1、教學要求教學要求 1.1.了解污泥的性質，理解固體通量法。了解污泥的性質，理解固體通量法。 2.2.掌握厭養消化的機理及其厭養消化的影響因素掌握厭養消化的機理及其厭養消化的影響因素 3.3.了解污泥脫水的基本原理與方法了解污泥脫水的基本原理與方法, ,以及污泥的最終處理途徑。以及污泥的最終處理途徑。 第八章第八章 污泥的處置污泥的處置一、污泥的分類、性質與排除一、污泥的分類、性質與排除 污泥處理過程中要產生大量污泥(約占總水量的0.3-0.5，含水率按97計）。 含大量有毒有害物質：如寄生蟲卵、病原微生物、細菌、難降解有機物、重金屬離子、氮磷鉀等，必須妥善處理。處理目的： 使污水處理廠能夠正常

2、運行，確保污水處理效果。 使有毒有害物質得到妥善處理。 使有機物得到穩定處理。 使有用物質得到綜合利用（比如用于綠化、改善灘涂、沙漠化等），即實現污泥減量、穩定、無害化及綜合利用。 污泥處理處置費用：約占污水處理廠運行總費用的50左右（與工藝有關），是污水處理中十分重要的一環。污泥處理工藝： 最常見：生污泥濃縮脫水（干燥焚燒）最終處理 次之：生污泥濃縮脫水堆肥。 其它：少用。最終處置： 農用農田、森林、草地、沙漠作肥料或改良計。 填地、投海（已禁止），作能源或建材（已少用），填埋、堆山（未來發展）。1、 污泥的分類、性質及其指標1） 分類與性質 a、按成分分：污泥與沉渣（刮渣,無機為主，大顆粒

3、）。 b、按來源分：初沉污泥、剩余污泥、腐殖污泥（膜法）通稱生污泥或新鮮污泥。 消化污泥（熟污泥）：生污泥經厭養或好氧消化處理后的污泥。 化學污泥：用化學法處理污水后產生的沉淀物。 2） 污泥的性質指標 a、污泥含水率:污泥所含水分重量與污泥總重量比值。 公式：V1/V2=W1/W2=(100P2)/(100P1)C1/C2 式中P1、V1、W1、C1指污泥含水率為P1時的污泥體積、 重量與固體物濃度；P2、V2、W2、C2指污泥含水率為P2時的污泥體積、重量與固體物濃度。 計算：見p329例81 b、揮發固體與灰分：前者為有機物的重量即燒失量，后者為無機物含量即灼燒殘渣。 c、可消化程度：p

4、329式82。消化污泥量式83。 d、濕污泥比重與干污泥比重：p330式88、86。 e、污泥肥分：見p331表81，是良好的有機肥與土壤改良劑，但要慎用，以防作物瘋長。 f、重金屬：見p332表32，污泥農用一定要慎重，并注意土壤的酸堿性。 2、污泥輸送 管道輸送：五個條件見p333，分重力輸送和壓力管輸送，但脫水污泥不行，其一般用卡車和駁船輸送。 輸送設備見p334p336。3、污泥流動的水力特征與水力計算1）污泥流動的水力特征 污泥含水率為99，屬于牛頓流體，此時其水力特征與清水十分相似。但當污泥含水率為96時，其逐步顯示半塑性流動的特征，沿程水損、局部水損與清水不相似。為使污泥處于紊流

5、狀態，下臨界流 速為1.1m/s，上臨界流速1.4m/s，污泥壓力管道設計最小流速1.02.0m/s。 2）壓力輸送管道的沿程水損： Hf6.82(L/D1.17)(V/CH)1.85 式中：CH值查p336表84。由于污泥會在管道沉積，從而加大Hf，應予以修正（見p336圖83），以利于選擇適宜的水泵。對消化污泥，k值變化不大，約為1.01.5；對生污泥及其濃縮污泥，k值較大，約為1.04.0。 3）壓力輸泥管局部水損Hjv2/2g，值見p337表8-5。二、污泥濃縮（二、污泥濃縮（sludge thickeningsludge thickening） 目的：降低污泥含水率（water co

