污泥处理与处置综述课件

污泥的处理与处置污泥的处理与处置污泥处理目的处理污泥占全部建设费用的20%50%，甚至70%。污水处理厂产生的污泥占处理水量的0.3%0.5%左右。污泥含大量有害有毒物质，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。污泥处理与处置达到如下目的：(1)使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；(2)使有毒有害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。12.1污泥的分类、性质与产生量污泥的分类、性质与产生量12.1.1 分类分类1)按成分不同分为：污泥 有机物为主要成分，初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。易腐化发臭，颗粒细，比重小(约为1.021.006)，含水率高且不易脱水，胶状结构。沉渣 以无机物为主要成分的称沉渣。沉渣的主要性质是颗粒较粗，比重较大(约为2左右)，含水率较低且易于脱水，流动性差。沉砂池与某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。2)按来源不同分为：初次沉淀污泥 来自初次沉淀池。剩余活性污泥 来自活性污泥法后的二次沉淀池。腐殖污泥 来自生物膜法后的二次沉淀池。（以上3种污泥可统称为生污泥或新鲜污泥）消化污泥 生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后，称为消化污泥或熟污泥。化学污泥 用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物称为化学污泥或化学沉渣：12.1.2 污泥的性质 1、污泥含水率 污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率。P1,V1,W1,C1污泥含水率为p2时的污泥体积、重量与固体物浓度；P2,V2,W2,C2污泥含水率变为p2时的污泥体积、重量与团体物浓度;2、污泥的脱水性能、污泥的脱水性能 污泥的脱水性能可用污泥比阻来衡量，污泥比阻（r）系指在一定压力下，在单位过滤界面上，单位重量的干污泥所受到的阻力。3、灼烧减量和灼烧残量、灼烧减量和灼烧残量4、污泥比重和干物质比重、污泥比重和干物质比重5、pH值值6、碱度、碱度7、有机物的含量、有机物的含量8、有机酸的含量、有机酸的含量9、污泥颗粒组成、污泥颗粒组成10、污泥热值、污泥热值11、污泥肥分、污泥肥分12、污泥的沉淀、浓缩性能、污泥的沉淀、浓缩性能13、污泥的离心分离性能、污泥的离心分离性能12.2污泥处置基本方法污泥处置基本方法12.2.1污泥处理处置的原则 污泥的处理处置与其他固体废物的处理处置一样，都应遵循减量化、稳定化、无害化的原则。1减量化 2稳定化 3无害化 污泥处理处置时应综合考虑各种因素，杜绝不确定因素对环境可能造成的冲击和意想不到的污染物在不同介质之间的转移，对环境整体而言，要具有安全性和可持续性。12.2.2污泥处理处置基本工艺流程污泥处理处置基本工艺流程 污泥处理处置的方法很多，污泥处理处置的基本工艺可分为以下几类：（1）浓缩前处理脱水好氧消化土地还原；（2）浓缩前处理脱水干燥土地还原；（3）浓缩前处理脱水焚烧（或热分解）灰分填埋；（4）浓缩前处理脱水干燥熔融烧结做建材；（5）浓缩前处理脱水干燥做燃料；（6）浓缩厌氧消化前处理脱水土地还原；（7）浓缩蒸发干燥做燃料；（8）浓缩湿法氧化脱水填埋；12.3 污泥浓缩12.3.1重力浓缩重力浓缩 重力浓缩的基本原理是污泥重力浓缩的基本原理是污泥-水悬浮液中的固体在重水悬浮液中的固体在重力作用下沉淀和进一步固化的物理过程。力作用下沉淀和进一步固化的物理过程。重力浓缩池图12-3间歇式浓缩池示意图图12-4 连续式重力浓缩池12.3.2机械浓缩 机械浓缩设备主要形式有：转鼓式浓缩机螺旋式浓缩机带式浓缩机离心式浓缩机 前三种是借助于自然重力场的作用(重力式浓缩机)通过投加化学絮凝药剂(一般投加有机高分子絮凝药剂来抵消水分子间结合力的。后一种是借助于人工重力场的作用进行污泥“液相”和“固相”分离的机械。转鼓浓缩机 转鼓式浓缩机工作系统图螺旋式浓缩机 螺旋式浓缩机示意图 带式浓缩机 带式浓缩机示意图 离心机 离心式浓缩机示意图 12.3.3气浮浓缩气浮浓缩是利用固体与水的密度差而产生的浮力，使固体上浮，达到固液分离，实现固体浓缩的目的。对于密度小于1 g/cm3固体，可以直接进行上浮分离；对密度大于1g/cm3的固体，则可通过减小其密度，从而实现固液分离。