第17章 污泥處理、處置及利用

第17章污泥處理、處置與利用

重點(diǎn)：污泥分類、特征與性質(zhì)、污泥的各種濃縮方法與計(jì)算、污泥的穩(wěn)定化處理。

難點(diǎn)：污泥消化17.7污泥的干化與脫水17.1概述17.2污泥的分類、性質(zhì)及計(jì)算17.3污泥濃縮17.4污泥的厭氧消化17.5污泥的其他穩(wěn)定措施17.6污泥的調(diào)理17.8污泥的干燥與焚化17.9污泥的有效利用與最終處置17.10污泥減量化新技術(shù)17.1概述污泥的數(shù)量：0.3%～0.5%左右（以含水率97%計(jì)）；污泥中的物質(zhì)：有毒有害物質(zhì)（寄生蟲卵、病原微生物、合成有機(jī)

物及重金屬離子等）；有用物質(zhì)（N、P、K、有機(jī)物及水分等）；污泥處理的目的：減量化、穩(wěn)定化、無害化及資源化；投資：為總投資的20～50%；處理方案應(yīng)綜合考慮。17.1.1污泥處理的一般原則

1.減量化（濃縮、脫水、干化等）；2.穩(wěn)定化（好氧或厭氧生物處理工藝）；3.無害化（針對污泥中含有的病原微生物、寄生蟲卵、病毒、重金屬

離子和有毒有害的有機(jī)污染物等）；4.資源化（用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建筑材料制造、燃料等方面）。17.1.2污泥處理與處置的基本方法

17.1.3污泥處理與處置的基本流程

1.濃縮（盡可能多地分離出污泥中的水分）；2.穩(wěn)定（利用消化或采用消毒方法）；3.調(diào)理（利用加熱或化學(xué)藥劑處理污泥）；4.脫水（真空、加壓或干燥方法或利用焚化等方法）。1.生污泥→濃縮→消化→自然干化→最終處置；2.生污泥→濃縮→消化→機(jī)械脫水→最終處置；3.生污泥→濃縮→消化→最終處置；4.生污泥→濃縮→自然消化→堆肥→最終處置；5.生污泥→濃縮→機(jī)械脫水→干燥、焚化處理→最終處置。17.2污泥的分類、性質(zhì)及計(jì)算17.2.1污泥的組成與分類

按成分不同

污泥——以有機(jī)物為主要成分，含水率高，不易脫水，膠狀結(jié)構(gòu)，親水物質(zhì)沉渣——以無機(jī)物為主要成分，含水率低，易于脫水，流動性差1.生污泥：

初沉池污泥、剩余活性污泥（新鮮污泥）、腐殖污泥2.消化污泥（熟污泥）——經(jīng)好氧、或厭氧消化處理的污泥3.化學(xué)污泥——用化學(xué)沉淀法處理污水后產(chǎn)生的沉淀物

按來源不同17.2.2污泥的性質(zhì)指標(biāo)3.揮發(fā)性固體（灼燒減重）——有機(jī)物含量灰分（灼燒殘?jiān)獰o機(jī)物含量4.可消化程度——表示污泥中可被消化降解的有機(jī)物數(shù)量1.定義：污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分?jǐn)?shù)。2.表達(dá)式：式中：V1，W1，C1——污泥含水率為p1時(shí)的污泥體積、重量與固體物濃度；V2，W2，C2——污泥含水率為p2時(shí)的污泥體積、重量與固體物濃度。

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劑（腐殖質(zhì)）。

熱值污泥有較高的熱值，干燥后相當(dāng)于褐煤，可直接當(dāng)燃料，或者厭氧消化產(chǎn)生沼氣作燃料。

有害物質(zhì)城市污水處理廠污泥中含有病原微生物、病毒、寄生蟲卵，在處置前應(yīng)采取必要的處理措施(如污泥消化)。污泥中重金屬也是主要的有害物質(zhì)，污泥中重金屬離子含量決定于城市污水中工業(yè)廢水所占比例及工業(yè)生產(chǎn)性質(zhì)。污水經(jīng)二級處理后，污水中重金屬離子約有50%以上轉(zhuǎn)移到污泥中，因此，污泥中的重金屬離子含量一般都較高。重金屬含量超過規(guī)定的污泥不能用做農(nóng)肥。17.2.3污泥量計(jì)算