6、ntent sludge）或提高含固率，使之減容或縮小體積，為后續處理創造條件，并降低攪拌、加熱、輸送、脫水能耗,少投加藥劑量與基建投資。 污泥中的水分分類：空隙水（70）、毛細水（20）、吸附水和顆粒內部水（10）。降低污泥含水率的方法：濃縮，去除空隙水；自然干化與機械脫水，去除毛細水；干燥與焚燒，去除吸附水和內部水。具體脫水方法與效果見p338表8-6。1、 重力濃縮(gravity thickening） 分類：連續式與間歇式二類。 1）重力濃縮理論與連續式重力濃縮池的設計a、固體通量法：在單位時間內通過單位面積的固體重量。 固體通量理論是將污泥沉降和壓縮特征同二沉池運行狀態相結合的一種

7、動態分析方法。對一個正常運行的二沉池，其固體通量應處于平衡狀態，即在其泥水界面下的任意一個泥層dx,都有一個由運行條件和污泥性質控制的穩定固體通量經過并向池底傳遞。此時任一斷面dx的固體通量由二部分組成：二沉池污泥回流和排放剩余污泥引起的向下流動；污泥自身重力產生的沉降。其公式表達為G=Gi+Gu=ViCi+uCi=(ViCi+Ci.Q/A) 式中：Gi為污泥重力沉降產生的固體通量(Kg/m2.h)； Ci為污泥濃度(Kg/m3)； Vi污泥濃度為Ci時的污泥重力沉降速度(m/h)； Gu為二沉池下向流固體通量(Kg/m2.h)； u二沉池底流濃度為Cu時的底流速度(m/h)； 二沉池的底流量

8、(m3/h),包括剩余污泥量和回流污泥量； A二沉池斷面面積(m2)； Cu二沉池污泥的底流濃度(Kg/m3)； 在上式中,Gi是與活性污泥的自身沉降性能有關的固體通量,它僅僅與二沉池中污泥顆粒沉降速度有關，可以通過污泥沉降實驗測出。圖1是一條典型的沉降通量曲線，當Ci很低時曲線出現急劇上升；隨著Ci的增加，Gi增長速度達到一個最大值，之后Gi開始下降，當固體濃度達到較大值時，由于顆粒間的相互作用使污泥固體的沉降速率迅速下降，曲線趨向逐步接近零通量。 Gu是與二沉池的運行和污泥回流有關的底流固體通量，當排放剩余污泥量和回流污泥量為Q時，二沉池因底部排泥而向下運動的速率uQ/A，而在圖中呈斜率

9、為u的直線（圖2）。對于常規活性污泥法u值一般為7.110-51.410-4m/s，但對于沸石A/O工藝u值大小與工藝運行參數有關，特別與污泥回流比相關。在實際設計過程中往往選擇幾個不同的值來進行估算。 G為污泥沉降固體通量和底流固體通量之和。根據圖1和圖2可作出總固體通量與固體濃度關系曲線（圖3）。對于達到臨界負荷的二沉池而言，底流污泥濃度達到最大，此時通過總固體通量曲線的最低點，作一條平行于橫坐標的切線，切線的截距，即極限固體通量GL。最低點的橫坐標CL，為污泥的極限固體濃度。切線向右延伸，與底流通量線（直線）相交，其對應的橫坐標Cu即為下向流速為u時的底流排泥濃度(也可不作總固體通量曲線

10、，只在沉降通量曲線內作一條與沉降通量曲線相切、斜率為u、在縱坐標軸上截距為GL的底流線即直線1，它也能反映二沉池內 物料平衡，且在該底流線和沉降通量曲線內即圖中陰影區，二沉池的運行是正常的)。 從圖中可以看出，高的總固體通量與較低的污泥底流濃度對應或較高的污泥底流濃度與較低的總固體通量相對應。即當u很小時可以得到較大的底流排泥濃度（或濃縮效果好的污泥）即直線2，但二沉池的固體通量低，需要通過增加二沉池的體積，來維持較高的總固體通量。反之，必然加大底流速度，降低底流排泥濃度，維持較高的總固體通量（直線3）。 當入流污泥的固體濃度超過CL時或者底流線在沉降通量曲線外時（非陰影區）即圖4中的直線1，

