第十章污泥处理和处置

第十章污泥的处理、处置10.1污泥的来源、性质、数量10.2污泥处理处置的方法10.2.1污泥浓缩10.2.2污泥的稳定10.3污泥的脱水和调理10.3.1脱水性能的评价指标污泥比阻扩展阅读10.3.2污泥的脱水设备10.4污泥的处置第十章污泥的处理、处置前面我们看到，进水中含有的悬浮物，在前处理或预处理得到去除，如格栅、筛网、物理沉淀、气浮处理中分离会产生污泥。混凝处理要加入混凝剂来去除细小的SS或胶体颗粒也产生大量的污泥。化学沉淀去除可以形成化学沉淀的许多阳离子和阴离子，也会产生污泥。生物法去除BOD、氮、磷等其它污染物，一部分污染物被同化形成生物性污泥。生物性污泥来自二沉池、浓缩池或消化池，或来自许多的生物反应池。这些污泥含水率都很高。这些污泥中某些成分有利用价值需要回收利用。有些污泥的有用成分因为回收的成本太高，而作为固体废物，如果不妥善处理就会对环境造成不利影响。不管怎样都需要妥善处理，防止产生二次污染。污泥处理原则是“减量化、无害化、稳定化和资源化”，欧洲国家目前污泥的主要处置方式为农用、填埋和焚烧。卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋始于20世纪60年代，污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高（例如德国从2000年起，要求填埋污泥的有机物含量小于5％），许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。1992年欧盟大约40％的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，例如英国污泥填埋比例由1980年的27％下降到2005年的6%。美国的污泥的主要处置方法是循环利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁止污泥土地填埋。据美国环保局估计，今后几十年内美国6500个填埋场将有5000个被关闭。近年来，随着污泥农用标准（如合成有机物和重金属含量）日益严格的趋势，许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降低。发达国家污泥焚烧的比例非常高。以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，这是因为焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：（1）焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，因而最终需要处置的物质很少，焚烧灰可制成有用的产品，是相对比较安全的污泥处置方式。（2）焚烧处理污泥处理速度快，不需要长期储存。（3）污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。（4）可以回收能量，用于污泥自身的干化或发电、供热，相应降低污泥处理成本。（5）能够使有机物全部燃尽，杀死病原体。污泥焚烧处置虽然一次性投资高，但由于它具有其它工艺不可替代的优点，特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等方面，因此成为污泥最终出路的解决方法。2自1962年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来，焚烧的污泥量大幅度增加。目前德国共有39家污泥焚烧厂，其中10家混烧城市废弃物，20家焚烧城市污水污泥，另9家焚烧工业污泥。70％的焚烧炉为鼓泡流化床。污泥含水率在45％～80％间。在柏林自1985年来运行着欧洲最大的流化床污泥焚烧炉，处理75％水分的污泥15t/h。在国外，特别是西欧和日本采用焚烧法已得到了广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60％以上，现在日本规模较大的污水处理厂都采用焚烧法处理污泥。2005年欧盟采用焚烧处理污泥的比例提高到了38%。污泥焚烧被分为直接焚烧和干化后焚烧两种。（1）直接焚烧污泥的直接焚烧是将高湿（含水率80%~85%）污泥在辅助燃料作用下，直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥含水量大、热值低，需要消耗大量的辅助燃料。