初沉池污泥量

活性污泥法剩余污泥量

其中：ΔX——揮發(fā)性剩余污泥量（kg/d）干重；

f=MLVSS/MLSS=0.75Xr——回流污泥濃度（g/L）。其中：Q——污水流量，取污水廠的平均日流量(m3/d)；η——初沉池沉淀效率（%）（城市污水廠一般取50%）；

C0——初沉池的進(jìn)水懸浮物濃度（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計(jì)。Qs=ΔX/fXr17.2.4污泥流動的水力特性與水力條件

污泥流動的水力特征

污泥的輸送1.含水率＞99%的狀態(tài)，流動的特性接近水流。2.層流時(shí)，阻力很大。紊流狀態(tài)時(shí)，阻力較小。設(shè)計(jì)時(shí)，要用大流速，處于紊流狀態(tài)，下臨界速度1.1m/s，上臨界速度1.4m/s；因此污泥管道的最小設(shè)計(jì)流速1.0-2.0m/s。1、管道輸送輸送的目的地很穩(wěn)定污泥的流動性很好，含水率較高所含油脂成分較少,污泥的腐蝕性低污泥的流量較大〉30m3/h※重力管道——坡度0.01-0.02，d不小于200mm

駁船——適用于不同的含水率的污泥2、污泥輸送設(shè)備（1）隔膜泵（2）螺旋泵等流變圖（流變曲線）

污泥流動的水力計(jì)算1、壓力輸送管道的沿程水頭損失

——哈森-威廉姆斯紊流公式

其中：hf——輸泥管沿程水頭損失（m）；

L——輸泥管長度（m）；

D——輸泥管管徑（m）；

CH——哈森系數(shù)，由污泥濃度決定。（查表17-5）2、壓力輸送管的局部水頭損失

17.3污泥濃縮1.初沉池污泥含水率：95～97%；

剩余污泥含水率：達(dá)99%以上。2.濃縮池的目的:減小容積。3.污泥的水分：顆粒間隙水70%；

毛細(xì)水（顆粒間毛細(xì)內(nèi)的水）20%；

污泥顆粒吸附水和顆粒內(nèi)部水10%。4.降低含水率的方法①濃縮法：降低污泥中的間隙水（濃縮是為了減容）；②機(jī)械脫水法和自然干化法：主要脫除毛細(xì)水；③干燥與焚化法：主要脫除吸附水和內(nèi)部水。17.3.1污泥重力濃縮

重力濃縮理論（壓縮沉淀）1.迪克（Dick）理論

固體通量——單位時(shí)間內(nèi)，通過單位面積的固體重量kg/m2.h

通過濃縮池任一濃縮斷面i的固體通量G等于向下流固體通量Gu和自重壓密固體通量Gi之和：

G=Gu+Gi=uCi+ViCi

向下流固體通量（底流牽動通量）

Gu=uCi

式中Ci——通過i-i斷面的污泥固體濃度(kg/m3)；

u——向下流流速(m/h)。自重壓密固體通量（固體舒流通量）

Gi=ViCiVi為固體濃度為Ci時(shí)的界面沉速，當(dāng)Ci<500mg/L時(shí)不會出現(xiàn)泥水分離，Cm為形成泥水分離的最低沉速，當(dāng)u為定值時(shí)，Gu與Gi成直線關(guān)系?？偣腆w通量

G=Gu+Gi=uCi+ViCi=Ci(u+Vi)

