2009注冊環(huán)保專業(yè)水污染i-2 -5污泥處理

第2章污水生物處理工程基礎2.1活性污泥法2.2生物膜法2.3生物除磷脫氮2.4厭氧生物處理法2.5污泥的處理與處置2.6流域水污染防治2.5污泥的處理與處置污泥的來源、性質(zhì)及相關指標污泥濃縮與脫水污泥消化與穩(wěn)定污泥的最終處置

城市污水處理廠污泥的特點污水處理廠的全部建設費用中，污泥處理約占20－50％。污水處理過程中產(chǎn)生的污泥量大（城市二級污水處理廠產(chǎn)生的污泥量約占處理水量的0.3%－0.5%，按含水率97％計）;濃度高（含水率99－95%）;成分復雜（有機物、無機物、細菌、病原微生物、重金屬）;危害大（腐化發(fā)臭，二次污染），必須及時有效地進行處理和處置。污泥處理的目的

減量化、無害化及資源化。保證污水處理廠的正常運行；使易腐化發(fā)臭的有機物得到穩(wěn)定處理并妥善處置；使有毒有害物質(zhì)得到妥善處置；使有用物質(zhì)得到回收或綜合利用。

2.5.1污泥的分類及基本性質(zhì)

⑴按污水的來源特征，可分為：生活污水污泥和工業(yè)廢水污泥。⑵按污水的成分和特征，可分為：有機污泥、無機污泥、親水性污泥和疏水性污泥。⑶按污泥處理的不同階段，可分為：生污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水污泥和干化污泥。⑷按污泥的來源，可分為：泥渣（含無機物為主）：柵渣、沉砂池沉渣、初沉池浮渣和氣浮池浮渣；污泥（含有機物為主）：初次沉淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥。（一）污泥的分類（一）污泥的來源與分類

初次沉淀污泥：初次沉淀池。棕褐色，含水率97％左右，有機物含量55％～70％；剩余活性污泥：二次沉淀池（活性污泥法）。黃褐色，土腥味；含水率99.2～99.6％，有機物含量70％～85％，根據(jù)工藝不同而變；腐殖污泥：二次沉淀池（生物膜法）消化污泥：消化池。黑色，臭味?；瘜W污泥：化學沉淀池（混凝沉淀，物化除磷）。氣味小，易脫水。（二）污泥的性質(zhì)指標

污泥固體；污泥的含水率；污泥的比重（一般情況下以1計）；污泥體積與含水率的關系（1）污泥固體

污泥中的總固體：溶解固體+懸浮固體穩(wěn)定固體（灰分）+揮發(fā)固體（在600℃時的燃燒爐中能被燃燒，并以氣體逸出的那部分固體，反映污泥的穩(wěn)定化程度）

（2）污泥的含水率

含水率的定義：污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數(shù)（P）。含固率（％）+含水率（％）＝100％（3）污泥的比重

污泥的比重：污泥的重量與同體積水重量的比值，主要取決于含水率和固體的比重。

常見污泥比重的參考數(shù)值：污泥種類

干污泥比重

濕污泥比重

初沉污泥

1.401.020剩余活性污泥

1.251.005滴灑濾池剩余污泥

1.451.025延時曝氣法的剩余污泥

1.301.015氧化塘剩余污泥

1.301.010（4）污泥的體積與含水率的關系

式中：V1，V2——分別表示污泥濃縮前后的體積，m3W1，W2——分別表示污泥濃縮前后的固體重量，kgC1，C2——分別表示污泥濃縮前后的固體濃度，g/m3P1，P2——分別表示污泥濃縮前后的含水率，%物料衡算，污泥比重按1計。污泥含水率計算例題1

