水質(zhì)工程學污泥處理工藝

水質(zhì)工程學污泥處理工藝第1頁/共42頁9.1污泥的分類和性質(zhì)指標一、污泥處理的目的城市二級生物污水處理廠的污泥產(chǎn)量約占處理水量的0.3%~0.5%左右（以含水率97%計）。污泥處理的目的是使污泥減量、穩(wěn)定、無害化及綜合利用，即：使污水處理廠能夠正常運行，確保污水處理效果；使有害、有毒物質(zhì)得到妥善處理或利用；使容易腐化發(fā)臭的有機物得到穩(wěn)定處理；使有機物能夠得到綜合利用。第2頁/共42頁二、污泥的分類按成分分類污泥以有機物為主要成分的稱污泥。沉渣以無機物為主要成分的稱沉渣。按來源分類初次沉淀污泥來自初次沉淀池剩余活性污泥來自活性污泥法后的二次沉淀池腐殖污泥來自生物膜法后的二次沉淀池以上三種可統(tǒng)稱生污泥或新鮮污泥。消化污泥生污泥經(jīng)厭氧消化或好氧消化處理后，又叫熟污泥化學污泥用化學沉淀法處理污水后產(chǎn)生的沉淀物，又叫化學沉渣。Example第3頁/共42頁三、污泥的性質(zhì)指標污泥含水率污泥中所含水分的重量與污泥總重量的百分數(shù)。（式2-9-1）式中p1、V1、W1、C1

－－污泥含水率為p1時的污泥體積、重量與固體濃度；

p2、V2、W2、C2

－－污泥含水率為p2時的污泥體積、重量與固體濃度。該式適用于含水率大于65%的污泥。

Example揮發(fā)性固體和灰分揮發(fā)性固體（或灼燒減量）近似地等于有機物含量，第4頁/共42頁用VSS表示，常用單位mg/L；灰分（或灼燒殘渣）表示無機物含量。濕污泥比重與干污泥比重濕污泥重量等于污泥所含水分重量與干固體重量之和。濕污泥比重等于濕污泥重量與同體積水分重量之比值。濕污泥比重γ及干污泥比重γv分別可用下式計算：

