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,学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,厌氧消化的影响因索: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: ①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 (2)剩余污泥:来自活性污泥法后的二沉池污泥 酸 (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: P.V1,W,C一污泥含水率为P,时的污泥体积、重量与固体物浓度: P2,V2,W2,C2一污泥含水率变为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,GY: 灰分表示无机物含量,又称灼烧残渣,GR。 灼烧减量GY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G和 灼烧残量GR的关系为: GY=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 R,=0-A)x10 PrPn 式中R一可消化程度,%: P1,P2一分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量,% P,P2一分别表示生污泥及消化污泥的有机物含量,%。 式中:v一消化污泥量,m/ p一消化污泥含水率,%,取周平均值 V一生污泥量,m/d,取周平均值 P一生污泥含水率,%,取周平均值 P、一生污泥有机物含量,%: R一可消化程度,%: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y,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: y=P+00-P 100y p+400-DP,,+000-P) 产 式中 一湿污泥比重: P—污泥含水率,%: y。—干污泥的比重
如果污泥干物质中,灼烧减量为,灼烧减量和灼烧残量的比重分别为Y、 和Y。则干物质的平均比重为: 100=2+100-p. 100 X=1007,+p,-0:-7) 式(7-1-6) 有机物比重(灼烧减量Y,)一般等于1,无机物比重(灼烧残量y)约为2.5 ~2.65,以2.5计,则上式可简化为: 250 Y=000+157) 式(7-1-7) 将上式代入式y计算(得: 25000 Y=250.P+000-Py000+1.5Y,) 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(、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。营养物主要包括氨、磷 和钾。氮能促进植物茎叶的生长,其中硝酸盐氯可被植物直接利用,氨氨要在土 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 虫害的抓抗能力。钾能促进植物的生长活力,是发育木质枝干、果浆,构成叶绿 索的重要成分,并能促讲茎叶生长和增加抓抗病虫宝的能力。 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,1955一1972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,使稻米含铜, 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。 (参教村) ①生污泥→浓缩·消化→自然干化·最终处置 ②生污泥→浓缩·自然干化一堆肥→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生污泥一湿污泥池→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9597%,剩余 污泥达99%以上,故污泥体积大,需对污泥进行脱水处 理。 L.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: 图8-4污泥水分示意 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86。 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 图8-12有刮泥机及搅动的连续式重力浓缩池 1一中心选泥管:2 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: 垂直搅拌枥: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1-2mmin, 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: (8-27) G. v:C:C. ②污泥层高度 H,-O.Ca(p-ps) Ps(P-p.)A ③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,从汇体中释放出米,大量微小气泡附着在污泥颗粒周围 审污泥颜节比重减小而被猫制上浮,大到浓缩目的。 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,改变气一液或固一液界面 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休。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,分解成脂防酸及 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一产甲烧菌的作用下转化 成CH,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烧。 3.污泥厌氧消化反应式 ①含氮有机物的厌氧消化反应 CHoN+[n号2+4]o[2+g--君d]cH+4N4 +[登-号+冬+名d]00+能量 ②不含氮有机物的厌氧消化反应通式(即伯兹伟尔一莫拉通式) CH0,+[n-号-多]60一[受+骨]aH+[受8+]o0+能量 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索,因此厌氧反应的各项影响因索 也以对甲烧菌的感响因素为准。 1.温度影响 根据甲烷菌对温度影响适应性
中温甲烷南中温消化 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,消化池内脂肪酸可能积崇,州 下降,污泥消化不完全,产气率降低:投配率过低污泥消化较完全,产气率较高, 消化池容积大,基建费用增高。根据我国污水处理厂的运行经验,城市污水处理中 温消化的投配率以5~8%为宜,相应的消化时间为12.5一20d。 3.搅拌和混合 目的:(1)生、熟污泥充分混合。 (2)避免污泥结块,加速消化气释放 方法有:(1)泵加水搅拌法: (2)消化气循环搅拌法: (3)混合搅拌法。 4.营养与C/N比 营养由污泥提供C:能源:合成新细胞 放污泥中C/小应为(10一20):1为宜。 CN↑,则消化液缓冲能力↓,p CN,,则氮量过多,H可能↑,铵盐容易积紫,会抑制消化进程: 表8-14各种污泥C/八 污泥种类 C/N 初沉污泥 (9.04~10.35):1 活性污泥 (4.60-5.04):1
混合污泥 (4.80~7.50):1 从CN上看,初沉污泥,比较适宜,混合污泥次之,活性污泥不大适宜 单独进行消化处理。 5、有毒物质(扫描p236表8-6) 有毒是相对的,有两方面作用:有抑制甲烷细南生长和促进作用,关于在 于浓度界限,这个界限浓度,称为毒阌浓度。见表86 有抑制作用主要有重金属离子、S2-等。 (1)重金属离子抑制作用(米源于工业废水): 1)与酶结合产生变性物质,酵变性,如: R-SH Me+R-S-Me H+ 2)重金属离子及其氢氧化物的絮凝作用使酵沉淀 (2)s2-的作用: S是细南生长所需的元素:S2与重金属形成沉淀,减弱重金属离子的危害 若S2-溶液过高,产生H2S有抑制作用,降低消化气质量与产量:腐蚀金属 设备。 (3)NH:超过150mg/L,消化受到抑制。 6.酸碱度、PH值、和消化液的缓冲作用。 由厌氧消化过程可知: 第一阶段、二阶段产物为酸,PH值下降。 第三阶段有机酸分解,PH值上升。 若第一、二阶段反应速度超过第三阶段,有机酸积崇,PH值下降,影响 甲烷南生活环境。 消化液的缓冲作用: 原因:有机物分解产生CO2和NH3(以NH4NCO3形式) 故要求:消化液中碱度浓度2000mg/L以上,脂肪酸在2000mg/L以上,保证 缓冲作用发挥。 17.3.4厌氧消化池池形、构造与设计 1.消化池的构造 池形有两种:园柱形与蛋形