污泥的处理

第8章污泥的处理8.1污泥的分类、性质与排除1分类污泥来源于污水处理过程的不同阶段，含有不同比例的有机物和无机物成分。2性质污泥以有机物为主。易于腐化发臭，颗粒较细，比重较小(约为1．02～1．006)，含水率高(初沉池为95%-97.5%，活性污泥一般都在99%以上，生物膜的为96-98%)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。沉渣以无机物为主。颗粒较粗(大于0.2mm)，比重较大(约为2左右，为1.5)，含水率较低(含水率约为60%)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。栅渣是由格栅截留下来的较大的悬浮物或漂浮物，含水率约为70%-80%，容重约为750kg/m3。污泥的数量约占处理水量的0.3%---0.5%左右，但用于处理污泥的费用约占污水处理厂的全部建设费用的20%-50%，甚至70%。3性质指标1)污泥含水率100%污泥总重量水分重量污泥含水率污泥的体积、重量及所含固体物浓度之间的关系：适用条件：含水率大于65%的污泥。ex8-1解：来源初次沉淀污泥剩余活性污泥腐殖污泥消化污泥或熟污泥化学污泥或化学沉渣成份污泥沉渣2)挥发性固体(或称灼烧减重)和灰分(或称灼烧残渣)-----挥发性固体近似地等于有机物含量；灰分表示无机物含量。3)可消化程度----表示污泥中可被消化降解的有机物数量。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。可消化程度：1001R2112svsvdpppp4)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=湿污泥重量/同体积的水重量湿污泥比重γ：干污泥比重γs：式中：ex8-2解：5)污泥肥分表8－16)污泥重金属离子含量-污泥中重金属离子含量，决定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。表8－24污泥量计算1)初次沉淀污泥量）－（＝p10010Q100CV30式中：V―污泥量，m3/dQ-污水流量，m3/dη－去除率，%C0－进水悬浮物浓度，mg/LP――污泥含水率，%ρ――沉淀污泥密度，以1000mg/m3计。2)剩余活性污泥量3)消化污泥量5污水处理厂干固体物质平衡6污泥的输送1)污泥输送的方法管道输送、卡车输送、驳船输送表8－32)污泥输送设备(1)隔膜泵隔膜泵没有叶片，工作原理是用活塞推、吸隔膜(橡胶制成)及两个活门，将污泥抽吸与压送。因此不存在叶轮的磨损与堵塞，污泥颗粒的大小决定于活门的口径。（2）旋转螺栓泵旋转螺栓泵由螺栓状的转子(用硬质铬钢制成)与螺栓状的定子(泵的壳体，用硬橡胶制成)组成c转子与定子的螺纹互相吻合，在转子转动时，可形成空腔v2(吸泥)或吻合v，(压送)，达到抽吸与输送的目的。(3)螺旋泵螺旋泵由泵壳、泵轴及螺旋叶片组成。螺旋叶片是根据阿基米德螺旋线设计而成。泵的特点是流量大、扬程低、效率稳定、不堵塞。最常用于曝气池回流活性污泥或中途泵站。(4)混流泵混流泵的叶轮不设叶片，而是依靠叶轮的转动，使污泥造成旋流而抽升。污泥颗粒的大小，决定于泵的吸泥管与压泥管管径。(5)多级柱塞泵多级柱塞泵有单缸、双缸和多缸等型号。泵的抽吸高度为3m时，启动时不必灌水，抽升能力为2．5～3．8L／s，工作压力为O．25～0．7MPa(2．5-7kg／cm2)。柱塞的往复次数为每分钟40－50次。适用于大型污水处理厂，可对不同种类的污泥作长距离的输送。（6）离心泵有PW型和PWL型，当需要的工作压力较高时，可考虑选用。7污泥流动的水力特性与水力计算1)污泥流动的水力特征(1)含水率高的污泥，属于牛顿液体，流动特性接近水流。(2)固体浓度高，污泥的流动是半塑性或塑性流体的特性，要克服初始剪力τ0才能开始流动，故不同于水流。(3)在层流，τ0的存在，阻力很大，故采用按紊流状态设计。