污泥处理和处置

100第二十章污泥处理和处置污泥处理与处置问题是污水处理过程中产生的新问题。因为首先污泥中含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等，它将对周围环境产生不利影响；其次污泥量大，其数量约占处理水量的0.3％～0.5％左右(体积)，如进行深度处理，其污泥量还可能增加0.5～1.0倍。对一个污水处理厂而言，它的全部基建费用中，用于处理污泥的约占20％～50％，甚至70%，所以污泥处理与处置是污水处理系统的重要组成部分，必须予以充分重视。只有对这些污泥进行及时处理和处置，才能：(1)确保污水处理效果，防止二次污染；(2)使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；(3)使有毒有害物质得到妥善处理或利用；(4)使有用物质得到综合利用，变害为利。总之，污泥处理与处置的目的是减量、稳定、无害化及综合利用。图20-1污泥处理与处置流程§20-1概述一、污泥的分类与性质1、按污泥所含主要成分不同分为：有机污泥和无机污泥。①有机污泥：常称为污泥，主要成分是有机物，是处理有机废水的产物。有机污泥中常含有肥料成分，但某些工业废水污泥中可能含有有毒物质，而生活污水、肉类加工等废水污泥中又含有病原微生物和寄生虫卵等。②无机污泥也会含有有毒有害物质和一定量的有机污染物，所以也应进行适当处理。2、按废水处理工艺的不同，分为：①栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置；②浮渣：上浮渣和气浮池，可能多含油脂等，量少；③沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少；④初沉污泥：来自初沉池，其性质随废水的成分而异，是污泥处理的主要对象，含水率95％~97%；101⑤腐殖污泥和剩余活性污泥：分别来自生物膜法和活性污泥法后的二沉池的污泥，其含水率分别为97％、99.2％~99.6%；特征：含有机物质，含水率高，易腐化发臭，难脱水，是污泥处理的主要对象；⑥消化污泥：生污泥(初沉池、腐殖污泥、剩余活性污泥)经厌氧消化处理后产生的污泥，含水率97%；⑦化学污泥：用混凝、化学沉淀等化学方法处理废水所产生的污泥。二、污泥性质参数1、含水率p污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比为污泥含水率。污泥含水率一般都很高，密度接近于水。污泥含水率对污泥特性有重要影响。不同污泥，含水率差别很大。污泥体积、重量及所含固体物浓度之间的关系，可用下式表示：122121100100ppWWVV(20-1)式中：V1，W1，p1——污泥含水率为p1％时的污泥体积、重量与固体物浓度；V2，W2，p2——污泥含水率为p2％时的污泥体积、重量与固体物浓度。由式(20-1)可知，当污泥含水率由99％降到98％时，或由98％降到96％，或由97％降到94％，污泥体积均能减少一半。也即：污泥含水率越高，降低污泥的含水率对减容的作用则越大。式(20-1)适用于含水率大于65％的污泥。(因含水率低于65%以后，污泥内出现很多气泡，体积与重量不再符合式(20-1)关系)。不同含水率下的污泥状态如表20-1所示。表20-1污泥含水率及其状态含水率污泥状态90%以上几乎为液体80%~90%粥状物70%~80%柔软状60%~70%几乎为固体50%黏土状2、挥发性固体和灰分挥发性固体又称灼烧减重，近似地等于有机物含量；灰分又称灼烧残渣，表示无机物含量。3、污泥的相对密度/湿污泥比重污泥的相对密度等于污泥重量与同体积的水重量之比值。由于水的相对密度为1，所以污泥的相对密度γ可用下式表示：)100(100100)100(ppppppsss(20-2)式中：γ——污泥的相对密度；102p——污泥含水率，%；γs——污泥中干固体平均相对密度。