微生物、細(xì)菌、合成有機(jī)物及重金屬離子等，它將對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響；其次污泥量大，其數(shù)量約占處理水量的0.3 0.5左右 (體積 )，如進(jìn)行深度處理，其污泥量還可能增加0.5 1.0 倍。對一個(gè)污水處理廠而言，它的全部基建費(fèi)用中，用于處理污泥的約占20 50，甚至 70%，所以污泥處理與處置是污水處理系統(tǒng)的重要組成部分，必須予以充分重視。只有對這些污泥進(jìn)行及時(shí)處理和處置，才能：(1) 確保污水處理效果，防止二次污染；(2) 使容易腐化發(fā)臭的有機(jī)物得到穩(wěn)定處理；(3) 使

2、有毒有害物質(zhì)得到妥善處理或利用；(4) 使有用物質(zhì)得到綜合利用，變害為利?？傊勰嗵幚砼c處置的目的是減量、穩(wěn)定、無害化及綜合利用。圖 20-1 污泥處理與處置流程§20-1 概述一、污泥的分類與性質(zhì)1、按污泥所含主要成分不同分為：有機(jī)污泥和無機(jī)污泥。 有機(jī)污泥：常稱為污泥，主要成分是有機(jī)物，是處理有機(jī)廢水的產(chǎn)物。有機(jī)污泥中常含有肥料成分，但某些工業(yè)廢水污泥中可能含有有毒物質(zhì)，而生活污水、肉類加工等廢水污泥中又含有病原微生物和寄生蟲卵等。 無機(jī)污泥也會(huì)含有有毒有害物質(zhì)和一定量的有機(jī)污染物，所以也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)處理。2、按廢水處理工藝的不同，分為： 柵渣：格柵或?yàn)V網(wǎng)，呈垃圾狀，量少，易處理

3、和處置； 浮渣：上浮渣和氣浮池，可能多含油脂等，量少； 沉砂池沉渣：沉砂池，比重較大的無機(jī)顆粒，量少； 初沉污泥：來自初沉池，其性質(zhì)隨廢水的成分而異，是污泥處理的主要對象，含水率 95 97%；100 腐殖污泥和剩余活性污泥：分別來自生物膜法和活性污泥法后的二沉池的污泥，其含水率分別為 97、 99.2 99.6% ；特征：含有機(jī)物質(zhì)，含水率高，易腐化發(fā)臭，難脫水，是污泥處理的主要對象； 消化污泥：生污泥 (初沉池、腐殖污泥、剩余活性污泥 )經(jīng)厭氧消化處理后產(chǎn)生的污泥，含水率 97%； 化學(xué)污泥：用混凝、化學(xué)沉淀等化學(xué)方法處理廢水所產(chǎn)生的污泥。二、污泥性質(zhì)參數(shù)1、含水率p污泥中所含水分的重量與

4、污泥總重量之比為污泥含水率 。污泥含水率一般都很高，密度接近于水。污泥含水率對污泥特性有重要影響。不同污泥，含水率差別很大。污泥體積、重量及所含固體物濃度之間的關(guān)系，可用下式表示：V1W1100p2(20-1)V2W2100p1式中：V 1，W 1， p1 污泥含水率為 p1時(shí)的污泥體積、重量與固體物濃度； V 2，W 2， p2 污泥含水率為 p2時(shí)的污泥體積、重量與固體物濃度。由式 (20-1) 可知，當(dāng)污泥含水率由99降到 98時(shí)，或由98降到 96，或由 97降到 94，污泥體積均能減少一半。也即：污泥含水率越高，降低污泥的含水率對減容的作用則越大 。式 (20-1) 適用于含水率大于