一般采用将气泡附着在污泥颗粒周围的方法，降低固体密度，产生上浮的动力，达到浓缩的目的。气浮浓缩的装置 气浮浓缩装置主要由三部分组成，即布气或溶气系统、溶气释放系统（存在于加压溶气气浮中）及气浮分离系统。布气或溶气系统指通过布气或溶气装置如水泵、叶轮、曝气装置、空压机、溶气罐及一些附属设备等向水中冲入或溶入气体的一类系统装置。溶气释放系统设备一般由溶气释放器(或穿孔管、减压阀)及溶气水管路组成。溶气释放器的功能是将压力溶气水通过消能、减压，使溶入水中的气体以微气池的形式释放出来，并能迅速又均匀地附着到污泥絮体上。气浮分离系统一般可分为三种类型，即平流式、竖流式及综合式。（详见废水气浮一章）气浮浓缩工艺控制影响气浮浓缩的因素很多，主要有：压力循环比流入污泥浓度停留时间气固比、污泥种类和性质固体负荷和水力负荷絮凝剂的使用与否12.4污泥的稳定污泥稳定的目的是消除污泥中散发的臭味和杀灭污泥中的病原微生物。其方法有厌氧消化、好氧消化、药剂氧化、药剂稳定等。厌氧消化、好氧消化是利用微生物的作用将污泥中可生物降解的有机物分解，药剂氧化是利用氧化剂的作用将污泥中的有机物分解，药剂稳定是利用化学药剂的作用抑制微生物对污泥中有机物的分解，杀灭污泥中的病原微生物，使之不散发臭味。在污泥的稳定处理中最常用的是厌氧消化法。12.4.1污泥的厌氧消化污泥厌氧消化具有如下优点：(1)产生能量(甲烷)，有时超过废水处理过程所需能量；(2)使最终需处置的污泥体积减少30%50%；(3)消化完全时，可以消除恶臭：(4)杀死病原微生物，特别是高温消化时；(5)消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分，适用于改良土壤。厌氧消化的机理 厌氧消化的机理第一步水解过程：高分子物质，通常是非溶解性物质在酶的作用下水解为溶解性的物质。第二步酸化过程：水解后的物质在兼性菌和大气恩斯特作用下转变成为短链的有机酸（如：丁酸、丙酸、醋酸等）、乙醇、H2，CO2。在这些中间产物中，甲烷菌仅能将醋酸和H2、CO2转变成为甲烷。第三步醋酸化过程：将第二步过程产生的有机酸、乙醇转变成为醋酸，在这一过程的醋酸菌与甲烷菌是共生的。第四步甲烷化过程：将醋酸及H2、CO2转化为甲烷。高负荷消化池具有加热和搅拌系统，高负荷消化池既被用于中温、也用于高温消化过程。大部分消化池在中温范围操作。2、厌氧消化的影响因素1）温度的影响 酸化和甲烷化过程对温度的变化非常敏感。要达到相同的消化率，温度越低要求的消化时间越长。运行过程中最常用的中温消化池大多是在3035范围内运行的。2）营养物和微量元素的影响 污泥中通常含有丰富的碳水化合物、氮、磷、硫和微量元素，但是在某些污泥中，如食品工业污水污泥中含有丰富的碳水化合物，而氮和磷的含量较少。污泥生物厌氧消化要求碳：氮为10：116：1，氮：磷：硫为7：1：1。除营养物以外，污泥生物厌氧消化还要求供给以溶解状态存在的微量元素，如镍、钴、钼、铁、硒、钨等。对于醋酸菌除上述元素外，还需要锌、铜、锰，对于甲烷菌则需要较多的镍。3）有毒物质的影响 当污泥中某些重金属含量(如铜、铬、镍等)及有机化合物(如氯仿、酚等)含量超过一定量时会对污泥厌氧稳定过程产生破坏性的影响。重金属毒性最大的是铅，其次分别为镉、镍、铜和锌，碱金属的毒性按钠、钾、铬、锰的次序增加。厌氧消化池形式 厌氧消化池形简图12.4.2 污泥的好氧消化好氧消化，即在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，使污泥中微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化。因此微生物机体的可生物降解部分被氧化去除，消化程度高，剩余消化污泥量少。在好氧消化中，氨氮被氧化为NO3-，pH值将降低，故需要有足够的碱度来调节，以便使好氧消化池内的pH值维持在7左右。池内溶解氧不得低于2mg/L，并应使污泥保持悬浮状态，因此要有搅拌，污泥的含水率在95%左右。好氧消化池的构造 好氧消化池工艺图 污泥好氧消化主要有如下优缺点：优点：1.污泥中可生物降解有机物的降解程度高；2.上清液BOD5浓度低；3.消化污泥量少，无臭、稳定、易脱水，处置方便；4.消化污泥的肥分高，易被植物吸收；5.好氧消化池运行管理方便简单，构筑物基建费用低。缺点：1.运行能耗多，运行费用高；2.不能回收沼气；3.因好氧消化不加热，所以污泥有机物分解程度随温度波动大；4.消化后的污泥进行重力浓缩时，上清液SS浓度高。12.5污泥的调理12.5.1 污泥调理概念污泥水与污泥固体颗粒的结合力是很强的，如果没有预先的处理，即通过化学的、物理的或者热工的方法进行预处理，绝大多数污泥的脱水是非常困难的，这种污泥预先处理的过程称为污泥调理。