含水率為99.4%的剩余污泥，經(jīng)濃縮后污泥濃度增到24克/升，求濃縮后污泥體積為原體積的多少（污泥比重按1計）？污泥含水率計算例題2

將50噸含水率為99.2%的污泥和100噸含水率為98%的污泥混合,求混合后污泥的含水率（）？

A97.2％，B97.8％，C98.4％，D98.8％（三）污泥中的有毒有害物質(zhì)含有相當數(shù)量的氮、磷和鉀，有一定肥效，可用于改善土壤。含有病菌、病毒和寄生蟲卵等，在施用前應采取必要的處理措施。重金屬是污泥中主要的有害物質(zhì)，重金屬含量超過規(guī)定的污泥不能用作農(nóng)肥。（四）污泥的處理污泥含水率高，常含有高濃度有機物，不穩(wěn)定，易在微生物作用下發(fā)臭，并常常含有有害物質(zhì)，必須進行相應處理。污泥處理與處置的原則有四方面：穩(wěn)定化：消除惡臭無害化：殺滅生物固體中的蟲卵及致病微生物減量化：易于運輸處置利用：實現(xiàn)污泥的資源化2.5.2污泥的脫水

污水處理過程中產(chǎn)生的污泥含水率高（初沉池污泥95～97%，二沉池污泥99%以上），體積大（約占處理水量的0.3～0.5%），不利于污泥的后續(xù)處理，需采用各種方法進行脫水減容。污泥含水率由97.5%降至95%時，污泥體積即可減少1/2。如后續(xù)處理是厭氧消化，則消化池的容積、加熱量、攪拌能耗等均可大幅度降低。如后續(xù)處理是機械脫水，則調(diào)整污泥的混凝劑用量、脫水機械的負荷等也可大幅度減少。污泥中的水分與組成

根據(jù)其存在狀態(tài)，污泥中的水分可分為三種：游離水：存在于污泥顆粒之間的空隙中，約占污泥總水量的70%。這部分水較易脫除，可采用濃縮法脫除。毛細水：存在于污泥顆粒之間的毛細管中，約占污泥總水量的20%。這部分水較難脫除，可采用污泥脫水機和自然干化法脫除。結合水：存在于污泥顆粒內(nèi)部（包括微生物細胞內(nèi)部）或吸附在污泥顆粒表面，約占污泥總水量的10%。這部分水難以脫除，需采用干燥或焚燒法脫除。常用污泥脫水方法及效果

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、氣浮、離心95－97近似糊狀自然干化法自然干化場、曬砂場70－80泥餅狀機械脫水真空吸濾法真空轉(zhuǎn)鼓、真空轉(zhuǎn)盤60－80泥餅狀壓濾法板框壓濾機45－80泥餅狀滾壓帶濾法滾壓帶式壓濾機78－86泥餅狀離心法離心脫水機80－85泥餅狀干燥法各種干燥設備10－40粉狀、粒狀焚燒法各種焚燒設備0－10灰渣狀2.5.3污泥濃縮污泥濃縮的主要目的：減少污泥體積濃縮脫水的主要對象：間隙水污泥濃縮可分為：重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮，其中重力濃縮應用較多。（1）重力濃縮池

進泥排泥上清液間歇式污泥重力濃縮池示意圖間歇式濃縮池具有構造簡單，運行可靠，濃縮效果好的特點，特別適用于中小型污水處理廠。間歇式濃縮池的主要設計參數(shù)：濃縮時間。時間太短，則不能保證濃縮效果；時間太長，池容增大且可能由于污泥厭氧而破壞濃縮過程。一般，濃縮時間取10－12小時。

連續(xù)式污泥重力濃縮池

連續(xù)式濃縮池工況示意圖(迪克(Dick)理論)

上清液區(qū)阻滯區(qū)固體濃度壓縮區(qū)QeCeQ0C0QuCuuii連續(xù)式污泥重力濃縮池

連續(xù)式污泥重力濃縮池的池型類同于污水處理中的二次沉淀池，一般采用豎流式或輻流式，適用于大型污水處理廠。濃縮池高度：一般采用4m。濃縮池水力停留時間：一般采用10－16小時。固體通量：30－60kg/m2.d水力負荷：0.2-0.4m3/m2.h（剩余污泥）（2）污泥的氣浮濃縮