(4)污泥流动的下临界速度为1.1m/s，上临界速度为1.4m/s，最小流速为1.0~2.0m/s。2)压力输泥管道的沿程水头损失85.117.182.6HfCvDLh------哈森—威廉姆斯紊流公式式中：hf----沿程水头损失，mL----管长,mD----管径,mv----流速,m/sCH---哈森—威廉姆斯系数，表8-4实际计算中，还要乘以一个水头损失系数K，见图8-3。Ex8-33)压力输泥管的局部水头损失gvhi22长距离可忽略不计，短距离按表8-5查。8.2污泥浓缩污泥浓缩的目的：减容，污泥含水率从99%降至96%，污泥体积可减少3/4，含水率从97.5%降至95%，体积可减少1/2。污泥所含水分：70%空隙水，20%毛细水，10%内部水和吸附水降低含水率方法：浓缩法-----------------------------降低空隙水；自然干化法和机械脱水法-----脱降毛细水；干燥与焚烧法--------------------脱除吸附水与内部水。脱水效果：表8-68.2.1污泥重力浓缩1.重力浓缩理论及连续式重力浓缩池的设计(1)重力浓缩理论及浓缩池所需面积计算1)迪克(Dick)理论固体通量：单位时间内，通过面积的固体重量。kg/(m2.h)固体通量=向下流固体通量+自重压密固体通量i向下流固体通量设断面的固体浓度为Ci，向下流固体通量为Gu，则：Gu=uCi曲线1式中：u----向下流流速。一般取0.25-0.51m/hii自重压密固体通量用同一种污泥不同浓度做静态浓缩实验，作时间与界面关系曲线。然后计算界面沉速vi=H0/ti(m/h)，则自重压密固体通量Gi为：Gi=viCi曲线2式中：Gi----自重压密固体通量，kg/(m2.h)vi-----污泥固体浓度为Ci时的因压密产生的界面沉速，它不同于u。iii总固体通量G=Gu+Gi=uCi+viCi=Ci(u+vi)曲线3=曲线1+曲线2在曲线3中，出现了一个最低点，对应的横坐标为极限固体浓度CL(大于CL就通不过这个截面即界面高度太高，达不到i-i断面)，对应的纵坐标为极限固体通量GL(必存在一个控制断面，它的固体通量最小，而其它都大于GL)。设计断面面积：LGCQA002)柯伊—克理维什理论固体平衡关系式：污泥入流量=浓缩排泥量+上清液含泥量Q0C0=QuCu+QeCe当浓缩时间为ti，污泥浓度为Ci，界面沉速为vi时的固体通量为GiuiiiCCvG11uiiiiCCvCQGCQA110000通过试验，可得到图8-8，最大的A为设计表面积。3)肯奇理论忽略污泥颗粒本身的被压缩性。iiiitvHHCC00式中：Ci-----界面高度为Hi时的污泥固体浓度Hi----ti时的污泥界面高度vi-----ti时的界面沉速又iiiitHHv''00'0000iiiiiiiiiiHHCttHHHHCtvHHCC当压缩中止后，污泥层厚度不再变化，viti=0,H’i=H8HHCC00因活性污泥是可压缩的，故肯奇理论并不适用，应用迪克公式或柯伊—克理维什公式。表8-8，经验数据ex8-4(2)重力式连续流浓缩池深度的设计图8-6浓缩池总深度=压缩区高度Hs+阻滞区与上清液区高度Hw+池底坡+超高AtCQHwmswsus)()(00ex8-5(3)重力式连续流浓缩池的基本构造与形式图8-122间歇式重力浓缩池运行时，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。为此应在不同高度上设上清液排除管。浓缩时间不小于12h。8.2.2污泥气浮浓缩(在气浮法中一起讲)8.2.3污泥的其他浓缩1离心浓缩法原理：利用污泥中的固体、液体的比重差，在离心力场所受到的离心力的不同而被分离。离心机：转盘机、篮式、转鼓式特点：占地面积小，造价低，运行维修费高2离心筛网浓缩器图8-19污泥从中心分配管压入旋转筛网笼，筛网笼低速旋转，使清液通过筛网从出水集水室排出，浓缩污泥从底部排出，筛网定期用反冲洗系统反冲。可作为曝气池混合液的浓缩用，减少二沉池的负荷。3微孔滤机浓缩法先用混凝调节，用于浓缩污泥。