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,Water Quality Engineering 水质工程学B,第23章 污泥处理、处置与利用,1,Company Logo,第23章 污泥处理、处置与利用,23.1 概述 23.2 污泥的分类、性质及计算 23.3 污泥浓缩 23.4 污泥的厌氧消化 23.5 污泥的好氧消化 23.6 污泥的调理 23.7 污泥的干化与脱水 23.8 污泥的干燥与焚化 23.9 污泥的有效利用与最终处理,环境与市工程系 给水排水工程教研室,2,Company Logo,23.1 概述 污泥的量：约占处理水量的0.51左右(以含水率为97计) 污泥中的物质： 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(如植物营养原素氮、磷、钾、有机物及水分等)。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,3,23.1.1污泥处理与处置的目的,污泥处理与处置采用适当的技术措施，使污泥及时得到再利用或以某种不损害环境的方式重新返回到大自然中。 污泥处理：改变污泥性质、对其进行稳定化处理的全过程 包括：浓缩、脱水、厌氧消化、好氧消化、堆肥、干化和焚烧等 污泥 污泥处置：安排污泥的出路，对污泥的最终消纳。 污泥最终处置方法包括： 作为肥料施用于农田、森林、草地或沙漠改良； 填地或投海； 作为能源或建材； 焚烧等。,4,23.1.1污泥处理与处置的目的,（1）降低污泥的含水率，使其体积减量化，便于后续处理、输送和处置； （2）稳定污泥的有机物，使其不易腐化发臭； 污泥中有机物约占50%-70%，稳定化的方法：消化和添加化学抑制剂 （3）杀灭病原微生物和寄生虫卵等，使其无害化 除此之外还要考虑重金属例子及有毒有害物质的处理，以免造成二次污染 （4）使污泥中的有用成分得到资源化利用。,5,23.1.2污泥处理的基本方法,（1）浓缩： 利用重力沉降或气浮的方法尽可能多的分离污泥中的水分。 浓缩后污泥体积大大缩小，但是污泥仍呈现液态，进一步降低含水率的方法是脱水，可使污泥由液态变为固态。 （2）稳定： 1）利用生物厌氧消化或是好氧消化将污泥中的有机固体转化为其他惰性物质 2）采用消毒方法，暂时抑制微生物的代谢避免产生臭气。 3）采用热处理法，既可以杀死微生物以稳定污泥，还能破坏污泥颗粒间的性能，改善污泥的脱水性能。,6,23.1.2污水处理的基本方法,（3）调理： 通过加热或是投加化学药剂，使污泥中的水分易于分离，改善其脱水性能。 （4）脱水： 1）利用真空过滤、加压过滤或干燥的方法使污泥中的水分进一步分离，减少污泥体积，降低储运成本 2）利用焚化等方法将污泥固体物质转化为更加稳定的物质,7,23.1.3污泥处理与处置的基本的工艺流程,Company Logo,污泥处理方案主要有： (1)生污泥浓缩消化自然干化最终处置 (2)生污泥浓缩消化机械脱水最终处置 (3)生污泥浓缩消化最终处置 (4)生污泥浓缩自然干化堆肥最终处置 (5)生污泥浓缩机械脱水干燥焚烧最终处置,环境与市工程系 给水排水工程教研室,8,23.1.3污泥处理与处置的基本的工艺流程,Company Logo,第(1)、(2)、(3)方案，以消化处理为主体，消化过程产生的生物能即沼气(或称消化气、污泥气)，可作为能源利用，如用作燃料或发电； 第(4) 方案是以堆肥，农用为主，当污泥符合农用肥料条件及附近有农、林、牧或蔬菜基地时可考虑采用； 第(5)方案是以干燥焚烧为主，当污泥不适于进行消化处理、或不符合农用条件，或受污水处理厂用地面积的限制等地区可考虑采用。焚烧产生的热能，可作为能源。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,9,23.1.3污泥处理与处置的基本的工艺流程,Company Logo,污泥处理方案的选择，应根据污泥的性质与数量；投资情况与运行管理费用；环境保护要求及有关法律与法规；城市农业发展情况及当地气候条件等情况，综合考虑后选定。 在城市污水处理厂中，污泥处理是保证污水处理过程正常运行的重要工艺过程。虽然污泥量比污水量少的多，但是污泥处理系统运行管理复杂，因此工程投资和运行费用较高，其建设费用约占污水处理厂总投资的20%-50%。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,10,Company Logo,23.2 污泥的分类、性质及计算 23.2.1污泥的分类与性质 污水处理过程中产生的各种含水率不同的废弃物的统称。 (1)按成分不同分为： 污泥-以有机物为主要成分。易于腐化发臭，颗粒较细，比重较小(约为 1.02l.006)，含水率高,不易脱水，胶状结构,亲水物质。 如：初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。 沉渣-以无机物为主要成分：颗粒较粗，比重较大(约为2左右)，含水率 较低,易于脱水，流动性差。 