污泥的处理

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8.1.1污泥的分类，性质及性质指标V1W1100-P2C2V2W2100-P1C1V——体积；W——重量；P——含水率；C——固体物浓度（2）挥发性固体（灼烧减量）——有机物含量灰分（灼烧残渣）——无机物含量（3）可消化程度——表示污泥中可被消化降解的有机物数量（Rd）(%)Rd=[1-(PV2PS1)/(Pv1Ps2)]×100%PS1、Ps2生（熟）污泥的无机物含量，%；Pv1、PV2生（熟）污泥的有机物含量，%；===2、污泥的性质指标（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Vd=[(100-P1)/(100-Pd)]V1[(1-Pv1/100)+Pv1/100(1-Rd/100)]Vd----消化污泥l量，m3/dPd——消化污泥含水率（%）V1——生污泥量，m3/dP1-----生污泥含水率，%Pv1------生污泥有机物含量，%Rd---------可消化程度，%（4）湿污泥比重与干污泥比重湿污泥重量=污泥所含水分重量+干固体重量湿污泥比重（γ）=湿污泥重量/通体积的水重量=[P+(100-P)]/[P+(100-P)/γs]=100γs/[Pγs+(100-P)]干污泥比重（γs）=250/[100+1.5Pv]，泥中干固体物质平均比重湿污泥比重γ=25000/[250P+(100-P)(100+1.5Pv)]P----湿污泥含水率，%;Pv与γv，:干物质中有机物所占百分比及其比重；γf：无机物的比重。干固体中100/γs=Pv/γv+(100-Pv)/γf(浓缩池设计非常重要)（5）污泥肥分—（N、P、K）和微量元素，土壤改良（腐殖质）（6）污泥重金属离子含量——二级处理后，50%重金属存在污泥中，注意重金属离子不超标问题。初沉池污泥量V(m³/d)=100C0ηQ/10³(100-P)ρQ——污水流量(m³/d)η——去除率（%）C0——进水悬浮物浓度（mg/l）P——含水率ρ——沉淀污泥密度(kg/m³)剩余活性污泥量Qs=ΔX/fVrΔX——挥发性剩余污泥量（kg/d）干重f=SS/VSS=0.75Xr——回流污泥浓度（g/l）8.1.2污泥量及污水处理厂干固体物质平衡1、污泥量计算消化污泥量Vd=[(100-P1)/(100-Pd)]V1[(1-Pv1/100)+Pv1(1-Rd/100)/100]各符号的含义同上2、污水处理厂固体物质平衡X1=ΔX/r1[rg+r2r3(1-rg)]X1——进入浓缩池的固体物量ΔX——初沉池排泥的的SS量+二沉池中剩余污泥重的SS量r1、r2、r3——各构筑物固体回收率rg——悬浮物减量30%各构筑物的固体回收率浓缩池r1=90%消化池r2=80%脱水r3=95%沉砂池初次沉淀池二次沉淀池曝气池接触池贮泥池浓缩池一级硝化池机械脱水二级硝化池原污水悬浮物Ｘ0=100100+XR50101040XRX2’X2X3’X3X4’X4G50+XRX1=△X+XR=90+XR图8－1污水处理厂固体物质衡算图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〉30m³/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8.1.3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hf=6.82(L/D1.17)(v/CH)1.85hf——沿程损失（m）L——长度（m）D——管径CH——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=ξV²/2g(厂外主要沿程损失)厂内局部，距离短8.1.4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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8.2污泥浓缩连续式重力浓缩池间歇式重力浓缩池1、重力浓缩理论及连续式重力浓缩池的设计（1）重力浓缩理论①迪克（Dick）理论固体通量——单位时间内，通过单位面积的固体重量kg/m².h向下流固体通量（底流牵动通量）Gu=uCi，式中Ci——通过1’-1’断面的污泥固体浓度(kg/m³)；u——向下流流速(m/h)自重压密固体通量（固体舒流通量）Gi=ViCiVi为固体浓度为Ci时的界面沉速，当Ci500mg/l时，不会出现泥水分离，Cm形成泥水分离的最低沉速当u为定值时，Gu与Gi成直线关系8.2.1污泥重力浓缩重力浓缩池（重力浓缩构筑物）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A≥Q0C0/GLA——浓缩池面积Q0——入流污泥浓度m³/hC0——入固体浓度kg/hGL——极限固体通量kg/m².