氣浮濃縮的基本原理和應用：使微小氣泡黏附在污泥顆粒表面，使污泥-氣泡成為一體，由于比重減小而被強制上浮，從而達到濃縮的目的。適用于污泥顆粒比重接近于水（接近于1）的、疏水的活性污泥，尤其適于濃縮時易發(fā)生污泥膨脹的、易發(fā)酵的剩余活性污泥。常用工藝：回流加壓溶氣氣浮工藝。該工藝可減少對絮狀污泥的剪切，避免加壓泵、溶氣罐、減壓閥和釋放器的阻塞。污泥的氣浮濃縮

氣浮濃縮的主要特點：固液分離效果優(yōu)于重力濃縮法，濃縮后污泥含水率較低，效率高，池體容積小。對于活性污泥法，不因污泥膨脹而影響濃縮效果。臭氣問題較小，并可以去除油脂類懸浮物質(zhì)。動力消耗大，運行費用較高。沒有污泥貯存能力。操作管理較復雜。污泥的氣浮濃縮

氣浮濃縮池的主要設計參數(shù)：

污泥負荷：水力負荷：氣固比：指溶氣水經(jīng)減壓釋放出的空氣量與需濃縮的固體量之重量比，通常用AS表示?；亓鞅龋杭訅喝軞馑颗c需要濃縮的污泥量的體積比，通常以R表示。（在有條件時，設計前應進行必要的試驗，從而決定最佳的設計參數(shù)）（3）污泥的離心濃縮

原理：利用污泥中固體與液體的比重差，由于在離心力場所產(chǎn)生的離心力不同而分離，從而達到濃縮目的。特點：由于離心力幾千倍于重力，因此離心濃縮法效率高，占地面積小，造價低，但運行費用和機械維修費用較高。用于污泥濃縮的離心機：有轉(zhuǎn)盤式(Disk)離心機，轉(zhuǎn)籃式(Basket)離心機和轉(zhuǎn)鼓式(Drum)離心機等。

2.5.4污泥脫水的原理及應用污泥脫水的目的：進一步減少污泥的體積，便于后續(xù)的處理、處置和利用。污泥脫水去除的主要是污泥顆粒間的毛細水和顆粒表面的吸附水。污泥脫水的主要方法：自然干化、真空過濾法、壓濾法和離心法等。

（1）污泥的自然干化

污泥自然干化法：污泥在自然條件下，由于滲濾、蒸發(fā)等作用而使污泥脫水干化的方法。優(yōu)點：簡便易行，投資少，運行管理費用低。缺點：污泥干化場占地面積大，衛(wèi)生條件差，對周圍環(huán)境影響較大。污泥的自然干化

污泥干化場：用于污泥自然干化的構筑物。污泥干化場可分為：自然濾層干化場與人工濾層干化場兩種。對于自然土壤滲透性能好，地下水位低的地區(qū)，可采用自然濾層干化場。一般情況下，則采用人工濾層干化場。人工濾層干化場由不透水底板、排水系統(tǒng)、濾水層、輸泥管、隔墻及圍堤等組成，可設計為敞開式，也可設計為頂蓋式。分塊數(shù)：為便于運行操作，保證效果，污泥干化場應分為數(shù)塊，交替使用。分塊數(shù)應等于或大于干化天數(shù)污泥層厚度：為提高效率，保證干化效果，污泥層厚度不宜過大，一般應在0.5m以下。不透水底板：200－300mm厚的黏土或三合土夯實而成，或采用100－150mm厚的素混凝土板。底板應有1－3%的坡度坡向排水管。排水管：100－150mm陶土管或管溝，管道之間中心距4－8m，管道縱向坡度0.002－0.003。濾水層：上層200－300mm厚細礦渣或石英砂，下層200－300mm厚粗礦渣或礫石。

