第17 章 污泥的处理

第17章污泥的处理一.教学内容及学时分配（4学时）17.1污泥的分类、性质与排除17.2污泥浓缩17.3污泥的厌氧消化17.4污泥的好氧消化17.5污泥消毒17.6污泥的自然干化17.7污泥的调理17.8污泥的机械脱水17.9污泥的最终处置与利用二.教学目的及要求：目的与要求：　1、了解污泥的分类、性质及污泥处理的目的，熟悉表示污泥性质的指标。　2、了解污泥浓缩的对象及方法，了解污泥机械脱水的原理与方法。　3、了解污泥厌氧消化机理，掌握厌氧消化的影响因素。4.熟悉污泥处理与处置设施的设计原理于计算方法。了解污泥的综合利用。　　本章重点：污泥性质的指标，厌氧消化的影响因素；消化池构造计算。17.1污泥的分类、性质及性质指标17.1.1.污泥处理的必要性①污泥是污水处理中的必然产物，占处理水量的0.3-05%左右；②污泥中含大量有毒物质，造成二次污染；③污泥中含大量的有用物质，可变害为利。17.1.2污泥处理的目的以便达到如下目的：①使污水处理厂能够正常运行,确保污水处理效果：②使有害有毒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。简而言之：目的是减量、稳定、无害化及综合利用。17.1.3.污泥的来源及分类污水处理厂污泥是污水净化过程的产物。由于污泥产生于污水处理厂不同的处理部位，比如机械处理段、生物处理段、化学处理段等等，所以所产生的污泥量和污泥类型也不相同。按成分可分为污泥：有机物为主。污泥的性质是易于腐化发臭，颗粒较细，比重较小(约为1.02~1.006)，含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。沉渣：无机物为主。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。按来源可分为：(1)初沉污泥：来自初沉池的污泥酸(2)剩余污泥：来自活性污泥法后的二沉池污泥(3)腐质污泥：来自生物膜法后的二沉池的污泥(4)熟污泥：生污泥经消化后的污泥，又称消化污泥(5)化学污泥：用化学沉淀法产生的污泥，又称化学泥渣。17.1.4污泥性质指标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：12122121100100CCppWWVVP1,V1,W1,C1—污泥含水率为P1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、重量与固体物浓度。②挥发性固体（灼烧减量）和灰分（灼烧残量）挥发性固体近似等于有机物含量，又称灼烧减量，GV；灰分表示无机物含量，又称灼烧残渣，GR。灼烧减量GV和灼烧残量GR是在污泥消化过程中使用的重要参数。将烘干后的污泥试样放置在高温炉（550℃）中灼烧，污泥中的有机物质燃烧后而损失掉。灼烧前后污泥试样重量损失部分称为灼烧减量，加热后污泥试样剩余部分的重量称为灼烧残量。实际中更常用与污泥试样干重的百分比来表示。灼烧减量GV和灼烧残量GR的关系为：GV=100－GR（%）需要注意的是，在灼烧减量中不但包含有有机物，而且包含有水和氮类化合物，所以灼烧减量和污泥中的有机物含量并不相等。灼烧减量是可以在消化过程中分解的挥发性物质。灼烧残量是非挥发性的无机物质，不会对消化过程产生影响。消化后污泥的灼烧残量明显高于未消化的污泥。③可消化程度表示污泥中可被消化降解的有机物数量。一部分是可被消化降解的(或称可被气化,无机化)；另一部分是不易或不能被消化降解的,如脂肪、合成有机物等。用可消化程度表示污泥中可被消化降解的有机物数量。可消化程度用下式表示：100)1(2112svsvdppppR式中Rd—可消化程度,%;ps1，ps2—分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量,％pv1，pv2—分别表示生污泥及消化污泥的有机物含量,％。