11、如果不加大底流排泥速度，污泥就會在二沉池中積累，泥水界面上升，造成污泥流失，達不到澄清的效果；若加大底流排泥速度，盡管污泥在二沉池內不會積累，但污泥底流濃度降低，濃縮效果差，回流相同污泥的電力消耗加大，也不經濟，此時需要通過增加二沉池的面積來解決。與超負荷相反，二沉池長期低負荷運行時即圖4直線2（陰影區），其底流污泥濃度低于臨界固體濃度，污泥沉降不受影響，可直接沉到二沉池的底部形成小的污泥層，進而造成底流污泥濃度變稀，污泥濃縮效果差，二沉池的濃縮作用未能發揮出來。 總之，二沉池運行的邊界條件制約了二沉池濃縮與澄清間的相互關系。 根據GL的定義，對二沉池與濃縮池，GLAQoCo或AQoCo/GL

12、設計。 b、柯伊克里維什理論（見p340） a、 肯奇理論（p341）自學。2） 重力式連續流濃縮池深度設計 運行工況與池深：見p339圖86，池高由壓縮區高度HS、阻滯區高度和上清液高度HW、池底坡以及超高四個部分組成 壓縮區高度HS計算見p345式836。則HHSHW（1.5）超高（0.3）底坡高度（i.R）。 3） 池體結構與形式 基本構造：由中心進泥管、上清液溢流堰、排泥管、刮泥機、攪動柵組成。 設計參數：刮泥機周邊線速度12m/min，有效水深4m左右；底坡一般5；濃縮效果見表89，但單位改為，濃縮時間1016h，排泥時間間隔8h。2、間歇式重力濃縮池 設計原理同連續式。運行時先排放

13、上清液，后進泥，所以需在濃縮池不同高度設上清液排放管。3、其它濃縮池（自學） 氣浮式、離心濃縮和微孔濾機濃縮。三、污泥的厭養消化三、污泥的厭養消化 1、厭養消化機理：厭養消化過程是由幾大類群不同種類細菌組成的微生物群落共同完成的一系列反應、并使復雜有機物轉化為CH4和CO2等氣體。這些細菌分為四個類群：水解和發酵細菌、產氫產乙酸細菌、同型產乙酸細菌、產甲烷細菌，其中產甲烷細菌又分氫營養型產甲烷細菌和乙酸產甲烷細菌。由于不同微生物具有不同的生理生化特征，因而上述四類細菌可簡單分為產酸細菌和產甲烷細菌二大類。對應的消化過程分成產酸階段和產甲烷階段。在產酸階段中，其主要作用的細菌是水解和發酵細菌，它

14、們的代謝能力強，繁殖速度快（世代一般為幾十min，對環境的適應性強，能將復雜有機物水解為簡單小分子的單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油等，然后 再進一步發酵為各種有機酸和醇類等；第二階段細菌為產甲烷菌，它們的種類相對較少，能利用的基質非常有限，繁殖速度慢，世代時間長（十幾小時，長者46d），受環境因素影響較大，如pH、溫度、有毒有害物質等。 1979年，Bryant等又在此基礎上提出了三階段理論，即水解和發酵階段、產酸產氫階段和產甲烷階段。 第一階段：水解酸化階段，微生物為水解和發酵細菌，包括纖維素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白質分解菌，為專性、兼性厭養菌，分解產物為簡單小分子的單糖、氨基酸、脂肪酸、