污泥的自然干化

（2）污泥的機械脫水

污泥機械脫水：以過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動力，使污泥水分被強制通過過濾介質(zhì)，形成濾液，而固體顆粒則被過濾介質(zhì)截留，形成濾餅，從而達到污泥脫水的目的。造成壓力差推動力的方法有四種：污泥自身重力，如帶式壓濾機的重力脫水段。在過濾介質(zhì)的一面造成負壓，如真空吸濾脫水機。加壓污泥使水分通過過濾介質(zhì)，如壓濾脫水機。造成離心力使固-液分離，如離心脫水機。污泥的機械脫水

污水處理過程中產(chǎn)生的污泥（包括初次沉淀污泥，剩余活性污泥，腐殖污泥和消化污泥）均由親水性帶負電荷的膠體顆粒組成，顆粒細小且大小不均，揮發(fā)性固體含量高，過濾比阻大，脫水性能差。一般認為，進行機械脫水的污泥比阻值在(0.1－0.4)×109s2/g之間為宜，而上述各種污泥的比阻值均大大超過該范圍，因此這些污泥在進行機械脫水前，必須進行預處理，降低污泥比阻，改善污泥脫水性能。

污泥機械脫水前的預處理：污泥預處理的主要方法化學調(diào)節(jié)法：向污泥中投加混凝劑，使污泥顆粒脫穩(wěn)凝聚，提高脫水性能?；炷齽┩读繎ㄟ^實驗篩選確定。熱處理法：在高壓下加熱污泥，破壞結合水與污泥顆粒之間的聯(lián)系，使污泥顆粒在高溫高壓下溶解或水解，從而把細胞破壞并釋放胞內(nèi)水分，改善污泥脫水性能。 加熱溫度：180－200℃，加熱時間：20－60分鐘其它預處理方法：凍-融法；淘洗法；惰性物質(zhì)添加法：煤灰，鋸末，纖維等。污泥的機械脫水

污泥脫水機械真空轉(zhuǎn)鼓過濾機： 可連續(xù)生產(chǎn)，可自動控制，操作方便，運行平穩(wěn)。 附屬設備多，工序復雜，濾布易堵塞。板框壓濾機：

構造簡單，過濾推動力大，適用于各種污泥。 不能連續(xù)生產(chǎn)。污泥的機械脫水

滾壓帶式過濾機： 連續(xù)生產(chǎn)，操作方便，自動控制，衛(wèi)生條件好。 對預處理要求高，必須使用高分子絮凝劑。

離心脫水機： 連續(xù)生產(chǎn)，操作方便，自動控制，衛(wèi)生條件好，占地面積小。 對預處理要求高，必須使用高分子絮凝劑。

污泥脫水機械污泥的機械脫水

（3）污泥的干燥與焚燒

污泥經(jīng)脫水、干化后，含水率仍較高，體積較大，為便于污泥最終處置，可進行干燥處理或焚燒。污泥經(jīng)干燥處理后，含水率可降至20%左右。污泥經(jīng)焚燒處理后，含水率可降至0，體積很小，性質(zhì)穩(wěn)定，便于運輸，可進行綜合利用或最終處置。污泥干燥的主要設備：回轉(zhuǎn)圓筒式干燥器。常用的污泥焚燒設備：回轉(zhuǎn)焚燒爐、多段焚燒爐和流化床焚燒爐等。2.5.5污泥的穩(wěn)定處理剩余污泥含有大量的有機物和病原菌，如果直接排放到自然界中，有機物將會受到微生物的作用而發(fā)臭，對環(huán)境造成嚴重危害，且病原體將直接或間接接觸人體造成危害。因此，污泥在脫水前通常要進行穩(wěn)定處理。穩(wěn)定污泥的常用方法是消化法，消化有好氧消化和厭氧消化。（1）污泥的好氧消化