10011001001100)100(1111dvvddRpppVpV式中；Vd—消化污泥量，m3/dpd—消化污泥含水率,%,取周平均值；V1—生污泥量,m3/d,取周平均值p1—生污泥含水率,%,取周平均值;Pv1—生污泥有机物含量,%;Rd—可消化程度,%;取周平均值④湿污泥比重与干污泥比重湿污泥重量等于污泥所含水分重量与于固体重量之和。湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积的水重量之比值。由于水比重为1,所以湿污泥比重γs，可用下式计算:污泥的重量与同体积水的重量之比，称为污泥比重：)100(100)100()100(PPPPPPsss式中γ——湿污泥比重；P——污泥含水率，%；γs——干污泥的比重。如果污泥干物质中，灼烧减量为pv，灼烧减量和灼烧残量的比重分别为γv和γf，则干物质的平均比重为：fvs100100vvpp)(100100vfvvfsvp式（7-1-6）有机物比重（灼烧减量γv）一般等于1,无机物比重（灼烧残量γf）约为2.5~2.65,以2.5计，则上式可简化为：)5.1100(250sv式（7-1-7）将上式代入式γ计算式得：)5.1100)(100(25025000vPP确定湿污泥比重和干污泥比重，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值。⑤污泥肥分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)。污泥中含有很多植物的营养物、有机物及腐殖质等。营养物主要包括氮、磷和钾。氮能促进植物茎叶的生长，其中硝酸盐氮可被植物直接利用，氨氮要在土壤中分解和氧化后才能被利用。磷能激发植物根部的繁殖，加速成熟和植物对病虫害的抵抗能力。钾能促进植物的生长活力，是发育木质枝干、果浆，构成叶绿素的重要成分，并能促进茎叶生长和增加抵抗病虫害的能力。污泥中的有机物、腐殖质可改善土壤结构，提高保水能力和抗蚀性能，是良好的土壤改良剂。⑥污泥重量金属离子含量污泥重量金属离子含量，它决定污泥能否作为肥料农用。日本的骨痛病事件，1955—1972年发生在日本富士山县神通川流域。由于排放的含镉废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米含镉，居民食用含镉米和含镉水而中毒，患者130人，其中81人死亡。17.1.5.污泥的处理方案可供选择的方案大致有：（参教材）①生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处置②生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→最终处置③生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置④生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处置⑤生污泥→湿污泥池→最终处置⑥生污泥→浓缩→消化→最终处置17.2污泥浓缩17.2.1概述污泥的含水率很高：初沉污泥介于95—97%，剩余污泥达99%以上，故污泥体积大，需对污泥进行脱水处理。1.污泥中所含水分大致分类：（如图示）①颗粒间的空隙水，约占总水分的70%；②毛细水，即颗粒间毛细管内水，占20%；③污泥颗粒吸附水；其它产物④颗粒内部水。2.污泥脱水方法①浓缩法：对象、空隙水。因空隙水占多，故浓缩是污泥，减量的主要方法②自然干化法与机械脱水法，对象，毛细水。③干燥与焚烧法，对象，脱除吸附水与内部水.不同脱水方法及其脱水效果见表8—6。3.污泥浓缩污泥浓缩是首要程序对象：剩余污泥、由99%以上降至95%左右。意义：可减少后续处理机械脱水，调节污泥的混凝剂用量、设备容量大大减少。方法：重力浓缩法、污泥气浮浓缩法、离心浓缩法等。17.2.2污泥重力浓缩法1.重力浓缩池分类：重力浓缩池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2.重力浓缩池的构造与形式①连续式重力浓缩池构造中心管进泥管：连续进泥刮泥机：浓缩污泥用刮泥机缓缓刮至池中心的污泥斗；垂直搅拌栅：刮泥机上装有垂直搅拌栅，搅拌栅可促进浓缩作用，提高浓缩效果随着刮泥机转动；周边线速度为1~2m/min，传动装置：周边传动和中心传动式两种，周边传动（剩余污泥+初沉污泥）中心传动（工业废水）。