如：以下四种为沉渣： 栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置； 浮渣：上浮渣和气浮渣，可能多含油脂等，量少； 沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少； 某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,11,23.2.1污泥的分类与性质,Company Logo,(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。 注：以上3种污泥可统称为生污泥或新鲜污泥，这是污泥处理的主要对象 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。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,12,Company Logo,23.2.2污泥的性质指标,1、污泥水分 （1）空隙水：也称游离水，污泥颗粒间隙中的水，占污泥总水分的 70%。 一般可以借助外力与泥粒分离。 （2）毛细水：存在于污泥颗粒间的毛细管中，占污泥总水分的20%， 也可通过物理方法脱除。 （3）内部水：粘附于污泥表面的附着水和存在于其内部的内部水， 占污泥总水分的10%，只有通过污泥干化才能部分分离。,（1）污泥含水率污泥中水分的重量与污泥总重量之比的百分数,环境与市工程系 给水排水工程教研室,13,14,各种水分去除方法,15,Company Logo,（2）脱水性能 污泥过滤是污泥常用的脱水方法，因此污泥脱水性能的衡量常着眼于污泥过滤的难易程度，即滤速的快慢。常用来衡量脱水性能的指标有 比阻抗值：单位干重滤饼的阻力，比阻抗值越大的污泥，越难过滤。脱水性能也越差。 毛细吸水时间（CST）：污泥与滤纸接触时，在毛细管的 作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间。CST越大，污泥的脱水性能越差。 （3）挥发性固体:是指污泥中在600燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。通常用来表示污泥中的有机物含量。常用mg/L来表示，有时也用百分比来表示。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,16,Company Logo,(4)湿污泥相对密度与干污泥相对密度 湿污泥重量=污泥所含水分重量+干固体重量。 水的相对密度为1，所以湿污泥的相对密度可用下式计算：,p-湿污泥含水率，； S-污泥中干固体物质平均相对密度，即干污泥相对密度 确定湿污泥密度对浓缩池的设计、污泥输送及后续处理都有实用价值。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,17,Company Logo,(5)污泥肥分 污泥中含有大量植物生长所必需的肥分(氮、磷、钾)、微量元素及土壤改良剂(有机腐殖质)。我国城市污水处理厂各种污泥所含肥分见下表。,我国城市污水处理厂污泥肥份表,环境与市工程系 给水排水工程教研室,18,Company Logo,(6)污泥重金属离子含量 污泥中重金属离子含量，取决于城市污水中工业废水所占比例及工业性质。 污水经二级处理后，污水中重金属离子约有50以上转移到污泥中。因此污泥中的重金属离子含量一般都较高。 故当污泥作为肥料使用时，要注意重金属离子含量是否超过我国农林业部规定的农用污泥标准。 下表列举我国城市污水处理厂污泥中重金属含量的范围。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,19,Company Logo,我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量(mg/Kg),环境与市工程系 给水排水工程教研室,20,Company Logo,（1）污泥量计算 初次沉淀污泥量 ，用下式计算： 式中：V -初次沉淀污泥量，m3d； Q -污水流量； m3 /d； ：去除率，； C0：进水悬浮物浓度，mg/L； p：污泥含水率，； ：沉淀污泥密度，以1000kgm3计。 注：上式适用于初次沉淀池； 二次沉淀池的污泥量也可近似地按该式计算，以80计。,23.2.3 污泥量、污泥的水力特性及输送的计算,环境与市工程系 给水排水工程教研室,21,Company Logo,剩余活性污泥量还可用用下式进行计算， 式中：Y污泥的产率系数，一般采用0.5-0.6； Kd-内源代谢的系数 So曝气池入流的BOD5，kg/m3 Se-二沉池出流的BOD5，kg/m3 Xv-曝气池中的平均VSS浓度,kg/m3,环境与市工程系 给水排水工程教研室,22,Company Logo,污泥输送的方法 管道(压力管道或重力管道) 卡车 驳船 以及它们的组合方法。 