15、甘油及CO2、H2等。 第二階段：產氫產乙酸階段，微生物為產氫產乙酸菌（為專性、兼性厭養菌），分解產物為乙酸、丙酸、甲酸、乙醇、丙醇和CO2、H2等。 第三階段：產甲烷階段，微生物為二組生理作用不同的產甲烷菌，為絕對厭養菌，包括甲烷桿菌、球菌、八疊球菌等。其中一組把氫和CO2轉化為甲烷和水；另一組使乙酸脫羧產生甲烷和CO2。三階段消化模式見p355圖821。其中28為氫氣轉化，72%為乙酸轉化。2、 厭養消化的影響因素 厭養消化的影響因素主要有溫度、泥齡與負荷、攪拌與混合、營養與C/N比、pH與堿度、有毒有害物質等。1）溫度：不同的溫度對應于不同的微生物，其負荷和消化速度各異。在中溫區（303

16、6），利用中溫甲烷菌進行中溫厭養消化，負荷0.61.5kgBOD/m3.d，產氣11.3m3/m3.d。在高溫區（5053），利用高溫甲烷菌進行高溫厭養消化，負荷2.02.8kgBOD/m3.d，產氣34.0m3/m3.d。無論高、中溫消化，其溫度的微弱變化（3左右）就會抑制消化速度，甚至停止產氣。 消化時間：指產氣量達到總產氣量90的時間，一般中溫消化為2030d，高溫1015d。2）泥齡與負荷：消化池的容積負荷與水力停留時間的關系見p357圖824。消化效果與泥齡密切相關。 即：CMr/e。式中： Mr為消化池內生物總量;e為消化池每日排除生物量。 可見有機物的降解程度是污泥齡的函數，而不

17、是進水濃度的函數。要想獲得穩定的消化效果必須保持較長的泥齡。 消化池的有效容積： VSv/S式中：Sv為新鮮污泥中揮發性有機物重量，kg/d； S為揮發性有機物的負荷，kgBOD/m3.d。 消化池的投配率：每日投加新鮮污泥體積占消化池有效容積的百分數。一般中溫消化的投配率為58，相應消化時間為12.520d。若投配率過高，則脂肪酸增加，pH明顯下降，消化不完全；反之，則消化池容積加大，投資增加。3）攪拌與混合 由于微生物與底物之間存在傳質問題，必須攪拌和充分混合，改善傳質，較少底物的濃度梯度，提高產氣速率和利于氣體的釋放。常見的攪拌方法有水射器攪拌、消化氣循環攪拌、氣液混合攪拌等。具體見p3

18、61圖826。4）營養與C/N比 根據微生物細胞分子式C5H7NO3，其C/N5：1，若考慮要產生甲烷氣，適宜的C/N比為（1020）：1。若C/N過高，則氮素不夠，微生物增殖速度慢，pH低，而產氣速度下降；反之，C/N過高，氨鹽容易積累，pH上升，抑制消化過程。根據表814的C/N數據，所有污泥的氮素含量均超標，其中初沉池污泥較為適宜厭養消化，混合污泥次之，活性污泥不宜。故傳統活性污泥法等設有初沉池的污泥較為適宜，而不設初沉池的延時曝氣工藝污泥不宜厭養消化處理。 在消化過程中，由于產生甲烷氣，氮被變成氨鹽，因此消化液出水的氨氮濃度較高。5）有毒有害物質 任何物質對甲烷菌的作用都是雙方的促進生

19、長和抑制生長。但產甲烷菌對有毒有害物質非常敏感，因此需要控制它們的濃度。表815列舉了部分物質的閥值范圍。 具體的毒害作用有：重金屬離子與酶結合，使酶失活；硫酸鹽還原消耗基質或底物，產生硫化氫，會對微生物產生毒害作用；在厭養消化過程中，由于有機酸的積累，pH下降，氨氮多以氨鹽的形式出現，當NH4超過150mg/L時，消化受到抑制。6）酸堿度 水解和發酵細菌、產氫產乙酸菌對pH的適宜范圍為56.5，而甲烷菌的范圍為6.67.5。從系統pH平衡看，當水解酸化階段產酸速率超過產甲烷速率，pH就會下降，而對產甲烷菌帶來影響。事實上，水解酸化反應速度快，要想維持反應器內的pH穩定，需要體系的堿度在200

