水處理廠(chǎng)污泥處理技術(shù)

無(wú)論哪種廢水處理方法都會(huì )產(chǎn)生沉淀物、顆粒物和漂浮物，這些物質(zhì)與廢水分離之后就形成了污泥。污泥是一種介于液體和固體之間粘稠物，懸浮物濃度1～10%;不同的廢水處理工藝中污泥的體積占所處理廢水的比例是不同的，城市污水活性污泥法處理所產(chǎn)生的污泥體積約占處理水量的0.5～1.0%，但處理和處置設施的投資卻占整個(gè)污水處理廠(chǎng)的30～40%，有的甚至超過(guò)50%;

污泥的處理與處置就是通過(guò)適當的技術(shù)措施，使污泥無(wú)害化，得到利用或返回自然環(huán)境。污泥處理與處置的方法包括：降低含水率，縮小體積，變流態(tài)為固態(tài)，便于運送;穩定有機物，使其不易腐化，不造成二次污染;作為有機肥料、制磚、養殖蚯蚓等綜合利用;用于廢棄坑道、采石后留下洼地的回填等。

污泥的來(lái)源、分類(lèi)、性質(zhì)

1.污泥的來(lái)源

截留廢水中懸浮物;

廢水中有機物在生物處理工藝中轉化為生物體;

投加化學(xué)藥劑形成的沉淀物;

2.污泥的分類(lèi)

按來(lái)源分類(lèi)：生活污水污泥;工業(yè)廢水污泥;給水污泥;

按處理工藝分類(lèi)：

沉淀污泥：物理沉淀污泥，混凝沉淀污泥，化學(xué)沉淀污泥;生物處理污泥（活性污泥法剩余污泥，生物膜法污泥）

當前城市污水處理廠(chǎng)的污泥是沉淀污泥和生物處理污泥的混合物;

按污泥成分分類(lèi)：

有機污泥：有機物含量高(60～80%)，顆粒細(0.02～0.2㎜)，密度小(1.002～1.006g/mL)，呈膠體結構，親水性好，易管道輸送，脫水性差;

無(wú)機污泥：有機物含量少，顆粒粗，密度大，含水率低，一般呈疏水性，易脫水，流動(dòng)性差，不易管道輸送。

3.表征污泥性質(zhì)的參數

含水率Pw：單位質(zhì)量污泥所含水分的質(zhì)量百分數;

含固率Ps：單位質(zhì)量污泥所含固體物質(zhì)的質(zhì)量百分數;

揮發(fā)性固體(VSS)：600℃條件下燃燒并以氣體逸出的固體物質(zhì)的量;一般作為污泥中有機物含量的表征;

有毒有害物質(zhì)：病菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵;重金屬，有毒有害有機物。

　　初沉污泥量：V=100ρ0ηqv /103(100-P)ρ;

　　V=SN/1000;

　　剩余活性污泥量：以VSS計：Px=Yqv(ρso-ρse)-KdρxV;

　　以SS計：Pss=Px/f;

　　以體積計：Vss=100Pss/(100-P)ρ

污泥中的水分：

游離水：存在于污泥顆粒間隙中的水，約占污泥水分70%;

毛細水：存在于污泥顆粒間的毛細管中的水，約占污泥水分20%;

內部水：粘附于污泥顆粒表面的附著(zhù)水和存在于污泥內部的水(包括細胞內水)，約占污泥水分10%;濃縮處理可去除一部分游離水，其他游離水和毛細水可通過(guò)其他物理方法去除，但內部水只能通過(guò)干化除去一部分。

污泥的處置及其前處理

1.污泥處理處置的一般原則

1.減量化：Pw大于 95% ，體積龐大，須濃縮以縮小體積;Pw大于85%，可以用泵輸送;Pw小于80%失去流態(tài)，便于運輸。70～75%，呈柔軟狀;60～65%，呈固體狀;板框壓濾機可使Pw小于60%，適于填埋。34～40%，呈離散狀;10～15%，則呈粉末狀;右圖顯示污泥含水率與污泥狀態(tài)的關(guān)系。