污泥输送设备 隔膜泵：无叶轮，流量脉动不稳定，仅适用于小流量污泥。 旋转螺栓泵； 螺旋泵：仅能提升有限的高度，不能加压 多级柱塞泵：用于长距离输送污泥,（2）污泥的输送,环境与市工程系 给水排水工程教研室,23,Company Logo,（3）污泥流动的水力特性与水力计算,污泥流动的水力特征 含水率99%，属于牛顿流体，流动的特性接近水流 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，使污泥处于紊流状态时 污泥压力管道的最小设计流速1.0-2.0m/s。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,24,（3）污泥流动的水力特性与水力计算,Company Logo,压力输送管道的沿程水头损失 海曾威廉(Hazen Williams)紊流公式 式中：hf-沿程损失（m） L-长度（m） D-管径 CH-哈森系数，由污泥浓度决定，可查表 压力输送管的局部水头损失 式中：hi-局部阻力水头损失，m； -局部阻力系数，见教材表23-6 V -管内污泥流速，ms； G-重力加速度9.8 ms2。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,25,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,26,Company Logo,不同脱水方法及脱水效果表,环境与市工程系 给水排水工程教研室,27,Company Logo,23.3.1 重力浓缩法,环境与市工程系 给水排水工程教研室,28,1 重力浓缩理论-迪克(Dick)理论,Company Logo,固体通量： 单位时间内，通过单位面积的固体重量kg/m.h 浓缩池任一断面的固体通量由两部分组成： 向下流固体通量（底部连续排泥造成） Gu=uCi， 式中：Ci通过i-i断面的污泥固体浓度(kg/m)； u向下流流速(m/h) 自重压密固体通量（污泥自重压密）： Gi=ViCi 式中： Vi 固体浓度为Ci时的界面沉速， 当Ci500mg/l 时，不会出现泥水分离， 当u为定值时，Gu与Ci成直线关系,环境与市工程系 给水排水工程教研室,29,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,30,Company Logo,总固体通量 G=Gu+Gi=uCi+ViCi=Ci(u+Vi) 极限固体浓度（CL）固体浓度大于CL，通不过此界面 极限固体通量（GL）在浓缩池的深度方向，必存在一 个控制断面，这个控制断面的固 体通量最小。 浓缩池的设计断面面积 AQ0C0/GL A浓缩池面积 Q0入流污泥量，m/h C0入固体浓度kg/m GL极限固体通量kg/m.h,环境与市工程系 给水排水工程教研室,31,Company Logo,2、重力浓缩池,环境与市工程系 给水排水工程教研室,有效水深一般采用4m,32,Company Logo,23.4.2气浮浓缩池,主要适用于密度接近于1、疏水的污泥，或容易发生膨胀的污泥， 一般多采用的是压力溶气气浮法。 组成：加压溶气设备和气浮分离设备,环境与市工程系 给水排水工程教研室,33,Company Logo,污泥稳定最常用的方法 23.4.1 厌氧消化的机理,23.4 污泥的厌氧消化,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H2、CO2、乙酸； 两组生理不同的产甲烷菌，有共同的产物 4H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原 2CH3COOH2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脱羧,三段 消化,环境与市工程系 给水排水工程教研室,34,Company Logo,有机物厌氧消化模式图,环境与市工程系 给水排水工程教研室,35,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,36,Company Logo,中温或高温厌氧消化允许的温度变动范围为： 1.52.0， 当有3.0的变化时，抑制消化速率， 有5.0的急剧变化时，停止产气，最终导致有机酸 大量积累而破坏厌氧消化。 中温消化：与人体温度接近，对寄生虫卵及大肠菌的杀灭 率较低； 高温消化：对寄生虫卵的杀灭率可达99%，产气量高，能满 足卫生要求。 消化时间：产气量达到总量的90%所需时间 中温消化：20-30d 高温消化：10-15d,环境与市工程系 给水排水工程教研室,37,Company Logo,(2) 生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 c=Mr/e， c-污泥龄，d; Mr-消化池内总生物量,kg; e-消化池每日排出的生物量,kg； 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。