設(shè)計(jì)中設(shè)定

極限固體濃度（CL）——固體濃度大于CL，通不過此界面；

極限固體通量（GL）——在濃縮池的深度方向，必存在一個(gè)控制斷面，這個(gè)控制斷面的固體通量最小。濃縮池的設(shè)計(jì)斷面面積

A≥Q0C0/GLA——濃縮池面積

Q0——入流污泥量m3/hC0——入流固體濃度kg/hGL——極限固體通量kg/m2﹒h

靜態(tài)試驗(yàn)的方法——分析連續(xù)式重力濃縮池的方法。前提：工作達(dá)到平衡——固體濃度Ci的斷面位置是穩(wěn)定的。

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

其中：Q0、C0為已知數(shù)據(jù)；

Qu、Cu——濃縮池排出污泥量及固體物濃度；

QeVi——上清液流量及固體物濃度。3.肯奇理論（kunch）前提——物質(zhì)顆粒群成層沉淀時(shí)，某層污泥的沉降速度是該層顆粒污泥濃度的函數(shù)（固體濃度速度關(guān)系式）肯奇公式Ci=C0H0/(Hi+Viti)Vi=(Hi’-Hi)tiCi——界面高度為Hi時(shí)的污泥固體濃度；

Hi——ti時(shí)的污泥界面速度。2.科伊-克里維什理論

重力式連續(xù)濃縮池深度的設(shè)計(jì)1.濃縮池總深度：壓縮區(qū)高度Hs

阻滯區(qū)與上清液高度池底坡超高2.排泥濃度是濃縮時(shí)間的函數(shù)，與污泥層厚度無關(guān)3.壓縮區(qū)高度Hs的計(jì)算——柯伊克里什維法

Hs=Q0C0tu(ρs-ρw)/ρs(ρm-ρw)AQ0C0——入流污泥固體重量(kg/h)tu——達(dá)到排泥濃度時(shí)所需要的濃縮時(shí)間

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

連續(xù)式重力濃縮池的基本構(gòu)造與形式1.濃縮池必須同時(shí)滿足：上清液澄清；排出的污泥固體濃度達(dá)到設(shè)計(jì)值；固體回收率高＝(濃縮污泥中固體的重量/原污泥固體物重量)×100%

大于95%。2.垂直攪拌柵的應(yīng)用柵條后處可形成微小漩渦；有助于顆粒的絮凝——使顆粒變大——造成空穴——使空隙水與污泥接觸緊密；濃縮效率可提高20%以上。原理同連續(xù)式，適用于小型污水廠。

間歇式重力濃縮池17.3.2污泥氣浮濃縮17.4污泥的厭氧消化

按其形狀

圓柱形、橢圓形（卵形）和龜甲形等幾種形式

按其池頂結(jié)構(gòu)形式固定蓋式和浮動蓋式的消化池

負(fù)荷率傳統(tǒng)消化池和高速消化池。17.4.1污泥厭氧消化的分類17.4.1污泥厭氧消化的分類17.4.2污泥厭氧消化的影響因素

以對甲烷發(fā)酵階段影響因素為準(zhǔn)1、溫度影響

一般多采用中溫消化，由于生污泥溫度較低，故消化時(shí)需加熱。

加熱方法：蒸氣加熱；熱水加熱；盤管加熱。

2、污泥投配率：每日投加新鮮的污泥體積占消化池有效容積的百分?jǐn)?shù)。

n是消化時(shí)間的倒數(shù)，如n=5%T=1/n=1/5%=20d，n是消化池的重要參數(shù)。

中溫消化適宜n=5%～8%，相應(yīng)t為20d～12.5d。

3、攪拌和混合

目的：生、熟污泥充分混合。避免污泥結(jié)塊，加速消化氣釋放。

方法：泵加水?dāng)嚢璺?；消化氣循環(huán)攪拌法；混合攪拌法。

4、營養(yǎng)與C/N比

5、有毒物質(zhì)