2.穩定化：污泥中的有機物含量高達60～70%，易厭氧分解而產(chǎn)生惡臭;終止污泥中微生物的活動(dòng)或使易分解的有機物轉化為穩定的物質(zhì)的措施稱(chēng)穩定化;采用好氧或厭氧工藝使污泥中可生物降解的有機物轉化為穩定的無(wú)機物質(zhì);投加石灰，提高污泥pH，終止污泥中微生物的活動(dòng)，同時(shí)殺滅病原體。但化學(xué)處理穩定的污泥長(cháng)時(shí)間放置后pH值下降仍會(huì )導致微生物恢復活性，產(chǎn)生污泥腐敗而失去穩定性。

3.無(wú)害化：污泥中有害物質(zhì)：病菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵;重金屬，有毒有害有機物;污水中的病菌在10分鐘內95%吸附于活性污泥，吸附過(guò)程符合吸附等溫式;重金屬和有毒有害有機物會(huì )滲出污泥產(chǎn)生二次污染;無(wú)害化處理：殺菌、沉淀重金屬、固定有毒有害有機物。

2.污泥的處置

按照有關(guān)法規，采取適當的技術(shù)措施，在環(huán)境和經(jīng)濟允許的條件下妥善解決污泥的出路，使污泥得到綜合利用或安全地回到環(huán)境中去。

1.農業(yè)利用：污泥中的N、P、K是農作物的肥料，腐殖質(zhì)良好的土壤改良劑，采用堆肥、厭氧消化等技術(shù)措施消除病原體和寄生蟲(chóng)卵，達到衛生要求后使用。重金屬是限制農業(yè)應用的主要因素：

2.填埋：穩定處理之后單獨填埋或與垃圾混合填埋;根據水文地質(zhì)和土壤條件選擇填埋場(chǎng)位置，避免地下水污染;填埋場(chǎng)滲濾液應妥善處理;定期檢測填埋場(chǎng)附近的地表水、地下水和土壤的污染狀況。

3.焚燒：可以大幅度減少體積，并可滅菌。灰分可填埋或利用;尾氣應處理;設備投資和運行費用高。

4.投放海洋：投入遠洋，后果尚無(wú)定論。

3.污泥處理處置的基本工藝流程

　　1.濃縮→前處理→脫水→好氧消化→土地還原;

　　2. 濃縮→前處理→脫水→干燥→土地還原;

　　3.濃縮→前處理→脫水→焚燒(或熱分解)→灰分填埋;

　　4. 濃縮→前處理→脫水→干燥→熔融燒結→建材;

　　5.濃縮→前處理→脫水→干燥→燃料;

　　6.濃縮→厭氧消化→前處理→脫水→土地還原;

　　7. 濃縮→蒸發(fā)干燥→燃料;

　　8.濃縮→濕法氧化→脫水→填埋。

污泥濃縮：減少污泥的游離水，降低含水率，減少污泥體積，為后續處理創(chuàng )造有利條件，節省設備投資，降低運行費用，是常用的前處理工藝;

常用的方法有：重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮、和水力旋流濃縮等。

沉降法：間歇式污泥濃縮池，主要設計參數為停留時(shí)間(9～12h);時(shí)間過(guò)長(cháng)產(chǎn)生厭氧發(fā)酵。連續時(shí)污泥濃縮池;

固體通量：單位時(shí)間內，通過(guò)濃縮池某一斷面的干固體量;主要設計參數有固體同量、水力負荷，停留時(shí)間等。

氣浮濃縮法，適應條件：密度接近于水，疏水性;

設計參數：污泥負荷、氣固比、水力負荷、回流比。

離心濃縮法：基本原理：利用污泥中固、液兩相的密度差，在高速旋轉的離心力作用下使兩相分離，達到濃縮目的;

固體回收率：離心機出口和進(jìn)口污泥中的固體總量的比值;改制反映離心分離效果和分離液中的SS濃度;為提高分離效果，分離前進(jìn)行混凝處理;工作效率高，占地小，衛生條件好，但能耗大。

常用離心濃縮機：

籠形立式離心濃縮機：圓錐形籠框內側面鋪上濾布。污泥從籠筐底部流入，沿籠筐徐徐向上，分離水通過(guò)濾布進(jìn)入濾液時(shí)，濃縮液通過(guò)上邊沿排出，完成濃縮過(guò)程;過(guò)濾和離心雙重作用，效果好;

轉速較低(900r/min)，操作方便。

臥式螺旋離心濃縮機：

以污泥供給管為中心，外筒轉速快，起離心分離作用;內部螺桿轉速慢，起輸送濃縮污泥作用;濃縮液從左邊出口排出，分離水從右邊出口排出。

水力旋流濃縮：

基本原理：利用污泥本身產(chǎn)生旋流的離心力和污泥中固、液密度差達到固液分離目的;