（2-9-2）

（2-9-3）式中p----濕污泥含水率，%；

pv---干固體物質(zhì)中，有機物（即揮發(fā)性固體）所占百分比。Example

第5頁/共42頁污泥肥分污泥中含有大量植物生長所必需的肥分（氮、磷、鉀）、微量元素及土壤改良劑（有機腐殖質(zhì)），其中主要成分的比例大約為：N(2%~3%)、P(1%~3%)、K(0.1%~0.5%)，有機物（50%~60%）。污泥中重金屬含量污泥中的重金屬是主要有害物質(zhì)。污水經(jīng)二級處理后，污水中重金屬離子約50%以上轉(zhuǎn)移到污泥中。Example第6頁/共42頁9.2污泥的濃縮方法初次沉淀污泥含水率介于95%~97%，剩余活性污泥達99%以上。污泥濃縮的目的在于減容。污泥中所含水分大致分為4類：顆粒間的空隙水，也叫游離水，約占總水分的70%；顆粒間毛細管內(nèi)的毛細水，約占20%；顆粒表面的吸附水和顆粒內(nèi)部水，約占10%。降低含水率的方法有：濃縮法，主要去除空隙水，是主要的減容方法；自然干化法和機械脫水法，主要脫除毛細水；干燥與焚燒，主要脫除吸附水和內(nèi)部水。第7頁/共42頁重力濃縮：利用沉降原理濃縮污泥；氣浮濃縮：依靠小氣泡與污泥顆粒產(chǎn)生黏附作用，使污泥顆粒的密度小于水而上浮，并得到濃縮。離心濃縮：利用污泥中固相、液相的密度不同，在高速旋轉(zhuǎn)的離心機中受到不同的離心力而使兩者分離，達到濃縮的目的。其它濃縮方法：離心篩網(wǎng)濃縮，微孔濾機濃縮。一、濃縮方法第8頁/共42頁二、重力濃縮法重力濃縮法應用最為廣泛，按其運行方式可分為間歇式和連續(xù)式。間歇式污泥重力濃縮池多用于小型污水處理廠，池型可建成矩形或圓形，見圖2-9-1。其主要設計參數(shù)是停留時間，最好由試驗確定，在不具備試驗條件時，可按不大于24h設計，一般取12h左右；另外濃縮池上清液應回流到初沉池前重新進行處理。第9頁/共42頁連續(xù)式污泥重力濃縮池一般采用豎流式或輻流式（下圖）。連續(xù)式重力濃縮池的合理設計與運行取決于對污泥沉降特性的確切掌握，其主要設計參數(shù)應符合以下要求：固體通量(或污泥固體負荷)，一般宜采用30~60kg/(m2.d)，當濃縮初沉污泥時，可取較大值，當濃縮剩余污泥時應取較小值。第10頁/共42頁水力負荷，初沉污泥最大可取1.2~1.6m3/(m2.h)，剩余污泥取0.2~0.4m3/(m2.h)；按固體負荷計算出濃縮池的面積之后，應與按水力負荷核算的面積進行比較，取其大值。濃縮時間：不宜小于12h。有效水深：一般宜為4m。污泥室容積和排泥時間：應根據(jù)排泥方法和兩次排泥的間隔時間而定，定期排泥時，間隔時間可采用8h。采用刮泥機排泥時，其外緣線速度一般宜為1~2m/min，池底向泥斗的坡度不宜小于0.05。污泥濃縮池宜有去除浮渣的裝置，新建的污水廠應考慮防臭或脫臭措施。Example第11頁/共42頁三、氣浮濃縮氣浮濃縮池有圓形與矩形兩種，見下圖。圓形氣浮濃縮池的刮浮泥板、刮沉泥板都安裝在中心旋轉(zhuǎn)軸上一起旋轉(zhuǎn)。矩形氣浮濃縮池的刮浮泥板與刮沉泥板由電機并用鏈帶連動刮泥。第12頁/共42頁9.3污泥厭氧消化的機理與影響因素一、厭氧消化的機理污泥厭氧消化是指在無氧的條件下，由兼性菌和專性厭氧菌降解污泥中的有機物，使污泥得到穩(wěn)定，最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷氣（或稱污泥氣、生物氣、消化氣）。當前較為公認的理論模式是厭氧消化三階段理論：第一階段為水解酸化階段：在水解與發(fā)酵細菌作用下，使碳水化合物、蛋白質(zhì)及脂肪水解與發(fā)酵轉(zhuǎn)化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氫等。第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成氫、二氧化碳和乙酸。第三階段為產(chǎn)甲烷階段：通過兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌的作用，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組對乙酸脫羧產(chǎn)生甲烷。消化模式見下圖。第13頁/共42頁第14頁/共42頁二、厭氧消化的影響因素因產(chǎn)甲烷階段是厭氧消化反應的控制過程，因此厭氧反應的各項影響因素也以對甲烷菌的影響因素為準。溫度污泥厭氧消化有2個最優(yōu)溫度區(qū)段：在33~35℃

叫中溫消化，在50~55℃叫高溫消化。第15頁/共42頁甲烷菌在這兩個區(qū)段反應速率高，在兩區(qū)之間，反應速度反而下降，可見反應速度與溫度之間的關系是不連續(xù)的。中溫或高溫消化允許的溫度變動范圍為