5、 65的污泥。 (因含水率低于 65%以后，污泥內(nèi)出現(xiàn)很多氣泡，體積與重量不再符合式 (20-1) 關(guān)系 )。不同含水率下的污泥狀態(tài)如表20-1所示。表 20-1 污泥含水率及其狀態(tài)含水率污泥狀態(tài)90%以上幾乎為液體80%90%粥狀物70%80%柔軟狀60%70%幾乎為固體50%黏土狀2、揮發(fā)性固體和灰分揮發(fā)性固體又稱灼燒減重，近似地等于有機(jī)物含量；灰分又稱灼燒殘?jiān)?，表示無機(jī)物含量。3、污泥的相對密度/濕污泥比重污泥的相對密度等于污泥重量與同體積的水重量之比值。由于水的相對密度為1，所以污泥的相對密度 可用下式表示：101p (100p)100 s(20-2)100pp s (100 p)ps

6、式中： 污泥的相對密度；p污泥含水率，%； s污泥中干固體平均相對密度。干固體包括有機(jī)物 (即揮發(fā)性固體 ) 和無機(jī)物 (即灰分 )2 種成分，其中有機(jī)物所占百分比及其相對密度分別用 pv、 v 表示，無機(jī)物的相對密度用 a 表示，則污泥中干固體平均相對密度 s 可用下式計(jì)算：100pv100pv(20-3)sva即100 av(20-4)s100pv (av )v有機(jī)物相對密度一般等于1，無機(jī)物相對密度約為2.5 2.65，若以 2.5 計(jì)，則式 (20-4)可簡化為：s250(20-5)1001.5 pv將式 (20-5) 代入式 (20-2) 得污泥相對密度的最終計(jì)算式：25000(20

7、-6)250 p(100p )(100 1.5 p v )確定污泥相對密度和污泥中干固體相對密度，對于濃縮池的設(shè)計(jì)、 污泥運(yùn)輸及后續(xù)處理，都有實(shí)用價(jià)值 。城市污水廠的污泥量、污泥含水率p 和相對密度 的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表 20-2。表 20-2 城市污水廠的污泥量、污泥含水率和相對密度污泥種類污泥量 /(L/m 3)含水率 /%相對密度 /(kg/L)沉砂池的沉砂0.03601.5初沉池污泥14 2595 97.51.015 1.02二沉池生物膜法7 1996981.02污泥活性污泥法10 2199.299.61.0051.0084、污泥的脫水性能污泥的脫水性能常用2 個(gè)指標(biāo)來評價(jià)。(1) 污泥過

8、濾比阻 r（ m/kg），其物理意義是：在一定壓力下過濾時(shí)，單位干重的污泥濾餅，在單位過濾面積上的阻力。比阻越大的污泥，越難過濾，其脫水性能越差。(2) 污泥毛細(xì)吸水時(shí)間 CST (Capillary Suction Time)由 Baskerville 和 Gale 于 1968 年提出。其值等于污泥與濾紙接觸時(shí)，在毛細(xì)管作用下，水分在濾紙上滲透 1cm 長度的時(shí)間，以秒計(jì)。CST 越大，污泥的脫水性能越差。三、污泥流動(dòng)的水力特征102污泥在輸送管道中流動(dòng)的情況與水流大不相同，在層流狀態(tài)時(shí)， 由于污泥粘滯性大，懸浮固體更易于在管道中沉淀，因此，污泥流動(dòng)的阻力比水流大；當(dāng)流速高處于紊流時(shí)，由于

9、污泥的粘滯性能夠消除邊界層產(chǎn)生的旋渦，使管壁的粗糙度減小，污泥流動(dòng)的阻力反而比水流阻力小。含水率越低，污泥的粘滯性越大，上述現(xiàn)象越明顯，含水率越高，污泥粘滯性越小，當(dāng)含水率為99 99.5時(shí)，其流動(dòng)接近于水流。設(shè)計(jì)輸泥管時(shí)，應(yīng)用較大的流速，使污泥處于紊流狀態(tài)。一般重力流坡度采用0.01 0.02，壓力輸送管設(shè)計(jì)最小流速與含水率和管徑有關(guān)。§20-2 污泥濃縮污泥濃縮的作用是去除污泥中大量的水分， 從而縮小其體積，減輕其重量， 對于減少后續(xù)處理過程如消化、脫水、干化和焚燒等的負(fù)擔(dān)都是非常有利的。污泥中所含水分大致分為4 類：顆粒間的空隙水 (游離水 )：約占總水分的70；毛細(xì)水 ：即顆