污泥好氧消化：實際是活性污泥法的繼續(xù)，在消化過程中，有機污泥經(jīng)氧化可以轉(zhuǎn)化成二氧化碳、氨以及氫等氣體產(chǎn)物。好氧消化分類：普通好氧消化和自熱高溫好氧消化好氧消化池的構造：一般包括好氧消化室、泥液分離室、消化污泥排除管和曝氣系統(tǒng)。

好氧消化法的優(yōu)點：操作較靈活，可以間歇運行操作，也可連續(xù)運行。（1）污泥的好氧消化

優(yōu)點：污泥中可生物降解有機物的降解程度高；清液BOD濃度低，消化污泥量少，無臭、穩(wěn)定、易脫水，處置方便；消化污泥的肥分高，易被植物吸收；好氧消化池運行管理方便簡單，構筑物基建費用低等。因此，特別適合于中小污水處理廠的污泥處理。缺點：運行能耗多，運行費用高；不能回收沼氣；因好氧消化不加熱，所以污泥有機物分解程度隨溫度波動大；消化后的污泥進行重力濃縮時，上清液SS濃度高等。好氧消化的優(yōu)缺點（2）污泥的厭氧消化

污泥一般都采用厭氧消化法處理，即在無氧的條件下，由兼性菌及專性厭氧細菌降解有機污染物，分解的最終產(chǎn)物主要是二氧化碳和以甲烷為主的消化氣（沼氣），污泥經(jīng)厭氧消化得以穩(wěn)定。污泥厭氧消化過程也稱為污泥厭氧生物穩(wěn)定過程。污泥厭氧消化是一個極其復雜的過程，多年來，厭氧消化被概括為兩階段過程，即酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段。隨著對厭氧消化微生物研究的不斷深入，厭氧消化過程中不產(chǎn)甲烷細菌和產(chǎn)甲烷細菌之間的相互關系更加明確，1979年，伯力特（Bryant）等人根據(jù)微生物不同的生理類別和作用，提出了厭氧消化三階段理論，成為目前較為公認的理論模式。(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化的影響因素：溫度：甲烷菌對溫度的適應性很差，根據(jù)其生存的適宜溫度范圍，甲烷菌可分為兩類，即中溫甲烷菌（適宜溫度33－35℃）和高溫甲烷菌（適宜溫度50－53℃）。當溫度超出適宜溫度范圍時，厭氧消化反應速率則急劇下降。厭氧消化的允許溫度波動范圍為±1.5－2.0℃。當波動范圍為±3℃時，就會嚴重抑制消化速率。當波動范圍超過±5℃時，就會使有機酸大量積累而破壞厭氧消化過程的正常運行。污泥投配率與負荷： 消化池的容積一般按污泥投配率（污泥消化時間）或固體容積負荷設計。 城市污水處理廠污泥中溫消化的污泥投配率以3－5%為宜，相應的水力停留時間為20－30d。 固體容積負荷：單位時間單位消化池容積所承擔的揮發(fā)性固體（VSS）污泥量，一般以0.6-1.5kgVSS/m3.d為宜。(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化的影響因素：pH值、酸堿度和消化液的緩沖作用：

pH值與酸堿度是厭氧消化過程中的重要控制因素。如前所述，產(chǎn)甲烷細菌對pH值的適應性很差，其適宜范圍為pH6.6－7.8。如果消化系統(tǒng)中的水解發(fā)酵階段和產(chǎn)酸階段的反應速率超過產(chǎn)甲烷階段，則有機酸會積累，pH值下降，從而對產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)生抑制作用。但是，由于消化液具有緩沖作用，在一定范圍內(nèi)可避免發(fā)生這種情況。消化液的緩沖作用是由有機物分解產(chǎn)生的碳酸和氨氮提供的。消化系統(tǒng)的堿度應保持在2000mg/L以上。

(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化的影響因素：攪拌和混合：厭氧消化過程是通過細菌體的內(nèi)酶和外酶與有機底物的接觸反應完成的，因此，為保證厭氧消化過程的順利進行，必須采用一定的措施使兩者充分混合接觸。 污泥厭氧消化通常采用的攪拌方式有：泵循環(huán)水力攪拌、機械攪拌、沼氣循環(huán)攪拌或聯(lián)合攪拌。