±1.5~2.0℃。高溫消化的反應速率快，產(chǎn)氣率高，殺滅病原微生物的效果好，但能耗高。污泥消化常用中溫消化。負荷消化池的容積設計應按固體容積負荷或消化時間設計。中溫消化池的消化時間宜采用20~30d，揮發(fā)性固體容積負荷宜為0.6~1.5kg/(m3.d)。攪拌和混合厭氧消化是由細菌體的內(nèi)酶和外酶與底物進行的接觸反應。因此必須使兩者充分混合。攪拌的方法有：泵加水射器攪拌法；消化氣循環(huán)攪拌法和混合攪拌法等。在實際運行中，一般采用隔2h攪拌一次，約攪拌25min，每天攪拌12次，共攪拌5h左右。第16頁/共42頁酸堿度、pH值和消化液的緩沖能力水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對pH的適應范圍大致為5~6.5，而甲烷菌對pH的適應范圍為6.6~7.5之間，即只允許在中性附近波動。消化液中存在碳酸緩沖系統(tǒng)可調(diào)節(jié)pH變化，為保證消化的穩(wěn)定運行，要求消化液的堿度保持在2000mg/L(以CaCO3計)。營養(yǎng)與C／N比適宜的C／N為(10~20):1有毒物質(zhì)任何一種物質(zhì)對厭氧消化都有兩方面的作用，關鍵在于它們的濃度界限，即毒閾濃度。低于毒閾濃度下限時對微生物生長有促進作用，高于毒閾濃度對微生物生長有抑制作用。常見的有毒物質(zhì)有：金屬離子、陰離子(如硫離子)及氨等。

Example第17頁/共42頁9.4厭氧消化池的構造與設計消化池的基本形式有圓柱形和蛋形兩種，見下圖。蛋形消化池有如下優(yōu)點：1）攪拌均勻，無死角；2）池內(nèi)污泥表面不易生成浮渣；3）總表面積較小，易于保溫；4）蛋形的結構與受力條件最好，節(jié)省建筑材料；5）防滲水性能好，聚集沼氣效果好。

Example第18頁/共42頁一、污泥厭氧消化系統(tǒng)污泥厭氧消化系統(tǒng)主要包括污泥的投配、排泥及溢流系統(tǒng)，沼氣排出、收集與貯氣設備，攪拌設備及加溫設備等。投配、排泥與溢流系統(tǒng)投配：生污泥一般先排入污泥投配池，再由污泥泵提升，污泥投配泵可選用離心式污水泵或螺桿泵。排泥：進泥和排泥可以連續(xù)或間歇進行，管徑不應小于200mm。溢流：溢流裝置用以保持沼氣室壓力恒定，必須絕對避免集氣罩與大氣相通，溢流管出口不得放在室內(nèi)，并必須有水封。沼氣的收集與貯存設備每公斤揮發(fā)性固體全部消化后可產(chǎn)生0.75~1.1m3沼氣（大約含甲烷50%~60%）。第19頁/共42頁沼氣管的管徑按日平均產(chǎn)氣量計算，管內(nèi)流速按7~15m/s計，當消化池采用沼氣循環(huán)攪拌時，則計算管徑時應加入循環(huán)攪拌所需的沼氣量。貯氣柜有低壓浮蓋式與高壓球形罐兩種，貯氣柜容積一般按平均日產(chǎn)氣量的25%~40%，即6~10h的平均產(chǎn)氣量計算。攪拌設備攪拌的目的是使池內(nèi)污泥溫度與濃度均勻，防止污泥分層或形成浮渣層，緩沖池內(nèi)堿度，從而提高污泥分解速度。攪拌方法有三種：沼氣攪拌，攪拌比較充分，可促進厭氧分解，縮短消化時間。較常用，可采連續(xù)攪拌方式或間歇攪拌方式。間歇攪拌設備的能力應至少在5~10h內(nèi)將全池污泥攪拌一次。第20頁/共42頁泵加水射器攪拌生污泥用泵加壓后，射入水射器，利用水射器進行生污泥與池內(nèi)污泥的混合。聯(lián)合攪拌法把生污泥加熱，沼氣攪拌聯(lián)合在一個裝置內(nèi)完成。加壓后的沼氣及生污泥分別射入熱交換器(兼混合器)中，把池內(nèi)的熟污泥抽吸出來，然后從消化池的上部噴入池內(nèi)。Example加熱設備消化池的加熱方法可分為池外加熱和池內(nèi)加熱兩種。池外加熱是通過安裝在池外的熱交換器加熱污泥，可有效殺滅寄生蟲卵。池內(nèi)加熱是將低壓熱蒸汽直接加到消化池，或在池內(nèi)設置盤管加熱。Example第21頁/共42頁二、厭氧消化池的設計污泥厭氧消化工藝種類一級消化工藝污泥單級(單個)消化池內(nèi)進行攪拌和加熱，完成消化過程。二級消化工藝二個消化池串聯(lián)運行，一級消化池與二級消化池的容積比通常取2:1。一級消化池中設置攪拌和加熱以及集氣設備，但不排除上清液，污泥中的有機物分解主要在一級消化池中完成。二級消化池不設攪拌和加熱，而是利用一級消化池排出污泥的余熱繼續(xù)消化，二級消化池應設置集氣和排出上清液的管道。二級消化工藝比一級消化工藝的總耗熱量少，并減少了攪拌能耗、熟污泥的含水率和上清液固體含量。兩相厭氧消化工藝把厭氧消化的第一、第二階段與第三階段分別在兩個消化池中進行，使各自都有最佳環(huán)境條件。

