水质工程学第17章污泥处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,17,章,污泥的处理,17.1,污泥的来源、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、破坏环境，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,城市污水厂所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,以有机物为主要成分，含水率高，不易脱水，,胶状结构，亲水物质,沉渣,以无机物为主要成分，含水率低，易于脱水，,流动性差,（,2,）按来源不同分为：,初沉池污泥,生污泥 剩余活性污泥 新鲜污泥,腐殖污泥,消化污泥（熟污泥）,经好氧、或厌氧消化处理的污泥,化学污泥,用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物,（,1,）按成分不同分为,：,1,、污泥的分类与性质,17.1.1,污泥的分类，性质及性质指标,主要指标有：,1,、污泥的含水率：污泥中所含水分的重量与,污泥总重要之比的百分数，用,P,表示。,污泥体积、重量及所含固体物浓度之间关系为,-,含水率为,P,1,时污泥体积、重量与浓度,2,、挥发性固体和灰分,挥发性固体近似等于有机物含量，又称灼烧减量,2.,表示污泥性质的指标,灰分表示无机物含量,又称灼烧残渣,.,3,、可消化程度,表示污泥中可被消化降解的有机物数量。,4,、泥比重与干污泥比重：,湿污泥比重等于湿污泥,量与同体积,的水重量,之比值。,5,、污泥肥分,6,、污泥重量金属离子含量，它决定污泥能,否,作,为,肥料农用。,输送的目的地很稳定,污泥的流动性很好，含水率较高,所含油脂成分较少,污泥的腐蚀性低,污泥的流量较大,30m/h,重力管道,坡度,0.01-0.02,，,d,不小于,200mm,驳船,适用于不同的含水率的污泥,2,、污泥输送设备,（,1,）隔膜泵,（,2,）螺旋泵等,17.1.2,污泥的输送,1,、管道输送,固体浓度高，污泥流动呈塑性或半塑性；,层流时，阻力很大设计时，要用大流速，处于紊流状态时，下临界速度,1.1m/s,，上临界速度,1.4m/s,；,污泥管道的最小设计流速,1.0-2.0m/s,。,2,、,压力输送管道的沿程水头损失,哈森,紊流公式,h,f,=6.82(L/D,1.17,)(v/C,H,),1.85,h,f,沿程损失（,m,）,L,长度（,m,）,D,管径,C,H,哈森系数，由污泥浓度决定,3,、压力输送管的局部水头损失,hi=V/2g (,厂外主要沿程损失,),厂内局部，距离短,17.1.3,污泥流动的水力特性，水力计算,1,、污泥流动的水力特征,含水率,99%,的状态,，,属于牛顿流体，流动的特性接近水流,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,重力法,气浮法,离心法,17.2,污泥浓缩,初沉池污泥含水率：,95-97%,剩余污泥含水率：达,99%,以上,浓缩池的目的,:,减容,颗粒间隙水,70%,污泥的水分,毛细水（颗粒间毛细内的水）,20%,污泥颗粒吸附水和颗粒内部水,10%,降低含水率的方法,浓缩法：降低污泥中的间隙水,（浓缩是为了减容）,脱水和自然干化法：脱去毛细水,干燥与焚烧法：吸附水和内部水,17.2.1,污泥重力浓缩法,其构筑物称重力浓缩池。,分类：,连续式重力浓缩池,间歇式重力浓缩池,(1),连续,式重力浓缩池,多采用辐流式,刮泥机上装有垂直搅动栅，其作用：转动时，在每条栅条后面，形成 微小涡流，有助于颗粒间的絮凝，使颗粒逐渐变大，并造成空，是污泥颗粒的空隙水与气泡逸出，可浓缩作用。,设计：,式中,:Q-,入流污泥量,(m,3,/h),C,0,-,入流污泥固体浓度,(kg/m,3,),G,L,-,极限固体通量,(kg/m,2,h),其主要设计参数是固体通量：单位时间内通过面积的固体重量。,（,2,）,间歇式重力浓缩池,特点：,a,、多采用竖流式,b,、在浓缩池深度方向的不同高度设上消夜排放管。