10、粒間毛細(xì)管內(nèi)的水，約占20；污泥顆粒表面吸附水：粘附于顆?；蚣?xì)胞表面的水；圖 20-2 污泥水分示意圖顆粒內(nèi)部水 (包括細(xì)胞內(nèi)部水)：約占 10。降低含水率的方法有：濃縮法 ：用于降低污泥中的空隙水， 因空隙水所占比例最大， 故濃縮是減容的主要方法；自然干化法 和機(jī)械脫水法 ：主要脫除毛細(xì)水；干燥 與焚燒法 ：主要解除吸附水與內(nèi)部水。表 20-3 不同脫水方法及脫水效果脫水方法脫水裝置脫水后含水率 /%脫水后狀態(tài)濃縮法重力濃縮、氣浮濃縮、9597近似糊狀離心濃縮自然干化法自然干化場7080泥餅狀真空過濾法真空轉(zhuǎn)鼓， 真空轉(zhuǎn)盤等6080泥餅狀壓濾法板框壓濾機(jī)4580泥餅狀機(jī)械脫水7886滾壓帶法

11、滾壓帶式壓濾機(jī)泥餅狀離心法離心機(jī)8085泥餅狀干燥法各種干燥設(shè)備1040粉狀、粒狀焚燒法各種焚燒設(shè)備0 10灰狀污泥濃縮的技術(shù)界限大致為：活性污泥含水率可降至97 98，初沉池污泥可降至85 90。污泥濃縮可分為重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。103表 20-4 各種濃縮方法的優(yōu)缺點(diǎn)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)重力濃縮法貯存污泥的能力高，操作要求不高，運(yùn)行費(fèi)占地大， 且會(huì)產(chǎn)生臭氣， 對于某些污泥用低 (尤其是耗電少 )工作不穩(wěn)定，經(jīng)濃縮后的污泥非常稀薄比重力濃縮的泥水分離效果好，所需土地面運(yùn)行費(fèi)用較重力法高，占地比離心法氣浮濃縮法積少，臭氣問題小，污泥含水率低，可使沙礫多，污泥貯存能力小不混

12、于濃縮污泥中，能去除油脂離心濃縮法占地少，處理能力高，沒有或者幾乎沒有臭要求專用的離心機(jī)， 耗電大， 對操作人氣問題員要求高§20-3 污泥穩(wěn)定一、概述1、概念污泥穩(wěn)定就是采取人工處理措施，降低其有機(jī)物含量或殺死病原微生物的過程。2、污泥穩(wěn)定的必要性(1) 污泥中含有大量有機(jī)物和病原菌，如直接排放到自然界中，有機(jī)物將會(huì)受到微生物的作用而腐化、發(fā)臭，對環(huán)境造成嚴(yán)重危害，病原體將直接或間接接觸人體造成污染。(2) 腐化污泥粘性大，不易脫水，不易為植物吸收。3、污泥穩(wěn)定的方法生物法、化學(xué)法和熱處理方法二、污泥的生物穩(wěn)定1、污泥生物穩(wěn)定的目的降解有機(jī)物，使之成為穩(wěn)定的無機(jī)物或不易被微生物作用