由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，尾气处理需要庞大的设备。（2）干化后焚烧污泥因含水率高，不能简单作为燃料应用。污泥要作为燃料，必须开发出独特的干化技术和燃烧技术，使低热值的污泥转变成高热值的可用燃料，然后通过焚烧炉对污泥燃料进燃烧。污泥的干化最早是二十世纪四十年代开发的。经过几十年的发展，污泥干化的优点正逐渐显现出来。干化后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从而减少了储存空间。以含水率85%的湿污泥为例，干化至含水率40%时，体积可减少至原来的1/4，污泥的形状成为颗粒，有利于焚烧处理。在焚烧工艺前采用污泥干化工艺的目的是实现污泥的减量化、提高污泥热值、节省后续焚烧处理的费用，以及达到更优的焚烧效果。干化后的污泥经高温焚烧后产生的灰体积将缩小90%以上，有毒有机物热分解彻底，焚烧产生能源可回收利用，灰、渣可作为建材材料使用。早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干化器来干化污泥。由于污泥热干化技术要求和处理成本较高，所以这项技术直到20世纪80年代末期在瑞典等国家的成功应用之后，才在发达国家推广起来。在发达国家，污泥干化和燃料化被认为是有望取代现有的污泥处理技术最有发展前途的方法之一。10.1污泥的来源、性质、数量10.1.1污泥的种类、性质及主要指标一．污泥的种类（1）初沉污泥；（2）剩余污泥；（3）消化污泥；（4）化学污泥。二．污泥的性质和指标污泥处理原则是“减量化、无害化、稳定化和资源化”。减量化指去除污泥中的水分。资源化指在符合成本原则下将有用成分回收利用。无害化、稳定化指将可分解的成分分解成稳定的化学形态物质或将有毒成分转化成低毒化学物质。这些都需要了解污泥的性质和指3标。污泥的性能指标（1）含水率与含固率；含水量的下降会使污泥体积明显，比如含水率从p1降低为p2，污泥体积由VSS（1）减小为VSS（2）：VSS（1）ρ(1-:p1)=VSS（2）ρ(1-:p2)=△XSS比如含水率由98%降为96%，污泥体积下降为原来的1/2：VSS（1）ρ(1-:98%)=VSS（2）ρ(1-:96%)VSS（2）/VSS（1）=1/2（2）挥发性固体和可消化性成分；（3）污泥中的有毒有害的物质；（4）污泥的燃烧热值；（5）污泥的脱水性能。污泥的脱水性能常用的指数是比抗阻值简称比阻（r)或毛细吸水时间(CST)三．污泥量（1）初沉污泥量与进水中SS含量、分离方法和工艺有关；（2）化学处理法产生的污泥。混凝污泥与进水中细小SS或胶体含量、分离方法和工艺有关；（3）活性污泥（4）剩余活性污泥量（5）剩余污泥体积上式计算的是VSS，转化为SS：△XSS=△XVSS/fVSSρ(1-p)=△XSS三污泥中的水分及其对污泥处理的影响（1）污泥中的水存在形式分类游离水，70％毛细水，20％内部水，10％减容方法（浓缩）去除的水是哪些部分的水？污泥的体积与含水率（2）污泥中的含水率对污泥处理的影响浓缩运输压缩填埋焚烧10.2污泥处理处置的方法可供选择的方案大致有：（1）生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处置；（2）生污泥→浓缩→自然干化堆肥农肥；（3）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置；00()()edobseXyQSSKXVyQSS＝4（4）生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处置；（5）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→干燥焚烧→最终处置。（5）是最完全处理方案。10.2.1污泥浓缩一概述污泥中所含水分大致分为4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）吸附水,两者约占10%（4）内部水污泥的含水率很高：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。二方法:（1）浓缩法：去除的水主要是空隙水。