干固体包括有机物(即挥发性固体)和无机物(即灰分)2种成分，其中有机物所占百分比及其相对密度分别用pv、γv表示，无机物的相对密度用γa表示，则污泥中干固体平均相对密度γs可用下式计算：avvvspp100100(20-3)即)(100100vavvvasp(20-4)有机物相对密度一般等于1，无机物相对密度约为2.5～2.65，若以2.5计，则式(20-4)可简化为：vsp5.1100250(20-5)将式(20-5)代入式(20-2)得污泥相对密度的最终计算式：)5.1100)(100(25025000vppp(20-6)确定污泥相对密度和污泥中干固体相对密度，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值。城市污水厂的污泥量、污泥含水率p和相对密度γ的经验数据列于表20-2。表20-2城市污水厂的污泥量、污泥含水率和相对密度污泥种类污泥量/(L/m3)含水率/%相对密度/(kg/L)沉砂池的沉砂0.03601.5初沉池污泥14～2595～97.51.015～1.02二沉池污泥生物膜法7～1996～981.02活性污泥法10～2199.2～99.61.005～1.0084、污泥的脱水性能污泥的脱水性能常用2个指标来评价。(1)污泥过滤比阻r（m/kg），其物理意义是：在一定压力下过滤时，单位干重的污泥滤饼，在单位过滤面积上的阻力。比阻越大的污泥，越难过滤，其脱水性能越差。(2)污泥毛细吸水时间CST(CapillarySuctionTime)由Baskerville和Gale于1968年提出。其值等于污泥与滤纸接触时，在毛细管作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间，以秒计。CST越大，污泥的脱水性能越差。三、污泥流动的水力特征污泥在输送管道中流动的情况与水流大不相同，在层流状态时，由于污泥粘滞性大，悬浮固体更易于在管道中沉淀，因此，污泥流动的阻力比水流大；当流速高处于紊流时，由于污泥的粘滞性能够消除边界层产生的旋涡，使管壁的粗糙度减小，污泥流动的阻力反而比水流阻力小。含水率越低，污泥的粘滞性越大，上述现象越明显，含水率越高，污泥粘滞性越小，当含水率为99％～99.5％时，其流动接近于水流。103图20-2污泥水分示意图设计输泥管时，应用较大的流速，使污泥处于紊流状态。一般重力流坡度采用0.01～0.02，压力输送管设计最小流速与含水率和管径有关。§20-2污泥浓缩污泥浓缩的作用是去除污泥中大量的水分，从而缩小其体积，减轻其重量，对于减少后续处理过程如消化、脱水、干化和焚烧等的负担都是非常有利的。污泥中所含水分大致分为4类：颗粒间的空隙水(游离水)：约占总水分的70％；毛细水：即颗粒间毛细管内的水，约占20％；污泥颗粒表面吸附水：粘附于颗粒或细胞表面的水；颗粒内部水(包括细胞内部水)：约占10％。降低含水率的方法有：浓缩法：用于降低污泥中的空隙水，因空隙水所占比例最大，故浓缩是减容的主要方法；自然干化法和机械脱水法：主要脱除毛细水；干燥与焚烧法：主要解除吸附水与内部水。表20-3不同脱水方法及脱水效果脱水方法脱水装置脱水后含水率/%脱水后状态浓缩法重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩95～97近似糊状自然干化法自然干化场70～80泥饼状机械脱水真空过滤法真空转鼓，真空转盘等60～80泥饼状压滤法板框压滤机45～80泥饼状滚压带法滚压带式压滤机78～86泥饼状离心法离心机80～85泥饼状干燥法各种干燥设备10～40粉状、粒状焚烧法各种焚烧设备0～10灰状污泥浓缩的技术界限大致为：活性污泥含水率可降至97％～98％，初沉池污泥可降至85％～90％。污泥浓缩可分为重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。三种方法各有优缺点。表20-4各种浓缩方法的优缺点方法优点缺点重力浓缩法贮存污泥的能力高，操作要求不高，运行费用低(尤其是耗电少)占地大，且会产生臭气，对于某些污泥工作不稳定，经浓缩后的污泥非常稀薄气浮浓缩法比重力浓缩的泥水分离效果好，所需土地面积少，臭气问题小，污泥含水率低，可使沙砾不混于浓缩污泥中，能去除油脂运行费用较重力法高，占地比离心法多，污泥贮存能力小离心浓缩法占地少，处理能力高，没有或者几乎没有臭气问题要求专用的离心机，耗电大，对操作人员要求高104§20-3污泥稳定一、概述1、概念污泥稳定就是采取人工处理措施，降低其有机物含量或杀死病原微生物的过程。