因此，要获得稳定的处理效果就要保持较长的污泥龄。所以消化池的设计应按有机负荷、污泥龄或污泥在消化池内的停时间设计。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,38,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,39,Company Logo,(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：螺旋桨； 鼓风机； 射流器抽吸污泥,环境与市工程系 给水排水工程教研室,40,Company Logo,(4) 有毒物质 毒阈浓度：例如：重金属Cu2+、Hg2+：10-5-10-3mol/l 低于毒阈浓度：对甲烷菌的生长有促进作用； 在毒阈浓度范围内：对甲烷菌的生长有中等抑制作用； 超过毒阈浓度上限：对甲烷菌的生长有强烈抑制作用。 1）重金属对甲烷消化的抑制 与酶结合，产生变性物质，使酶的作用消失 重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀 2）阴离子的毒害作用，主要是S2-的毒害作用 S2-的来源：由无机硫酸盐还原而来； 由蛋白质分解释放出S2- S2-的有害方面(抑制浓度100mg/l)： 若重金属离子较少消化液中过多的H2S释放到消化气中降低消化气质量、降低产气量、腐蚀管道 3）氨的毒害 NH4+150mg/l时，毒害，消化受到抑制。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,41,Company Logo,(5) 酸、碱度、pH值对消化夜的缓冲作用 1）水解与发酵菌：pH5-6.5 产氢产乙酸菌: pH5-6.5 产甲烷菌: pH7.0-7.3 如果1、2阶段速率超过第3阶段，则pH会降低，影响第3阶段的反应，但是消化液中存在的缓冲剂可避免这种情况。 2）在有机物分解过程中产生的缓冲剂： CO2和NH3（NH3、NH4+） H+HCO3-H2CO3组成缓冲液 NH4+一般是以NH4HCO3形式存在。 消化系统保持2000mg/L以上的碱度，可以使其有足够的缓冲能力，以有效防止pH下降。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,42,Company Logo,我国某污水处理厂,环境与市工程系 给水排水工程教研室,43,Company Logo,德国柏林某污水处理厂,环境与市工程系 给水排水工程教研室,44,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,45,Company Logo,2)沼气的收集与贮存设备 产气量与用气量常常不平衡，所以须设贮气柜调节。泄气从集气罩通过沿气管输送至贮气柜。 贮气柜有低压浮盖式与高压球形罐两种 贮气柜的容积一般按平均日产气量的2540，即610h的平均产气量计算。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,46,Company Logo,3)搅拌没备 搅拌的目的是使池内污泥温度与浓度均匀，防止污泥分层或形成浮渣层，缓冲池内碱度，从而提高污泥分解速度。当消化池内各处污泥浓度相差不超过10时，被认为混合均匀。 消化池的搅拌方法有沼气搅拌，泵加水射器搅拌及联合搅拌等3种 可用连续搅拌；也可用间歇搅拌，在510h内将全池污泥搅拌一次。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,47,Company Logo,(3) 两相厌氧消化-依据消化机理设计 目的：由于消化各阶段的菌种对环境的要求、消化速度及消 化产物都不同，造成运行管理的不便，故考虑为厌氧 消化三阶段的各自菌种创造适宜自身生长繁殖的环 境。即将适合第1、2阶段的消化菌与第3阶段的消化 菌分开在两个不同的厌氧消化池中，使各自都有最佳 环境。 特点：池容积小、加温与搅拌能耗少，运行管理方便， 消化更彻底。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,48,(3) 两相厌氧消化,两相厌氧消化工艺的基本工艺流程如下图所示。,产 酸 相,产 甲 烷 相,出 水,进 水,49,Company Logo,(3) 两级厌氧消化 第一级消化池：有加温、有搅拌设备，并有集气罩收 集沼气。 第二级消化池：没有加温、没有搅拌、依靠余热继续 消化，消化温度 约为2026 ，产气量约为20%，可收集或不收集，由于不搅拌，所以兼有浓缩的功能。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,50,Company Logo,23.5 污泥的好氧消化 厌氧消化运行管理要求高，消化池需密闭，池容大，池数多。因此，当污泥量不大时，可采用好氧消化。 