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，去除的水主要是毛细水。(3)干燥与焚烧法，对象，脱除吸附水与内部水。(一)污泥浓缩污泥浓缩的对象是剩余污泥、含水率由99%以上降至95%左右。意义：可减少后续处理和机械脱水调节污泥的混凝剂用量、设备容量大大减少。方法有，重力浓缩法、污泥气浮浓缩法、离心浓缩法等。1重力浓缩（1）浓缩过程和浓缩曲线浓缩过程有成层沉降向压缩沉降的过渡，分界点或说临界点在哪里？这个点简称K点。（2）重力浓缩池水平截面积的计算方法1）沉降曲线简化计算法①通过沉降试验绘制沉降曲线，求K位置；②从污泥浓缩的浓度确定Hu，00uuHCAHCA00uuHCHCHu肯定在K点的水平线以下。5图10.2-1污泥沉降曲线③污泥界面高度H随时间t的函数微分随时间延长是逐渐降低的，在K点的切线就是污泥界面高度H随时间t的函数在K点的微分，即K点的沉降速度，按这个沉降速度需要多长时间能够达到与Hu水平线相交点tu;④从00utQtAH计算浓缩池的面积At。2)固体通量法①固体通量的定义：单位时间通过浓缩池某一断面单位面积的固体质量，单位：kg/m2.h。在连续流浓缩池内固体通量由两部分组成：（1）污泥静沉引起的固体通量Gs；（2）底部排泥引起的污泥向下的流动：tsbGGGsiiGvc图10.2-2污泥浓缩过程中的固体通量曲线分析vi和ci对Gs的贡献,开始成层沉降，界面匀速下降，浓度不变，接着进入过渡层，界面下降速度降低，浓度逐渐增加，到压缩层，界面下降速度和浓度增加都减小。如果底部排泥的排泥流量为Qu，则由底部排泥引起的污泥向下的流量是：uibiQCGuCA当固体通量为Gt，进泥流量为Q0，进泥浓度为C0，则有下式：00ttQCGA00ttQCAG由上式可计算浓缩池的水平面积At。3）沉降曲线简化计算法和固体通量法的联系这两种方法设计的结果是不是一致的呢？沉降曲线简化计算法是基于污泥的沉降规律，找出K点，根据K点的沉降速度求出达到浓缩浓度的浓缩时间，从而计算设计的At。而固6体通量法根据污泥浓缩的固体通量和底流排泥引起的固体通量，求出最小固体通量来求出At。显然最小固体通量污泥浓缩的固体通量和底流排泥引起的固体通量有关，当底流排泥速度大于或小于K点的沉降速度（浓缩速度），相应浓缩的污泥浓度就小于或大于沉降曲线简化计算法设计的污泥浓缩浓度。当底流排泥速度等于K点的沉降速度（浓缩速度），这两个设计结果一样。从式（10.2-3）和（10.2-8）可以得出：0u000Qt=(10.2-9)HtQCG由这两种计算方法结果的推论：0u00HVt==(10.2-10)tAQQ00tG=(10.2-11)tQCA或因此底流排泥速度一定要合理，否则沉降曲线简化计算法和固体通量法设计的污泥浓缩效果不一样。4）重力浓缩池。分类：连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池①连续式重力浓缩池,多采用辐流式和竖流式重力浓缩池。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清液排放管。c、浓缩时间一般采用8—12h。2污泥气浮浓缩适用于污泥颗粒比重接近于1的、沉降浓缩效果不好的活性污泥。原理与气浮法去除水中的SS基本相同：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，从液体中释放出来，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。常用的气浮浓缩污泥的流程是部分回流水加压溶气气浮。.气浮浓缩流程图.swf计算题：某污水处理厂的剩余污泥量为240m3/d，含水率99.3%，泥温20℃。,现用部分回流水加压溶气气浮浓缩污泥，得到含固率4%，压力溶气罐表压3×105pa,计算气浮浓缩池的面积A和回流比R。解题的思维要点：1气固比的概念和公式；72把污泥的百分浓度转化为重量/体积浓度；3回流概念；4水力负荷的校核。解：（1）计算面积A污泥负荷75kg/m3.d，1ssssQpQQpLAA3322240(/)1000(/)199.3%75/.22.4mdkgmAkgmdm(2)计算回流比R00001(1)gRRsQCsfpQCsQCsfpRQQCC气固比0.02，f=0.9,20℃空气溶解度21.8mg/L。从含水率99.3%得到固体浓度7000g/m3。21.8(0.931)0.027000380%RR水力