13、的有機(jī)物。一般認(rèn)為當(dāng)污泥中的揮發(fā)性固體的量降低40左右，即可認(rèn)為已達(dá)到污泥的穩(wěn)定。2、分類污泥的生物穩(wěn)定可分為厭氧消化 和好氧消化2 種。3、厭氧消化厭氧消化是對有機(jī)污泥進(jìn)行穩(wěn)定處理的最常用方法。包括水解、酸化、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷等過程。根 據(jù) 操 作 溫 度 ， 污 泥 厭 氧 消 化 分 為 中 溫 消 化 (Mesophilic Digestion) 和 高 溫 消 化 (Thermophilic Digestion) 等。4、好氧消化類似于活性污泥法， 在曝氣池中進(jìn)行， 曝氣時(shí)間長達(dá) 1020d 左右， 依靠有機(jī)物的好氧代謝和微生物的內(nèi)源代謝穩(wěn)定污泥中的有機(jī)組成。與厭氧消化處理比較，優(yōu)點(diǎn)：

14、(1) 消化溫度相同時(shí)，所需消化時(shí)間較短；(2) 出水的 BOD 5 濃度較低；(3) 無臭氣；(4) 污泥的脫水性能較好；(5) 運(yùn)行較方便；104(6) 設(shè)備費(fèi)用少。缺點(diǎn) ：(1) 需要供氧，動(dòng)力費(fèi)用一般較高；(2) 無沼氣產(chǎn)生；(3) 去除寄生蟲卵和病原微生物的效果較差。好氧消化法一般僅適用于中小型污水處理廠，最常用于處理來自初沉池的剩余活性污泥。目前正在研究開發(fā)階段，我國目前尚無污水廠采用此法進(jìn)行污泥消化。三、污泥的化學(xué)穩(wěn)定1、概念向污泥投加化學(xué)藥劑，抑制或殺死微生物，投加的化學(xué)藥劑有石灰和氯。2、石灰穩(wěn)定法石灰穩(wěn)定法是一種非常簡單的方法， 其主要作用是抑制污泥臭氣和殺滅病原菌。 該過

15、程中，實(shí)際上并沒有有機(jī)物被直接降解，該法不僅不能使固體物量減少，而且使固體物增加。石灰穩(wěn)定法要求使污泥保持在 pH 12 以上，接觸 2 小時(shí)，為此，應(yīng)當(dāng)使污泥處于液體狀態(tài)。3、氯化穩(wěn)定法在密閉容器中向污泥投加大劑量氯氣， 接觸時(shí)間不長， 實(shí)質(zhì)上主要是消毒， 殺滅微生物以穩(wěn)定污泥。由于 pH 值低，污泥的過濾性能差，且氯化過程常產(chǎn)生有毒的氯胺，會(huì)給后續(xù)處理帶來一定困難，因此，氯化處理法應(yīng)用較少。四、熱穩(wěn)定污泥熱穩(wěn)定有熱處理和濕式氧化法。1、熱處理熱處理既是穩(wěn)定過程，也是調(diào)理過程，即在較高溫度(160200 )和較大壓力 (12MPa)下處理污泥，促使污泥進(jìn)行過熱反應(yīng)，從而殺滅微生物，消除臭氣以

16、穩(wěn)定污泥，且污泥易于脫水。熱處理最適于生物污泥。2、濕式氧化法又稱濕燒法，無火焰燃燒和浸沒燃燒。基本原理 ：在液相的水中， 溶解的或懸浮的可燃物質(zhì)在有氧或其他氧化劑存在下進(jìn)行氧化的一種化學(xué)反應(yīng)。如把水、氧 (一般用空氣)和可燃物質(zhì)混合在一起壓入密閉容器，加壓（0.8Mpa ）加溫（ 200）使之發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)的最終產(chǎn)物為CO2、H2O、氮和灰分以及殘存的有機(jī)物。優(yōu)點(diǎn)：(1) 在液態(tài)水存在的情況下進(jìn)行氧化，可處理未經(jīng)脫水的濕污泥。(2) 處理后的污泥殘?jiān)撍阅芎茫瑸V渣含水率僅50%左右。(3) 耗能很低，甚至可回收一部分能量。(4) 因處理系統(tǒng)密閉，基本上不產(chǎn)生臭味、粉塵和煤煙，處理后的病