Example第22頁/共42頁池體設計

消化池的有效容積應根據(jù)消化時間和容積負荷確定，消化時間宜采用20~30d，污泥消化時間的倒數(shù)是投配率，揮發(fā)性固體容積負荷即為單位時間單位消化池容積所承擔的揮發(fā)性固體污泥量(VSS)，一般宜為0.6~1.5kg/(m3.d)。

按投配率計算消化池有效容積

(2-9-6)

式中V－－消化池有效容積，m3；

V’－－每天要處理的污泥量，m3/d；

p－－污泥投配率，％。第23頁/共42頁按固體容積負荷計算有效容積

(2-9-7)式中V－－消化池有效容積，m3；

Gs－－每天要處理的污泥污泥干固體，kgVSS/d；

Ns－－污泥固體容積負荷率，kgVSS/（m3.d）。Example第24頁/共42頁9.5污泥的脫水與干化污泥的干化與脫水方法主要有：自然干化與機械脫水等。一、污泥的自然干化其主要構筑物為干化場，可分為自然濾層干化場與人工濾層干化場。前者適用于自然土質(zhì)滲透性能好，地下水位低的地區(qū)。人工濾層干化場又可分為敞開式干化場和有蓋式干化場。干化場脫水主要依靠滲透、蒸發(fā)與人工撇除。降雨量的57%左右要被污泥所吸收，因此在干化場的蒸發(fā)量中必須考慮所吸收的降雨量，但有蓋式干化場可不考慮。影響干化場脫水的因素有：氣候條件與污泥性質(zhì)。干化場設計的主要內(nèi)容是確定總面積與分塊數(shù)，總面積決定于面積污泥負荷（單位干化場面積每年可接納的污泥量，m3/m2.d）。干化場的分塊數(shù)一般不少于3塊。