2、污泥稳定的必要性(1)污泥中含有大量有机物和病原菌，如直接排放到自然界中，有机物将会受到微生物的作用而腐化、发臭，对环境造成严重危害，病原体将直接或间接接触人体造成污染。(2)腐化污泥粘性大，不易脱水，不易为植物吸收。3、污泥稳定的方法生物法、化学法和热处理方法二、污泥的生物稳定1、污泥生物稳定的目的降解有机物，使之成为稳定的无机物或不易被微生物作用的有机物。一般认为当污泥中的挥发性固体的量降低40％左右，即可认为已达到污泥的稳定。2、分类污泥的生物稳定可分为厌氧消化和好氧消化2种。3、厌氧消化厌氧消化是对有机污泥进行稳定处理的最常用方法。包括水解、酸化、产乙酸、产甲烷等过程。根据操作温度，污泥厌氧消化分为中温消化(MesophilicDigestion)和高温消化(ThermophilicDigestion)等。4、好氧消化类似于活性污泥法，在曝气池中进行，曝气时间长达10～20d左右，依靠有机物的好氧代谢和微生物的内源代谢稳定污泥中的有机组成。与厌氧消化处理比较，优点：(1)消化温度相同时，所需消化时间较短；(2)出水的BOD5浓度较低；(3)无臭气；(4)污泥的脱水性能较好；(5)运行较方便；(6)设备费用少。缺点：(1)需要供氧，动力费用一般较高；(2)无沼气产生；(3)去除寄生虫卵和病原微生物的效果较差。好氧消化法一般仅适用于中小型污水处理厂，最常用于处理来自初沉池的剩余活性污泥。目前正在研究开发阶段，我国目前尚无污水厂采用此法进行污泥消化。三、污泥的化学稳定1、概念105向污泥投加化学药剂，抑制或杀死微生物，投加的化学药剂有石灰和氯。2、石灰稳定法石灰稳定法是一种非常简单的方法，其主要作用是抑制污泥臭气和杀灭病原菌。该过程中，实际上并没有有机物被直接降解，该法不仅不能使固体物量减少，而且使固体物增加。石灰稳定法要求使污泥保持在pH＝12以上，接触2小时，为此，应当使污泥处于液体状态。3、氯化稳定法在密闭容器中向污泥投加大剂量氯气，接触时间不长，实质上主要是消毒，杀灭微生物以稳定污泥。由于pH值低，污泥的过滤性能差，且氯化过程常产生有毒的氯胺，会给后续处理带来一定困难，因此，氯化处理法应用较少。四、热稳定污泥热稳定有热处理和湿式氧化法。1、热处理热处理既是稳定过程，也是调理过程，即在较高温度(160~200℃)和较大压力(1~2MPa)下处理污泥，促使污泥进行过热反应，从而杀灭微生物，消除臭气以稳定污泥，且污泥易于脱水。热处理最适于生物污泥。2、湿式氧化法又称湿烧法，无火焰燃烧和浸没燃烧。基本原理：在液相的水中，溶解的或悬浮的可燃物质在有氧或其他氧化剂存在下进行氧化的一种化学反应。如把水、氧(一般用空气)和可燃物质混合在一起压入密闭容器，加压（0.8Mpa）加温（200℃）使之发生氧化反应，反应的最终产物为CO2、H2O、氮和灰分以及残存的有机物。优点：(1)在液态水存在的情况下进行氧化，可处理未经脱水的湿污泥。(2)处理后的污泥残渣脱水性能好，滤渣含水率仅50%左右。(3)耗能很低，甚至可回收一部分能量。(4)因处理系统密闭，基本上不产生臭味、粉尘和煤烟，处理后的病原微生物全部被杀灭。缺点：技术设备复杂，要在高压下操作，一次性投资大。106§20-4污泥调理(脱水前)影响污泥的浓缩和脱水性能的因素主要是颗粒的大小、表面电荷、水合的程度以及颗粒间的相互作用。其中污泥颗粒的大小是影响污泥脱水性能的最重要的因素，因为污泥颗粒越小，颗粒的比表面积将越大(按指数规律增大)，这意味着更高的水合程度和对过滤(脱水)的更大阻力及改变污泥脱水性能要更多的化学药剂。污泥中颗粒大多数是相互排斥而不是相互吸引的，首先是由于水合作用，有一层或几层水附于颗粒表面而阻碍了颗粒相互结合。其次，污泥颗粒一般都带负电荷，相互之间表现为排斥，造成了稳定的分散状态。污泥调理就是要克服水合作用和电性排斥作用。增大污泥颗粒的尺寸，使污泥易于过滤或浓缩，其途径