适用于：中小污水厂(人口当量小于5000人，常用8万吨/d) 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 污泥中的微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化，自由产酸。 机理： C5H7NO2+7O25CO2+3H2O+H+NO3- 113 224 氧化1Kg细胞质需氧约为2Kg； H+上升，pH将降低，为使PH值维持在7左右，需要有足够的碱度； 池内DO值2mg/l; 充分搅拌； 污泥含水率在95%左右，以便于搅拌,环境与市工程系 给水排水工程教研室,51,好氧消化的特点,Company Logo,优点：可生物降解有机物的降解程度高； 上清液的BOD浓度低； 消化污泥量少，无臭，稳定，易脱水处置方便； 消化污泥的肥分高，易被植物吸收。 消化池运行管理简单，构筑物费用低。 缺点：能耗高； 不能回收沼气； 由于好氧消化过程中不加热，所以分解程度随温度 变化大； 消化后的污泥进行重力浓缩时，上清液SS浓度高；,环境与市工程系 给水排水工程教研室,52,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,53,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,54,Company Logo,2、调理剂投加量的确定 根据实验确定，一般城市污水处理厂三氯化铁投加量为5%-10%，聚合氯化铝的投加量为1%-3%，阴离子聚丙烯酰胺为0.1%-0.3% 3、调理效果的影响因素 污泥性质；剩余活性污泥耗药量最多 调理剂的品种；一般有机物越多越适合阳离子有机高分子调理剂 环境条件：水温，要在10以上， pH，主要影响无机调理剂 污泥与调理剂的混合。 调理效果会随着时间而降低，因此调理好应尽快进入脱水机,环境与市工程系 给水排水工程教研室,55,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,56,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,57,污泥干化床,58,59,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,60,2、污泥脱水性能的评价指标,1. 比阻抗值r,当p为常数值时，可积分并整理成为下式：,由此：,比阻抗值的物理意义是单位干重滤饼的阻力，比阻抗值越大的污泥，越难过滤，其脱水性能也差。,t/V与V呈直线关系，其斜率为：,61,2. 毛细吸水时间(CST),其值等于污泥与滤纸接触时，在毛细管的作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间，以秒计。,CST值测定装置示意图,62,三、 污泥的机械脱水及其设备,1. 带式压滤机,带式压滤机工艺的开发成功的关键是滤带的开发，是合成有机聚合物发展的结果。,63,带式压滤机,64,(1) 带式压滤机的构造:,65,66,67,68,(2) 带式压滤机的选用:,通常根据带式压滤机生产能力、污泥量来确定所需滤机宽度和台数(一般不少于2台)，并需绘制脱水车间设备布置图。,2. 污泥离心脱水和转筒式离心机,污泥离心脱水的原理与离心分离、离心浓缩相同，即利用转动使污泥中的固体和液体分离。,(1) 转筒式离心机的构造和脱水过程:,69,转筒式离心机构造图,70,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,71,卧螺离心脱水机,72,污泥离心脱水机,73,脱水后的干泥,74,滤板、滤框和滤布,3. 板框压滤机,75,工作原理：利用过滤介质（常用为涤纶布）二面压力差为推动力，水被强制通过介质，污泥截留在介质表面。,76,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,77,板框压滤机,78,箱式板框压滤机,79,80,81,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,82,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,83,Company Logo,污泥经焚烧后，含水率可降为0%。 污泥在焚烧前应有效地脱水干燥。 焚烧所需热量依靠污泥自身所含有机物的燃烧热值或辅助燃料。如果采用污泥焚烧工艺时，则前处理不必用污泥消化或其他稳定处理以免由于有机物质减少而降低的泥的燃烧热值。 污泥焚烧设备：主要设备有回转焚烧炉、立式多段炉及流化床焚烧炉。,环境与市工程系 给水排水工程教研室,84,Company Logo,85,Company Logo,环境与市工程系 给水排水工程教研室,86,
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