Example第25頁/共42頁二、機械脫水脫水前的預處理有機污泥均由親水性帶負電荷的膠體顆粒組成，顆粒大小不勻而且很細，揮發(fā)性固體含量高，比阻大脫水性能較差。一般認為進行機械脫水的污泥，比阻值在(0.1~0.4)×109s2/g之間為宜，但一般污泥的比阻均大大地超過該范圍。污泥的預處理也叫污泥調(diào)理，主要方法有：化學調(diào)理法：在污泥中加入混凝劑、助凝劑等化學藥劑，使污泥顆粒絮凝，比阻降低，改善污泥脫水性能。加熱法：污泥經(jīng)熱處理可使有機物分解，破壞膠體顆粒穩(wěn)定性，污泥內(nèi)部水與吸附水被釋放，脫水性能大大改善，寄生蟲卵、致病菌與病毒等可被殺滅。冷凍法：可使污泥顆粒的結構被徹底破壞，脫水性能大大提高，顆粒沉降與過濾速度可提高幾十倍。第26頁/共42頁基本原理污泥機械脫水方法有真空吸濾法、壓濾法和離心法等，其基本原理相同。即以過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動力，使污泥水分強制通過過濾介質(zhì)，形成濾液；固體顆粒被截留在介質(zhì)上，形成濾餅，從而達到脫水的目的。造成壓力差推動力的方法有4種：1）依靠污泥本身厚度的靜壓力（如干化場）；2）在過濾介質(zhì)的一面造成負壓(如真空吸濾脫水)；3）加壓污泥把水分壓過介質(zhì)（如壓濾脫水）；4）造成離心力(如離心脫水)。脫水方法常用的脫水機械有離心脫水機、帶式壓濾機、真空過濾機和板框壓濾機。我國以帶式壓濾機發(fā)展最快。污泥機械脫水設備的選擇應根據(jù)處理規(guī)模、運行費用、運行經(jīng)驗和污泥出路等方面的實際情況選擇確定。第27頁/共42頁第28頁/共42頁真空過濾機宜采用折帶式過濾機或盤式過濾機?；钚晕勰嗟哪囡灪士刹捎?0%~85%，其余可為75%~80%；其真空值的采用范圍宜為200~500mmHg，真空泵的抽氣量宜為每平方米過濾面積0.8~1.2m3/min。宜采用自動排液裝置。壓濾機的泥餅含水率可采用75%~80%。箱式壓濾機和板框壓濾機的設計應符合以下要求：過濾壓力為400~600kPa(約為4~6kgf/cm2)；過濾周期不大于5h；每臺過濾機可設污泥壓入泵一臺，泵宜選用柱塞式；壓縮空氣量為每立方米濾室不小于2m3/min(按標準工況計)；Example第29頁/共42頁三、污泥的干燥與焚燒污泥干燥是將污泥通過處理，去除污泥中絕大多數(shù)毛細管水、吸附水和顆粒內(nèi)部水的方法。焚燒處理能將干燥污泥中的吸附水和顆粒內(nèi)部水及有機物全部去除，使含水率降至零?？煞譃閮煞N：完全燃燒；濕式燃燒（即不完全燃燒）。在下列情況可以考慮采用污泥焚燒工藝：當污泥不符合衛(wèi)生要求，有毒物質(zhì)含量高，不能作為農(nóng)副業(yè)利用；衛(wèi)生要求高，用地緊張的大、中城市；污泥自身的燃燒熱值高，可以自燃并利用燃燒熱量發(fā)電；與城市垃圾混焚燒并利用燃燒熱量發(fā)電。第30頁/共42頁9.6污泥的最終處置與利用污泥最終處置與利用的主要方法是：作為農(nóng)肥與土地利用；污泥堆肥；建筑材料利用；填地與填海造地利用；排海。目前已被逐漸禁止。

Example第31頁/共42頁2.9.1關于污泥分類，以下說法不正確的是？（）污泥可分為熟污泥與生污泥；按來源不同可分為初次沉淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥、消化污泥、化學污泥；初次沉淀污泥和剩余活性污泥可統(tǒng)稱為生污泥，腐殖污泥與消化污泥統(tǒng)稱為熟污泥；污泥按成分不同分為污泥和沉渣。正確答案為C。Return2.9.2關于污泥性質(zhì)，以下說法不正確的是？（）揮發(fā)性固體近似的等于可消化降解的有機物數(shù)量；污泥中所含水分的重量與污泥總量之比的百分數(shù)稱為污泥含水率；濕污泥重量等于污泥所含水分重量與干固體重量之和；濕污泥比重等于濕污泥重量與同體積的水重量之比值。正確答案為A。Return第32頁/共42頁2.9.3污泥含水率從97.5%濃縮到95%，污泥體積減少多少？（）原來體積的20%；原來體積的30%；原來體積的50%；原來體積的75%；正確答案為C。