17、原微生物全部被殺滅。缺點(diǎn)：技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，要在高壓下操作，一次性投資大。105§20-4 污泥調(diào)理 (脫水前 )影響污泥的濃縮和脫水性能的因素主要是顆粒的大小、表面電荷、 水合的程度以及顆粒間的相互作用。 其中污泥顆粒的大小是影響污泥脫水性能的最重要的因素 ，因?yàn)槲勰囝w粒越小，顆粒的比表面積將越大(按指數(shù)規(guī)律增大 )，這意味著更高的水合程度和對過濾(脫水 )的更大阻力及改變污泥脫水性能要更多的化學(xué)藥劑。污泥中顆粒大多數(shù)是相互排斥而不是相互吸引的，首先是由于水合作用， 有一層或幾層水附于顆粒表面而阻礙了顆粒相互結(jié)合。其次，污泥顆粒一般都帶負(fù)電荷，相互之間表現(xiàn)為排斥，造成了穩(wěn)定的分散狀態(tài)。

18、污泥調(diào)理 就是要 克服水合作用和電性排斥作用。增大污泥顆粒的尺寸，使污泥易于過濾或濃縮，其途徑有 2：第一是脫穩(wěn)、凝聚，脫穩(wěn)依靠在污泥中加入合成有機(jī)聚合物、無機(jī)鹽等混凝劑， 使顆粒的表面性質(zhì)改變并凝聚起來，由于要投加化學(xué)藥劑，從而增加了運(yùn)行費(fèi)用；第二是改善污泥顆粒間的結(jié)構(gòu)，減少過濾阻力，使不堵塞過濾介質(zhì)(濾布 )。無機(jī)沉淀物或一定的填充料可以起到這方面的作用。污泥調(diào)理作用：(1) 能增大顆粒的尺寸，中和電性，能使吸附水釋放出來，這些都有助于污泥濃縮和改善脫水性能。(2) 經(jīng)調(diào)理后的污泥，在濃縮時(shí)污泥顆粒流失減少，并可以使固體負(fù)荷率提高。最常用的調(diào)理方法有化學(xué)調(diào)理和熱處理。此外還有冷凍法和輻射法

19、等。 為減少調(diào)理的化學(xué)藥品用量，還可采用物理洗滌淘洗法。一、化學(xué)調(diào)理化學(xué)調(diào)理實(shí)質(zhì)是向污泥中投加各種混凝劑，使污泥形成顆粒大、 孔隙多和結(jié)構(gòu)強(qiáng)的濾餅。所用的調(diào)理劑有FeCl3、AlCl 3、硫酸鋁、聚合鋁、聚丙烯酰胺、石灰等。無機(jī)調(diào)理劑價(jià)廉易得，但渣量大，受pH 值的影響大。經(jīng)無機(jī)調(diào)理劑處理污泥量增加，污泥中無機(jī)成分的比例提高，污泥的燃燒價(jià)值降低；而有機(jī)調(diào)理劑則相反。綜合應(yīng)用 2 3 種混凝劑，混合投配或依次投配，能提高效能。二、熱調(diào)理熱調(diào)理使污泥在一定壓力 (11.5MPa) 下短時(shí)間加熱 (160 200 )。這種調(diào)理方法使固體凝結(jié)，破壞凝膠體結(jié)構(gòu)， 降低污泥固體和水的親和力。 而且污泥也被

20、消毒， 臭味幾乎被消除，并易于在真空或壓力過濾機(jī)中過濾。熱調(diào)理法可用以調(diào)節(jié)各種混合的有機(jī)廢水污泥，包括難以處置的剩余活性污泥。最適宜于生物污泥，未曾發(fā)現(xiàn)工業(yè)廢物對污泥熱調(diào)理有影響。熱調(diào)理的缺點(diǎn)是能耗較高，操作技術(shù)水平要求高，有臭氣放出， 且調(diào)理后的污泥在過濾后所得濾液有機(jī)物濃度很高。三、淘洗淘洗是項(xiàng)單元操作，在操作過程中將固體或固-液混合物與液體完全混合。使某些組分轉(zhuǎn)移到液體中。 典型的例子是將消化污泥在化學(xué)調(diào)理以前進(jìn)行洗滌，以去除可能消耗大量化學(xué)藥品的某些可溶性有機(jī)和無機(jī)組分。陶洗液中的BOD 和 COD 值都很高，需回流到廢水處理裝置去處理。淘洗能降低堿度，從而降低調(diào)理化學(xué)藥品的投加量，但