6、酸堿度、PH值、和消化液的緩沖作用17.4.3厭氧消化池型

池型

1.圓柱形2.蛋形

圓柱形

1.池徑D：6～35m

2.池高/池徑h/D：0.8-1.03.D1(集氣罩)2～5m，高1～3m，傾角15-20o。17.4.4消化池的設(shè)計(jì)計(jì)算

消化池的設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容①消化池體積的計(jì)算與池體設(shè)計(jì)；②消化池內(nèi)攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算；③消化池所需要的加熱保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。1、消化池的池體設(shè)計(jì)國內(nèi)一般按污泥投配率來計(jì)算所需的消化池容積，即：式中：V——消化池的有效容積，m3；

Sv——新鮮污泥中揮發(fā)性有機(jī)物重量，kgVSS/d；

S——有機(jī)物負(fù)荷率kg/(m3﹒d)。

消化池的池體設(shè)計(jì)

消化池的結(jié)構(gòu)尺寸

在確定了所需的消化池的有效容積后，就可計(jì)算消化池各部的結(jié)構(gòu)尺寸，其一般要求如下：①圓柱形池體的直徑一般為6~35m；②柱體高徑之比為1：2；③池總高與直徑之比為0.8~1.0；④池底坡度一般為0.08；⑤池頂部的集氣罩，高度和直徑相同，一般為2.0m；⑥池頂至少設(shè)兩個(gè)直徑為0.7m的人孔。

消化池的工藝管道在消化池中還需要設(shè)置多種工藝管道，其中主要包括：①污泥管：進(jìn)泥管、出泥管、循環(huán)攪拌管；②上清液排放管；③溢流管；④沼氣管；取樣管；17.4.5消化池的構(gòu)造

污泥投配，排泥與攪流系統(tǒng)

1.污泥投配池的容積

V=(1/3-1/2)ww為每日投加污泥量

V=60QT/103，當(dāng)抽升活性污泥時(shí)，T不小于15min,高程不足時(shí)，用污泥泵提升2.排泥靜水壓力排泥

沼氣的收集與貯存

柜容：日均產(chǎn)氣量的25%-40%，產(chǎn)氣量——即6-10h的平均產(chǎn)氣量計(jì)算

溢流裝置（安全裝置）1.作用：及時(shí)溢流，保持沼氣壓力恒定，防止投配過量、排泥不及時(shí)、氣量不平衡等情況發(fā)生。2.溢流管的方式：（1）倒虹管式；（2）大氣壓式；（3）水封式；3.注意事項(xiàng)：

溢流管的設(shè)計(jì)應(yīng)避免浮渣層，以避免堵塞。

攪拌設(shè)備1.目的（4個(gè)方面）：最終使污泥濃度不超過10%的差別，5-10h全池污泥攪拌一次。2.攪拌方式：①泵加水射器攪拌泵壓>0.2Mpa污泥面0.2-0.3m以下，吸泥量（生）1：3-5，池徑大于10m，可設(shè)>21m以上的水射器。

②機(jī)械混合攪拌（推薦使用）

生污泥加溫與沼氣攪拌

③消化氣攪拌

5-7m3/min.1000m3池容，氣流速度7-15m/s

加熱設(shè)備及計(jì)算1.加溫方法：直接通入熱水及蒸氣，增加含水率，局部污泥溫度高盤管加熱盤管外壁結(jié)殼內(nèi)外套管加熱2.熱工計(jì)算：①所需總熱量：提高生污泥溫度的耗熱量Q1

池體本身的耗熱量Q2

管道，熱交換等耗熱量Q3

②熱交換器的設(shè)計(jì)