Return

2.9.4已知初次沉淀池污泥的含水率為95%，其有機物含量占65%，則干污泥和濕污泥的比重為（），（）。1.26,1.008;1.26,1.006;1.25,1.006;1.25,1.008.正確答案為A。Return第33頁/共42頁2.9.5污泥濃縮的方法有？（）重力濃縮，氣浮濃縮，離心濃縮，離心篩網(wǎng)濃縮，微孔濾機濃縮；重力濃縮，氣浮濃縮，離心濃縮，離心篩網(wǎng)濃縮，間歇式濃縮；重力濃縮，氣浮濃縮，離心濃縮，離心篩網(wǎng)濃縮，連續(xù)式濃縮；重力濃縮，氣浮濃縮，離心濃縮，微孔濾機濃縮，連續(xù)式濃縮；正確答案為A。2.9.6下列有關污泥濃縮的說法不正確的有？（）污泥中水的存在形式大致分為4類：空隙水、毛細水、吸附水、內(nèi)部水；污泥濃縮主要去除吸附水的一部分；重力濃縮法按其運行方式可分為間歇式和連續(xù)式；連續(xù)式重力濃縮池的濃縮時間不宜小于12h，但也不要超過24h。正確答案為B。Return第34頁/共42頁2.9.7下列有關污泥厭氧消化的說法中不正確的是？（）污泥厭氧消化的三階段可分為水解發(fā)酵階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷階段；為保證厭氧消化的穩(wěn)定運行，消化液的堿度應保持在2000mg/L(以CaCO3

計)以上；中溫厭氧消化一般不能滿足殺滅細菌的衛(wèi)生要求；消化反應在高溫消化與中溫消化之間的關系是連續(xù)的。正確答案為D。Return2.9.8關于厭氧消化池，以下說法不正確的是？（）厭氧消化的基本池形有圓柱形和蛋形兩種；與蛋形消化池相比，圓柱形消化池攪拌充分、均勻、無死角；蛋形結構與受力條件最好，防滲水性能好，聚集沼氣效果好；圓柱形消化池的池總高與池徑之比通常取0.8~1。正確答案為B。Return第35頁/共42頁2.9.9以下對厭氧消化池的沼氣收集與貯存設備的描述，正確的是？（）一般用集氣罩來調(diào)節(jié)沼氣的產(chǎn)氣量與用氣量；收集沼氣的管徑按總平均產(chǎn)氣量計算，管內(nèi)流速按7~15m/s計；低壓浮蓋式貯氣柜，浮蓋的直徑與高度比一般采用1.5:1；高壓球形貯氣罐一般用于短距離輸送沼氣。正確答案為C。2.9.10厭氧消化池的攪拌方法有？（）聯(lián)合攪拌法，泵加水射器攪拌，沼氣攪拌，間歇攪拌；間歇攪拌，連續(xù)攪拌，聯(lián)合攪拌，泵加水射器攪拌，沼氣攪拌；聯(lián)合攪拌，泵加水射器攪拌，沼氣攪拌；聯(lián)合攪拌，泵加水射器攪拌，沼氣攪拌，連續(xù)攪拌。正確答案為C。Return第36頁/共42頁2.9.11厭氧消化池的加熱方法有？（）池內(nèi)間接加溫，池內(nèi)直接加溫，池外間接加溫；池內(nèi)間接加溫，池外直接加溫，池外間接加溫；池內(nèi)間接加溫，池外間接加溫；池內(nèi)間接加溫，池內(nèi)盤管加溫，池外間接加溫。正確答案為A。Return2.9.12兩級厭氧消化的一級消化池與二級消化池的容積比常用的比值為？（）1.5:1;2:1;2.5:1;3.5:1.正確答案為B。Return第37頁/共42頁2.9.13下列污泥消化池設計條件中何項不符合規(guī)范規(guī)定？（）污泥消化池的個數(shù)不宜少于2個，按同時工作設計