99%----95%8.3污泥的厌氧消化污泥厌氧消化=污泥稳定8.3.1厌氧消化的机理1两阶段理论1)酸性发酵阶段：有机物在产酸细菌的作用下，分解成脂肪酸及其它产物，并合成新细胞。----不产甲烷阶段2)甲烷发酵阶段：脂肪酸在专性厌氧菌---产甲烷菌的作用下转化成CH4和CO2。----产甲烷阶段2三阶段理论1)水解阶段：在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、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CO2、H2等2)产乙酸阶段：在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、CO2和乙酸。3)产甲烷阶段：通过两组生理上不同的产甲烷细菌的作用，一组把氢和CO2转化成甲烷(占1/3)，另一组对乙酸脱羧产生甲烷(占2/3)。产生的H2，作为产甲烷细菌的能源，以及还原CO2生成CH4的电子供体。3细菌分类水解与发酵细菌：参与第一阶段的微生物包括细菌、原生动物和真菌，大多数是专性厌氧菌，也有部分兼性厌氧菌1)纤维素分解菌：纤维素----纤维素分解菌------CO2+H2+乙酸+乙醇2)碳水化合物分解菌：碳水化合物------葡萄糖3)蛋白质分解菌：蛋白质------氨基酸-------硫醇+NH3+H2S4)脂肪分解菌：脂肪-----------脂肪酸5)原生动物：鞭毛虫、纤毛虫、变形虫6)真菌：毛霉、根霉、共头霉、曲霉7)产氢产乙酸菌+同型乙酸菌：专性厌氧菌、兼性厌氧菌。丙酮酸+脂肪酸-----乙酸+CO2+H28)(产)甲烷菌：绝对厌氧菌，表8-134气体产量产甲烷阶段产生的能量很小，只能维持细菌生活，只有很少能量用于合成新细菌，故细胞的增殖很少。含N有机物可用通式：CnHaObNd表示不含N有机物可用通式：CnHaOb表示，d=0时CH4、NH3和CO2的产量用书中公式计算。Ex1kg丙酸=1000/74molCO2产量为：1mol丙酸------1.25molCO2=1.25*22.4LCO21kg丙酸=1000/74mol--------1.25*22.4L*1000/74CO2=378LCO21kg丙酸=529LCH48.3.2厌氧消化动力学8.3.3厌氧消化的影响因素1温度因素甲烷菌分两类：中温甲烷菌(30-36℃)，高温甲烷菌(50-53℃)温度影响：两种甲烷菌在自己适应温度下，反应速度快，在两区之间，速度减退。图8-22处理系统：中温消化(用中温细菌)----有机物负荷为0.6-1.5VSSkg/(m3.d)，产气量为1-1.3m3/(m3.d)，消化时间约为20-30天，杀菌差高温消化(用高温细菌)----有机物负荷为2.0-2.8VSSkg/(m3.d)，产气量为3-4.0m3/(m3.d)，消化时间约为10-15天，杀菌好。2生物固体停留时间(污泥龄)与负荷1)污泥龄ercM式中：Mr------池内生物总量，kgφe=Me/t-----每日排放的生物量,kg/d2)消化池的有效容积SSVv式中：Sv---需处理的泥量VSSkg/dS-----有机物负荷VSSkg/(m3.d)3)消化池投配率每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数影响：过高，池内脂肪酸过多，PH下降，消化不完全，产气率降低。过低，消化完全，产气率高，但池大费用高设计要求：投配率为5%---8%，消化时间为1/5%----1/8%=20d---12.5d3搅拌和混合方法：泵加水射器搅拌法；消化循环搅拌法；混合搅拌法4营养与C/N比1)营养细菌所需的营养由污泥提供，C源提供反应过程的能源，同时合成新细胞。麦卡蒂等提出污泥细胞质的分子式是C5H7NO3,即C/N=5:1，故要求C/N达到(10-20):1为宜。太高，氮量不足，消化液的缓冲能力低，PH值容易降低。太低，氮量过多，PH可能上升，铵盐积累，抑制