,c,、运行时，应先排除地内上的情况，滕出池容，再投入待浓缩的污泥。浓缩时间一般采用,8,12h,。,17.2.2,污泥气浮浓缩,适用于污泥颗粒比重接近于,1,的活性污泥,工艺流程：,原,理：,在加压情况下，将空气溶解在澄清水中，在浓缩池中降至常压后，所溶解空气即可变成微小气泡，从汇体中释放出来，大量微小气泡附着在污泥颗粒周围，使污泥颗粒比重 减小而被强制上浮，达到浓缩目的。,17.2.,3,压滤,脱水,设备：板框压滤机,原理：在过滤介质一面加压作为推动力,而脱水,，适用于各种污泥。,17.2.,4,滚压脱水,设备：滚压带式过滤机,原理：同压滤脱水。,17.2.5,离心脱水,设备：转筒式离心机,兰州市安宁污水厂泥水分离机,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,17.3,污泥的稳定,氧化作用彻底、产生有还原性的有机物；,C,6,H,12,O,6,2CH,3,COCOOH+4(H),CH,3,COCOOH2CO,2,+CH,3,CHO,碳水化合物（脂肪、蛋白质）在,水解发酵菌,作用,下糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；,脂肪酸在,产氢产乙酸菌,作用下,H,2,、,CO,2,、乙 酸；,两组生理不同的,产甲烷菌,，有共同的产物,4H,2,+CO,2,CH,4,+2H,2,O,（,1/3,）,CO,2,还原,2CH,3,COOH2CH,4,+2CO,2,（,2/3,）乙酸脱羧,2,、,三段消化,17.3.1,污泥的厌氧消化,17.3.1.1,厌氧消化的机理,1、两段消化,酸性发酵阶段,脂肪酸；稳定发酵阶段,甲烷和,CO2,发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。,3,、参与厌氧消化的微生物,（,1,）第一阶段,细菌、原生生物和真菌微絮凝、发酵细菌,纤维素分解菌,最重要的一步；产物,CO2,，,H2,，已醇；,碳水化合物分解菌,丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；,蛋白质水解,-,生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）,脂肪分解菌脂肪酸（弧菌生化絮凝）,（,2,）,第二阶段,产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌，产物：乙酸、甲烷、,CO,2,、,H,2,（,3,）第三阶段,产甲烷菌，产物为甲烷,产甲烷阶段,细胞的增殖很少，（消化系统中的甲烷细菌已不繁殖，数量少，消化时间长）,食物不足的情况下生长的,复杂有机物,较高级有机酸,H,2,乙酸,CH,4,水解与发酵,4%,76%,20%,24%,52%,28%,72%,生成甲烷,生成乙酸与脱氢,第一阶段,第二阶段,第三阶段,有机物厌氧消化模式图,4,、,特征,厌氧消化,产生的能量仅为好氧消化,1/20-1/30,产甲烷阶段的反应方程,在好氧菌作用下：,C,2,H,3,O,2,Na+2O,2,NaHCO,3,+7H,2,O+CO,2,+848kj/mol,在厌氧消化产甲烷据菌时：,C,2,H,3,O,2,Na+2O,2,NaHCO,3,+CH,4,+29.3kj/mol,甲烷阶段厌氧消化速率控制因素，因此，厌氧消化动力学是以该阶段作为基础作为基础建立的,-,dS/dt,=,kS,X,/(Ks+S,)-1,dx/dt=Y(d,S,/dt)-bX -2,-,dS/dt,底物去除速率，质量,/,体积,.,时间；,k,单位质量底物的最大利用速率，质量,/,细菌质量；,S,可降解的底物，质量,/,体积；,Ks,半速度常数，质量,/,底物体积，即在生长速率等于最,大生长速率,1/2,时的底物浓度；,X,细菌浓度，质量,/,体积；,dx/dt,细菌增长速率，质量,/,体积,时间；,Y,细菌产率，细菌质量,/,底物质量；,b,细菌衰亡速率系数，,d,-1,17.3.1.2,厌氧消化动力学,1/=,（细菌净化增殖速率）,1/d,1,式代入,2,式得,可降解的底物量,(mg/l),S=Ks(1+b,c,)/,c,(Yk-b)-1,17.3.3,厌氧消化的影响因素,以甲烷菌的影响为主,1,、温度因素,（,1,）中温（,30-36,）,（,2,）高温（,50-53,）,（,3,）消化时间（产气量达到总量的,90%,所需时间）,T+1.5-2.0,T 2,不影响消化作用,2,、生物固体停留时间（污泥龄）与负荷,c,=,Mr/e,，,Mr,消化池内总生物量,e=Me/t,消化池每日排出的生物量；,t,排泥时间,有机物降解程度是污泥龄的函数，而不是进水有机物的函,数。