浓缩池池体：溢流堰：上清液由溢流堰出水污泥斗：浓缩池的底坡，一般用1/20。②连续式重力浓缩池的其它形式多层辐射式浓缩池（适用于土地紧缺的地区）；多斗连续式浓缩池。③连续式重力浓缩池的其它形式3.重力浓缩池的设计与计算①浓缩池面积计算可由柯伊-克里维什理论推导得到的断面面积公式进行计算：uiiiiCCvCQGCQA110000（8-27）②污泥层高度AtCQHwmSWSuS00③浓缩池深度污泥层高度+上清液厚度+超高+池底坡降4.间歇式重力浓缩池间歇式重力浓缩池的设计原理同连续式。运行时,应先排除浓缩池中的上清液,腾出池容,再投入待浓缩的污泥。为此应在浓缩池深度方向的不同高度设上清液排除管。浓缩时间一般不小于12h。17.2.3污泥气浮浓缩1.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。2.适用范围适用于污泥颗粒比重接近于1的活性污泥。3.工艺流程根据有无回流水，分为两种类型（图8-16）：无回流水：全部污泥加压气浮；有回流水：回流水加压气浮4.设计计算（自己看）5.气浮浓缩药剂：在水中形成易于吸附或俘获空气泡的表面或结构，改变气－液或固－液界面性质，使其易于相互吸附。混凝剂：铝盐（改错P351）、铁盐、活性二氧化硅、聚丙烯酰胺（PAM）表面活性剂：17.2.4污泥的其它浓缩法1.离心浓缩法2.离心筛网浓缩器3.微孔滤机浓缩法17.3污泥的厌氧消化活性污泥法与生物膜法是在有氧的条件下，由好氧微生物降解污水中的有机物，最终产物是水和二氧化碳。污泥中的有机物一般采用厌氧消化法，即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气(或称污泥气、消化气)，使污泥得到稳定。所以污泥厌氧消化过程也称为污泥生物稳定过程。17.3.1污泥厌氧消化机理1.污泥厌氧消化过程污泥厌氧消化是一个多步骤的过程，各步骤之间既互相联系又相互影响，每一个步骤又有不同种类的生物体。其机理有传统的二阶段理论，厌氧消化三阶段理论是当前较为公认的理论模式。二阶段理论：第一阶段：是酸性发酵阶段，有机物在产酸细菌的作用下，分解成脂肪酸及其他产物,并合成新细胞；第二阶段：是甲烷发酵阶段，脂肪酸在专性厌氧菌－产甲烧菌的作用下转化成CH4和C02。厌氧消化三阶段理论三阶段消化理论突出了产氢产乙酸细菌的作用,并把其独立地划分为一个阶段。第一阶段（水解阶段），是在水解与发酵细菌作用下，使溶解性大分子有机物和不溶性有机物水解为溶解性小分子有机物（碳水化合物，蛋白质与脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等）；第二阶段（产氢产乙酸阶段），是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段（产甲烷阶段）。是通过两组生理上不同的产甲烧菌的作用,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷；另一组对乙酸脱羧产生甲烷。3.污泥厌氧消化反应式①含氮有机物的厌氧消化反应②不含氮有机物的厌氧消化反应通式（即伯兹伟尔－莫拉通式）17.3.2厌氧消化动力学（根据课本讲解）17.3.3厌氧消化的影响因素因甲烧发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烧菌的影响因素为准。1.温度影响根据甲烷菌对温度影响适应性中温甲烷菌中温消化适应温度区：30—36℃20～30d高温甲烷菌高温消化适应温度区：50—53℃10～15d一般多采用中温消化由于生污泥温度较低，故消化时需加热。热水加热加热方法：蒸气加热盘管加热2.污泥龄及投配率污泥龄：甲烷菌的增殖较慢,对环境条件的变化十分敏感,因此,要获得稳定的处理效果，需要保持较长的污泥龄；投配率：每日投加新鲜的污泥体积占消化池有效容积的百分数。投配率是消化时间的倒数。投配率是消化池设计的重要参数,投配率过高,消化