③熱水鍋爐的選擇1.方法：投配率消化池有機(jī)負(fù)荷

2.計(jì)算①V=W/n（W每日投加新鮮污泥量）②V=Sv/SSv為新鮮污泥中揮發(fā)性有機(jī)物重量

S為單位池容內(nèi)均勻分解有機(jī)物的數(shù)量（揮發(fā)性有機(jī)物負(fù)荷）中溫消化S——0.6-1.5kg/m3.d

高溫消化S——2.0-2.5kg/m3.d

消化容積計(jì)算17.4.6消化池的運(yùn)行管理

消化污泥的培養(yǎng)與馴化

正常運(yùn)行的化學(xué)指標(biāo)1.逐步培養(yǎng)法初沉污泥+濃縮后的活性污泥→投入消化池→加熱30-40d2.一次培養(yǎng)法池塘污泥，經(jīng)2×2mm孔徑過濾后投入

1.產(chǎn)氣量（CO230%、CH450%）

2.投配污泥含水率94-96%3.有機(jī)物含量60-70%4.有機(jī)物分解程度45-55%5.脂肪酸與總堿度2000mg/L6.NH3-N500～1000mg/L

正常運(yùn)行控制參數(shù)

維護(hù)與管理1.投配率，溫度；2.攪拌:連續(xù)或間歇攪拌；3.排泥（先排上清液，再排泥）,池內(nèi)污泥濃度不低于30g/l；4.正常沼氣氣壓：1177---1961Pa.1.保溫、防止在空氣中的CH4占空氣5-16%，避免爆炸。2.高溫甲烷菌不能用中溫條件下的甲烷菌直接接種,但可馴化馴化

時(shí)，升溫速度為1℃

/h，最佳達(dá)到53℃3.原因：溫度高于38℃，中溫甲烷菌大量死亡，污泥易變質(zhì)4.人工加堿控制PH6.5-7.5，

消化池的異?，F(xiàn)象1.產(chǎn)氣量下降①底物不足②排泥量過大③消化池溫度低④消化池容積減少⑤有機(jī)酸積累，堿度不足2.上清液水質(zhì)惡化原因：排泥量不夠，固體負(fù)荷過大，攪拌過度3.沼氣的氣泡異常大量氣泡噴出:浮渣層過厚啤酒泡：排泥量大,負(fù)荷過高不起泡：中止投配污泥。17.5污泥的其他穩(wěn)定措施17.5.1污泥的好氧消化

既不在投加底物的條件下，對污泥進(jìn)行較長時(shí)間的曝氣，使污泥中的微生物處于內(nèi)源呼吸的階段，自由產(chǎn)酸。

好氧消化

好氧消化的優(yōu)點(diǎn)

可生物降解有機(jī)物的降解程度高；上清液的BOD濃度低；消化污泥量少，穩(wěn)定，易脫水；消化池運(yùn)行管理簡單，構(gòu)筑物費(fèi)用低。

好氧消化的缺點(diǎn)能耗高；不能回收沼氣；分解程度隨溫度變化大；重力濃縮時(shí)，上清液濃度高；

需要說明的問題

對高泥齡的消化污泥效果不佳；好氧消化的曝氣時(shí)間10d左右，BOD5去除率〉50%；用于小型污水廠。

好氧消化的機(jī)理

好氧消化池的構(gòu)造及工藝設(shè)計(jì)

C5H7NO2+7O2 5CO2+3H2O+H++NO3-

氧化1Kg細(xì)胞質(zhì)需氧2Kg，處于內(nèi)源呼吸期，H+上升時(shí)，需調(diào)節(jié)堿度，PH值=7；DO值不大于2mg/L；充分?jǐn)嚢琛?/p>

1、好氧消化池的構(gòu)造

高3～4m,底坡坡度i≥0.25，鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓3～4m，與完全混合式活性污泥法曝氣池相同。2、好氧消化需空氣量的計(jì)算

(1)自身氧化；需空氣量

(2)消化攪拌，0.06m3/min·m3

17.5.2污泥堆肥17.6污泥的調(diào)理

污泥的調(diào)理使用于所有污泥（原污泥，消化污泥）但效果不同?；瘜W(xué)法（有機(jī)，無機(jī)）；物理法（加壓，粉石灰）；熱工法（冷凍，熱處理），其他方法（超聲波處理）