调理的目的就是改善污泥脱水的性质，减小水与污泥固体颗粒的结合力，加速污泥脱水过程。污泥中所含水分大致分为4类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70%；毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20%，污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占10%。污泥调理对于所有污泥都适用，但不同的污泥所能够达到的调理效果不同。污泥调理的方法很多，但主要的方法有化学调理法物理调理和。12.5.2污泥调理方法1、化学调理方法 化学调理就是在需要脱水的污泥中加入化学混凝药剂，使污泥颗粒，包括细小的颗粒及胶体颗粒凝聚、絮凝，以改善其脱水性能。所以需要设置药剂溶解、配制、投加设备。2、物理调理法 物理调理是向被调理的污泥中投加不会产生化学反应的物质，如投加焚烧后的污泥，或者粉煤灰，作为污泥的“支架”结构，以降低或者改善污泥的可压缩性。物理调理主要采用的物质有：烟道灰、硅藻土、焚烧后的污泥灰、粉煤灰等，其中以烟道灰效果最好。3、热工调理法（1）热处理法 对污泥加热可加速粒子的热运动，提高粒子碰撞和结合的频率，达到粒子相互间的凝聚。同时污泥中的细胞体受热膨胀而破裂，释放出蛋白质和胶质、矿物质和细胞膜碎片。胶体结构被破坏，大量释放出内部结合水，产生脱水收缩作用。进而释放出的有机物在高温下受热水解、溶化，形成由可溶性聚缩氨酸、氨氮、挥发酸及碳水化合物组成的茶褐色液体。热调质效果取决于污泥的性质、温度和处理时间等条件。（2）冷冻法 冷冻熔解法是将含大量水分的污泥冷冻，使温度下降到凝固点以下，污泥开始冻结，然后加热熔解。污泥经过冷冻-熔解过程，由于温度发生大幅度变化，使胶体颗粒脱稳凝聚，颗粒由细变大，失去了毛细状态。12.6 污泥脱水污泥经浓缩和消化之后，其含水率仍在96左右，体积很大，不便于运输和使用，为了综合利用和最终处置，需要进一步脱水，提高泥饼的含固率，以减少污泥堆置的占地面积，污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要步骤或者环节。目的是使固体部分得到富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。其主要方法有自然干化法和机械脱水法两种。污泥的自然干化 图12-16 人工滤层干化场污泥的机械脱水 图12-18 滚压带式脱水机（对置滚压式）图12-19 滚压带式脱水机（水平滚压式）图12-20 离心脱水机图12-21 板框式压滤机图12-22 转鼓真空过滤机工艺流程图12-23 转鼓真空过滤机12.7污泥的干燥与焚烧污泥脱水干化后，体积仍较大，为了便于利用与处理，可以进一步作干燥处理或焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至20以下，体积可大大减小，便于运输、利用或最终处理。通过焚烧可将污泥中水分和有机杂质完全去除，并杀灭病原微生物。污泥干燥与焚烧各有专用设备，也可以在同一设备中进行。图12-24 回转圆筒式干燥器工艺流程12.7.污泥的干燥常用的污泥干燥设备有回转圆筒干燥机、急骤干燥器和带式干燥器。图12-25 急骤干燥器与焚烧炉图12-26 带式干燥器12.7.2污泥的焚烧设备污泥焚烧可分为两种：完全焚烧和湿式燃烧(即不完全使烧)。污泥所含水分被完全蒸发、有机物质被完全焚烧，焚烧的最终产物是CO2、H2O、N2等气体及焚烧灰称为完全焚烧。湿式燃烧不完全焚烧或称湿式氧化是经浓缩后的污泥(含水率约96)，在液态下加温加压、并压入压缩空气，使有机物被氧化去除，从而改变污泥结构与成分，脱水性能大大提高。湿式燃烧约有8090的有机物被氧化，故又称为不完全焚烧。图12-27 立式多段焚烧炉图12-28 流化床焚烧炉图12-29 逆流回转焚烧炉以上都是完全焚烧设备 湿式燃烧不完全焚烧设备 图12-30 湿式燃烧工艺流程12.8污泥的最终处置与利用 污泥的最终处置与利用主要有：作为农肥利用 污泥中含有丰富的氮、磷、有机质等，是良好的土壤改良剂 制化工原料 污泥经干化、脱水、干燥后，可采用低温裂解和高温干馏裂解的方法制取可燃气、焦油及苯酚、丙酮、甲醇等化工原料，所需的能量由产生的燃料燃烧提供，剩余能量以燃料形式回收。建筑材料利用 污泥可用作制砖、制纤维板材与灰渣水泥和混凝土。填地与填海造地 不符合利用条件的污泥或当地需要时，可利用脱水污泥填地或填海造地。投海 投海污泥最好是经过消化处理的污泥，而且投海地点必需远离海岸。管道输送或船运。图12-31 污泥堆肥一般工艺流程作为农肥利用图12-32 污泥高温干馏裂解工艺流程制化工原料