(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化的影響因素：營養(yǎng)與碳氮比（C/N）：在厭氧消化過程中，細菌生長所需的營養(yǎng)由污泥提供。厭氧消化所需的碳源擔負著雙重任務，其一是作為反應過程的能源，其二是合成新細胞。合成細胞所需的C/N約為5:1，此外還要考慮作為能源的碳，適宜的C/N應為（10－20）:1。如C/N太高，合成細胞的氮量不足，消化液的緩沖能力低，pH值降低，抑制消化過程。如C/N太低，氮量過多，pH值升高，銨鹽容易積累，也會抑制消化過程。

(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化的影響因素：有毒物質(zhì)：對于厭氧消化過程來說，任何物質(zhì)的所謂“有毒”都是相對的，關鍵在于這些物質(zhì)的濃度界限，即毒閾濃度。

物質(zhì)名稱毒閾濃度界限(mol/L)堿金屬和堿土金屬Ca2+，Hg2+，Na+，K+重金屬Cu2+，Ni2+，Zn2+，Hg2+，F(xiàn)e2+H+和OH-胺類有機物質(zhì)10-1~10+610-5~10-310-6~10-410-5~10010-6~100

(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化的影響因素：圓柱形(2)污泥的厭氧消化

厭氧消化池的基本池型

卵形

厭氧消化技術的發(fā)展

厭氧接觸工藝：

20世紀50年代中期，出現(xiàn)了厭氧接觸工藝，出水中的厭氧污泥經(jīng)沉淀分離后回流到厭氧反應器中，從而增大了反應器中厭氧污泥的濃度，使厭氧污泥在反應器中的停留時間第一次大于水力停留時間，處理效率與負荷顯著提高。這是厭氧處理技術的一個重要發(fā)展。(2)污泥的厭氧消化

兩級厭氧消化：

根據(jù)中溫消化的運行經(jīng)驗，在消化的前8天，產(chǎn)生的沼氣量占全部產(chǎn)氣量的80%左右，而一般中溫消化的水力停留時間為20天左右，在整個消化過程中，為維持產(chǎn)甲烷細菌所需的適宜溫度（33－35℃），則需耗費大量的熱能。因此，污泥中溫消化常按兩級消化進行設計，即在消化池總?cè)莘e不變的前提下，將消化池按容積比例（一般2:1）分為兩級。第一級消化池按普通消化池設計，采用加熱和攪拌設備。第二級消化池不加熱，不攪拌，依靠剩余熱量繼續(xù)消化。厭氧消化技術的發(fā)展

兩級厭氧消化工藝的主要特點：

總?cè)莘e不增加，且第二級消化池被簡化，建設費用大幅度降低。第二級消化池不加熱，不攪拌，能耗和運行費用大幅度降低。第二級消化池沼氣產(chǎn)量低，可不設沼氣收集設施第二級消化池不攪拌，可兼作污泥后濃縮池

厭氧消化技術的發(fā)展厭氧消化技術的發(fā)展兩相厭氧消化：厭氧消化過程可分為水解發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和甲烷發(fā)酵三個階段，各階段的菌種、對環(huán)境的要求、分解過程、分解速度及最終產(chǎn)物都不相同，造成運行管理方面的諸多不便。近來出現(xiàn)的兩相厭氧消化工藝是根據(jù)消化機理，將消化過程的第一、第二階段（酸性發(fā)酵階段）與第三階段（堿性發(fā)酵階段）分別在兩個消化池中進行。厭氧消化技術的發(fā)展

兩相厭氧消化工藝的主要特點：厭氧消化分段在最佳環(huán)境條件下進行，消化速度快，效果好。由于效率提高，水力停留時間縮短（第一相約1d，第二相6－6.5d），消化池總?cè)莘e可減少一半，建設費用