20、0mg/L以上。 水解酸化反應速度快，極易導致反應器內酸性物質積累，并對工藝運行帶來嚴重影響。為解決反應器的酸化問題，擬采用二相厭養工藝，將水解酸化和產甲烷二個過程分二個階段完成，二段間設吹脫硫化氫和堿度調節，改善產甲烷段的厭養環境。 3）厭養消化池的池形、結構與設計（自學）4）二級厭養消化 二級厭養消化是按照沼氣的產生規律進行設計的。由于消化產氣量的80在前8d產生，其它20在后來10余天時間產生。把消化設計成二級，則第一級（8d）消化池設加熱、攪拌、集氣；第二級則利用第一段的余熱繼續消化，產生的氣體可以不收集。由于不攪拌和不加熱，污泥濃縮效果好，節省能源。一級和二級的消化池容積比一般采用2

21、：1。5）二相厭養消化 根據三階段理論和微生物特性設計，一相為前二段，二相為產甲烷階段。各相具有各自的微生物特點和消化速度、環境條件，按二相設計，利于滿足各自的要求。設計：一相投配率100，水力停留時間1d，二相投配率1517，水力停留時間6d左右，一相產氣少，二相設加熱、攪拌和集氣裝置。6）消化池的運行與管理（自學）四、污泥的好氧消化四、污泥的好氧消化 厭養消化要求管理水平高，水力停留時間長，消化池池容大、個數多。對較小污水處理廠，污泥量少，產氣量有限；對于延時曝氣工藝，污泥有機物含量低，已基本穩定；因而不宜采用污泥消化工藝，而宜直接好氧消化。 好氧消化的有缺點見p373，不足之處主要是能耗

22、高。1）好氧消化機理：C5H7NO36O25CO23H2OHNO2 氧化1kg細胞質需氧2kg（理論需氧量），實際要大一些（受傳質和利用率的影響）。污泥的消化率一般在80左右（為什么？），污泥消化過程中，要控制污泥的含水率（95左右），含水率過低則池容大，反之污泥的粘性大，不宜攪拌；由于好氧消化過程會有硝化左右，要注意pH的變化。 2） 好氧消化池的構造與工藝設計（自學） a. 構造：類似完全混合式曝氣器 b.設計：設計參數見p375表816。 c. 曝氣量計算：曝氣的作用：供氧和攪拌。 供氣按供氧和空氣攪拌氣量大的一種取值。 對不同污泥，其需氣量不同(為什么？) 污泥顆粒大小和粘性。五、沼氣

23、的利用五、沼氣的利用1、概述 a、污泥的可消化程度、產沼氣量與污泥的性質、成分（工業廢水的污染物類型、人們的生活質量、膳食結構）有關，具體見p376表817。 b、沼氣性質與成分：無色氣體，主要成分為甲烷、二氧化碳以及硫化氫，具體見表818。 C、我國城市污水處理廠污泥屬低脂肪和低蛋白質、高碳水化合物型，產甲烷低，其甲烷和二氧化碳含量幾乎各占50。2、沼氣脫硫：分干法和濕法二類。 干法脫硫：工藝流程見圖836，首先去除懸浮顆粒，后通過填裝氧化鐵的脫硫塔脫硫。六、污泥的自然干化六、污泥的自然干化( (自學）自學）七、污泥的消毒七、污泥的消毒( (自學）自學）八、污泥的機械脫水八、污泥的機械脫水1、預處理（pretreatment） a. 目的：改善污泥脫水性能、脫水效果、脫水設備生產能力。 原因：機械脫水的對象是毛細水。污泥主要成分是微生物，微生物具親水性和荷點性，比阻大（表820），脫水困難。 預處理方法：化學調理法、熱處理、冷凍法。b、化學調理法：即通過投加混凝劑、助凝劑使污泥絮凝，降低污泥比阻。 混凝劑：無機混凝劑及其高分子聚合電解質（鋁鹽和鐵鹽）；有機高分子聚合電解質（陰陽離子、非離子和兩性型離子）和微生物混凝劑（細胞、細胞提取物和微生物的代謝產物）。 助凝劑：作用是調節pH值、提高多孔格狀網的骨架，改變污泥結構，破壞膠