21、通常洗滌污泥的費(fèi)用超過由于降低調(diào)理化學(xué)藥品所節(jié)省的費(fèi)用。而且由于從污泥中洗出來的細(xì)小的固體在主要的廢水處理裝置中可能不能完全被截留，因而，雖然過去采用的這種操作比較普遍，現(xiàn)在106不提倡采用這種方法。§20-5 污泥脫水目的：對濃縮后的污泥進(jìn)一步減少含水率(去除污泥中的毛細(xì)水和表面附著水)。污泥脫水的主要方法有：真空過濾法、壓濾法、離心法和自然干化法。多數(shù)國家普遍采用的脫水機(jī)械為板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)， 也有采用干化床的。一、污泥的自然干化自然干化法有污泥干化場和污泥塘 2 種類型， 是利用天然的蒸發(fā)、 滲濾、 重力分離等作用，使泥水分離，達(dá)到脫水的目的，是污泥脫水最經(jīng)濟(jì)的一

22、種方法。適用于氣候比較干燥、用地不緊張以及環(huán)境衛(wèi)生條件允許的地區(qū)。這種方法需要大量的場地和勞動(dòng)力， 但仍有不少中小規(guī)模的污水處理廠采用。 一般認(rèn)為該法用于 50000 以下服務(wù)人口的城鎮(zhèn)還是經(jīng)濟(jì)的。二、污泥的機(jī)械脫水機(jī)械脫水是污泥脫水的主要方向。 主要的脫水機(jī)械有轉(zhuǎn)筒離心機(jī)、 板框壓濾機(jī)、 帶式壓濾機(jī)和真空過濾機(jī)。80 年代在西歐國家這4 種機(jī)械所占比例為8.7 6.34.6 1，說明真空過濾機(jī)已逐步被淘汰；在美國，真空過濾機(jī)雖然曾盛行，目前也處于被淘汰之列。近年來，轉(zhuǎn)筒離心機(jī)和帶式壓濾機(jī)由于其優(yōu)點(diǎn)顯著發(fā)展迅速，在很多國家普遍采用。§20-6 污泥最終處置污泥最終處置方法有綜合利用、

23、棄置和焚燒。一、綜合利用1、在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用污泥中含有植物所需要的營養(yǎng)成分和有機(jī)物， 因此污泥應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上是上佳的最終處置辦法。污泥的肥效主要取決于污泥的組成和性質(zhì)。以生活污水為例，含氮量為2 6，含磷量 (以 P2O5 )為 1 4，含鉀量為0.20.4。從廢料的三要素來分析污泥的肥效，主要是利用其氮肥，其次是磷肥，鉀肥的利用價(jià)值較小。污泥的氮、磷含量都比一般農(nóng)家肥高，而且污泥中含有的硼、錳、鋅等微量元素，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)有重要作用。但污泥中含有的病菌。寄生蟲、 病原體及重金屬離子，如直接作肥料， 會(huì)對植物有危害作用并進(jìn)入食物鏈影響其他生物，而且不利于土壤吸收養(yǎng)分。因此在把污泥作農(nóng)田肥料前，應(yīng)首先進(jìn)行穩(wěn)定化處理。其中含有的重金屬離子也必須符合農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（ GB4284-84 ）的要求。較常用的處理方法是堆肥。2、建筑材料利用污泥可用于制磚與制纖維板2 種建筑材料，此外還可用于鋪路。107