污泥的調(diào)理污泥預(yù)先處理的過程。

調(diào)理的目的

改善污泥脫水性能，減少水與污泥固體顆粒之間的結(jié)合力，加速污泥脫水過程。如果沒有預(yù)先的處理，則絕大多數(shù)污泥脫水是非常困難

不同污泥的調(diào)理

污泥調(diào)理的方法17.6.1化學(xué)調(diào)理法

加混凝劑，助凝劑等化學(xué)藥劑，使顆粒凝聚，比阻降低，改善脫水性能，是最常用的工藝。

定義

化學(xué)藥劑1.無機(jī)藥劑：鋁鹽，鐵鹽及其高分子聚合物（PAC），經(jīng)常投加石灰，調(diào)節(jié)PH，硬度。2.有機(jī)藥劑：高分子量的水解性的聚合物，人工合成的效果好(PAM)3.助凝劑：一般不起混凝效果，調(diào)節(jié)污泥的PH值，供給污泥網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，改變污泥顆粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)絮體強(qiáng)度。

適用無機(jī)藥劑應(yīng)注意的問題①調(diào)理后的PH值>7②污泥調(diào)理操作控制（避免剪切力和渦流）③污泥輸送專用隔膜泵。④反應(yīng)時(shí)間(加鋁鹽5min,加石灰10min),脫水前濃縮池(30min—90min)17.6.2熱處理法17.6.3冷凍溶解法17.6.4淘洗法

污泥經(jīng)熱處理后即可起到調(diào)理的作用，又可起到穩(wěn)定的作用，可使有機(jī)物分解，破壞膠體顆粒穩(wěn)定性，污泥內(nèi)部水與吸附水被釋放，比阻降低，脫水性能大大改善，寄生蟲卵、致病菌與病毒等可被殺滅。

含有大量水分的污泥冷凍，使溫度下降至凝固點(diǎn)以下，污泥開始凍結(jié)，然后加熱溶解。

適用于消化污泥的預(yù)處理，17.6.5輻射調(diào)理法

采用放射性物質(zhì)的輻射，來改善污泥的脫水性質(zhì)。17.7污泥的干化與脫水17.7.1脫水的基本原理與比阻1.原理：壓力差①靜壓力（干化場脫水）②一面造成負(fù)壓（真空吸濾脫水）③加壓污泥把水分壓過介質(zhì)（壓濾機(jī)脫水）④造成離心力（離心脫水機(jī)）2.卡門過濾基本方程式式中V——濾液體積，m3；t——過濾時(shí)間，s；p——過濾壓力，kg/m2

；A——過濾面積，m2；

μ——濾液的動力粘滯度，kg·s/m2；ω——濾過單位體積的濾液在過濾介質(zhì)中截留的干固體重量，kg/m3

；

r——比阻，單位過濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力，m/kg；

Rf——過濾介質(zhì)的阻抗，1/m2

基本原理

比阻1.比阻:單位過濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力稱比阻，m/kg。2.在壓力一定的情況下，t/V與V成直線關(guān)系，通過試驗(yàn)可以求得比阻r。t/V

v01.是指濾餅中的固體重量與原污泥中固體重量的比值

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

固體回收率

污泥脫水過濾產(chǎn)率的計(jì)算1.過濾產(chǎn)率的定義：單位時(shí)間在單位過濾面積上產(chǎn)生的濾餅干重量，單位為kg/(m2·s)或kg/(m2·h)。2.過濾產(chǎn)率決定于污泥性質(zhì)，壓濾動力，預(yù)處理方法，過濾阻力及過濾面積。

L=(2Pωm/μrtc)1/2m=t/tc

式中L——過濾產(chǎn)率，kg/(m2·s)；

P——過濾壓力，N/m2；

t——過濾時(shí)間，s；

tc——過濾周期，s；

μ——濾液動力粘滯度，N·s/m2。17.7.2污