,容积设计,V=Sv/S,，,Sv,新鲜污泥中挥发有机物重量,kg/d,S,挥发性有机物负荷 中温：,0.6-1.5kg/m.d,高温：,2.0-2.8kg/m.d,投配率,每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数,城市污水 中温消化（,5-8%,）相应的消化时间为,1/,（,5%,）,-1/,（,8%,）,=20-12.5d,，,高温消化（,10-16%,）（要求产气量，在下限，处理,污泥在上限）,3,、搅拌和混合,搅拌作用,新鲜污泥与熟污泥加速热传导均匀底物供,给打碎液面上的浮渣层提高消化池的负荷消化活跃状态,搅拌与不搅拌：产气量增加,30%,方法：泵,+,水射器,消化气循环,混合搅拌法,4,、营养物与,C/N,比,C,5,H,7,NO,3,即,C/N=5,：,1,，,C/N=,（,10-20,）：,1,C/N,高，细胞的氮不足，缓冲能力下降，,PH,下降,C/N,低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化,初沉池污泥：,9-10,：,1,勃别尔研究，确定各种污泥的,C/N,活性污泥：,4.6-5.0,：,1,混合污泥：,6.8-7.5,：,1,5,、氮的守恒与转化,消化系统的硝酸盐氮都将被还原成氮气而存在于消化气中，,细胞的增殖很少，很少的氮转化为细胞,消化液中的氮的浓度都高于进入消化池的原污泥,6,、有毒物质,毒阈浓度：例如：重金属,Cu,2+,、,Hg,2+,10,-5,-10,-3,mol/l,（,1,）重金属对甲烷消化的抑制,与酶结合，使酶的作用消失,RSH+Me,+,RSMe+H,+,Me,及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀,（,2,）,阴离子的毒害作用,S,2-,的毒害作用,来源：无机,SO,4,2-,的还原,SO,3,2-,+6H,+,S,2-,+H,2,O,SO,4,2-,+8H,+,S,2-,+H,2,O,蛋白质释放,S,2-,毒性硫化物（抑制浓度,100mg/l,）,Me,少过多的,H,2,S,释放，对管道腐蚀性很强，降低产气量,（,3,）氨的毒害,NH,4,+,150mg/l,时，毒害，消化受到抑制。,7,、,酸、碱度、,pH,值对消化夜的缓冲作用,（,1,）水解与发酵菌,5-6.5,产氢产乙酸菌,5-6.5,产甲烷菌,6.6-7.5,（,2,）缓冲剂,CO,2,和,NH,3,（,NH,3,、,NH,4,+,）,H,+,+HCO,3,-,H,2,CO,3,组成缓冲液,电离常数：,K,+,=H,+,HCO,3,-,/H,2,CO,3,PH=-lgK+lg(HCO,3,-,/CH,2,CO,3,),消化系统应保持,2000mg/l,的碱度，防止,pH,下降，缓冲能力 弱，,脂肪酸是甲烷发酵的产物，其浓度在,2000mgl,左右；,（,3,）碱度的调整,A=T-0.833C,A,短少或过量的碱度，以,CaCO3,计,+,指表示碱度充足，其绝对值为游离酸数量,-,表示碱度不足,C,总有机酸，以乙酸计,T,总碱度，以碳酸钙计,0.833,为碳酸钙与乙酸的当量的比值,如果碱度不足投熟石灰，无水氨，或碳酸氨调节,N=0.00098AEV,N,所需要投加的碱量,E,所用碱的当量与碳酸钙的当量的比值,V,消化池的有效容积,0.00098,，单位搅拌数值,投加碱后与酸的反应,Ca(OH),2,+2CO,2,Ca(HCO,3,),2,Ca(HCO,3,),2,+2CH,3,COOH(CH,3,COO)2Ca+2HO+2CO,2,(CH,3,COO)2Ca+2H,2,O2CH