hCnCiC2C1H0t(min)ti0界面高度（cm）（a）图８—7静态浓缩实验GLCub3(Cu,CL)a’aCLCmu=5m/d210020030040001020304050固体通量（kg/m2d)固体浓度(kg/m3)（b）静态试验的方法——分析连续式重力浓缩池的方法前提：工作达到平衡——固体浓度Ci的断面位置是稳定的Q0C0=QuCu+QeCeGi=Vi/(1/Ci-1/Cu)Ai=Q0C0/Gi=Q0C0(1/Ci-1/Cu)/ViQ0、C0为已知数据Cu——要求达到的浓所污泥浓度Vi——可根据上述试验求得③肯奇理论（kunch）前提——物质颗粒群成层沉淀时，某层污泥的沉降速度，是该层颗粒污泥浓度的函数（固体浓度速度关系式）肯奇公式——Ci=C0H0/(Hi+Viti)Vi=(Hi’-Hi)tiCi——界面高度为Hi时的污泥固体浓度Hi——ti时的污泥界面速度②科伊——克里维什理论200Hi=400600Hi’=800H0=1000ti=20tctut∞C压缩点t0HcH∞H0HdH界面高度（cm）沉降时间t（min）图8－9肯奇沉降曲线00.10.50.60.40.20.3100700600500400300200800t∞=800H∞tcCtu=396Hu’=0.334Hu=0.27Hi’时间（min）界面高度（m）图8－10污泥沉降曲线05010015020025030035040051015202530354035505560Cu=55.30Ci=37.00C0=30.76tu=396沉淀时间t(min)污泥浓度(kg/m3)图8－11沉淀时间与固体浓度关系曲线Vi——ti时的界面沉速H0——试验开始时的污泥总高度（2）重力式连续浓缩池深度的设计压缩区高度Hs阻滞区与上清液高度池底坡超高排泥浓度是浓缩时间的函数，与污泥层厚度无关※压缩反高度的计算——柯伊克里什维法Hs=Q0C0tu(ρs-ρw)/ρs(ρm-ρw)AQ0C0——入流污泥固体重量(kg/h)tu——达到排泥浓度时所需要的浓缩时间ρs——污泥中固体物密度kg/m³ρm——污泥的平均密度kg/m³ρw——上清液的密度，取1000kg/m³浓缩池总深度（3）连续流重力浓缩池的基本构造与形式浓缩池必须同时满足：①上清液澄清②排出的污泥固体浓度达到设计值③固体回收率高——（浓缩污泥中固体的重量/原污泥固体物重量）×100%应大于95%垂直搅拌栅的应用①栅条后处可形成微小漩涡②有助于颗粒的絮凝——使颗粒变大——造成空穴——使空隙水与污泥接触紧密③浓缩效率可提高20%以上2、间歇式重力浓缩池原理同连续式8.2.2污泥气浮浓缩8.2.3污泥的其他浓缩池负荷问题（1）负荷过大——流入污泥量多，固体回收率低，效率差（2）负荷过小——池中停留时间长，厌氧分解，产生N2、CO2，污泥上浮，往往需要加氧气抑制自学氧化作用彻底、产生有还原性的有机物；C6H12O6→2CH3COCOOH+4(H)CH3COCOOH→2CO2+CH3CHO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+CO2→CH4+2H2O（1/3）CO2还原2CH3COOH→2CH4+2CO2（2/3）乙酸脱羧2、三段消化8.3污泥的厌氧消化8.3.1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、CO2、H2（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H2乙酸CH4水解与发酵4%76%20%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图8－21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：C2H3O2Na+2O2→NaHCO3+7H2O+CO2+848kj/mol在厌氧消化产甲烷据菌时：C2H3O2Na+2O2→NaHCO3+CH4+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=kSX/(Ks+S)-1dx/dt=Y(dS/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-18.3.2厌氧消化动力学1/θ=μ（细菌净化增殖速率）1/d1式代入2式得可降解的底物量(mg/l)S=Ks(1+bθc)/[θc(Yk-b)-1]8.3.3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）ΔT→+1.5℃-2.0℃ΔT2℃不影响消化作用2、生物固体停留时间（污泥龄）与负荷θc=Mr/Фe，Mr消化池内总生物量Фe=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/dS挥发性有机物负荷中温：0.6-1.5kg/m³.d高温：2.0-2.8kg/m³.d※投配率——