工作過(guò)程：污泥從進(jìn)泥管以切線(xiàn)方向高速進(jìn)入圓筒，形成旋流，并沿錐體下降成為濃縮液;分離液沿旋流器中央形成漩渦竟中心管上升，由出水管溢出;處理量小，易堵塞，操作困難。

污泥的穩定：采取措施使污泥中易生物降解的有機物轉化為穩定物質(zhì)或暫時(shí)不產(chǎn)生分解的過(guò)程;

污泥的穩定方法：

1.生物穩定法：污泥中的有機物在微生物作用下降解為穩定的無(wú)機物或變成不易生物降解的有機物的過(guò)程;

2.厭氧生物處理法;

3.好氧生物處理法;

4.化學(xué)穩定法：采用化學(xué)藥劑殺滅導致污泥腐敗的微生物，使污泥中的有機物短期內不致腐敗的過(guò)程;

如氯穩定法：殺滅微生物;

石灰穩定法：提高pH，殺滅微生物，沉淀重金屬;

污泥的好氧消化：在不投加底物的條件下，對污泥進(jìn)行較長(cháng)時(shí)間的曝氣，使污泥中的微生物處于內源呼階段進(jìn)行自身氧化。該方法可以去除微生物體中的可生物降解部分(約占80%)，所以消化程度高，剩余消化污泥量少;

由于有酸性物質(zhì)產(chǎn)生，污泥必須有足夠的堿度以保持消化池內溶液中性，以維持反應正常進(jìn)行，控制消化液中DO≥2mg/L;控制95%左右，以便于攪拌;

優(yōu)點(diǎn)：污泥中有機物降解程度高;上清液BOD濃度低;消化污泥量少、穩定、易脫水、肥分高、運行管理簡(jiǎn)單、基建費用低;

缺點(diǎn)：能耗和運行費用高;不能回收沼氣;上清液SS濃度高;運行過(guò)程受氣溫影響大。

污泥的厭氧消化：在無(wú)氧條件下，污泥在厭氧微生物的作用下分解成穩定物質(zhì)，殺滅病菌和寄生蟲(chóng)卵，達到污泥穩定、減量和無(wú)害化。

厭氧微生物可分為兩類(lèi)，分別在酸性消化階段和堿性消化階段其作用：

酸性消化階段：產(chǎn)酸菌(兼性厭氧菌)起作用，代謝產(chǎn)物都具酸性，且有大量的氫氣產(chǎn)生，故亦稱(chēng)酸性發(fā)酵或氫發(fā)酵;

堿性消化階段：甲烷菌(專(zhuān)性厭氧菌)起作用，將酸性發(fā)酵階段的代謝產(chǎn)物分解為CO2、CH4和NH3， CO2、CH4大量溢出(故稱(chēng)甲烷發(fā)酵)，而NH3則中和酸性消化階段產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，創(chuàng )造甲烷菌生存的弱堿性環(huán)境;

影響污泥消化的因素：

pH值和堿度：酸性發(fā)酵最佳pH值5.8，堿性發(fā)酵最佳pH值7.8，其中甲烷菌對pH值敏感，pH值的微小變化都會(huì )抑制甲烷菌生長(cháng)。

因此，兩個(gè)階段同時(shí)進(jìn)行時(shí)，控制pH值7.0～7.6;為使消化液的pH值穩定，要求消化液有較大的堿度;堿性發(fā)酵階段的產(chǎn)生的CO2和NH3，可以提高消化液的堿度，增大消化液的酸堿緩沖容量;

溫度：由于消化池的微生物(尤其是甲烷菌)對溫度敏感，所以溫度是影響消化的重要因素。溫度變化大于1℃/d時(shí)，就會(huì )對消化過(guò)程產(chǎn)生影響。一般設計溫度的變化范圍不大于0.5 ℃/d;消化池中各種微生物種群均有最佳生長(cháng)溫度范圍。

因此，根據利用微生物種群的不同，可分為中溫消化和高溫消化，對應的溫度范圍如圖20-10所示;高溫消化反應速率快，產(chǎn)氣率高，殺滅病原菌的效果好，浮渣少，消化污泥脫水性能好，但能耗高，設備結構復雜;中溫消化控制溫度35℃左右。，該溫度下產(chǎn)氣量比較大，生成浮渣也較少，消化液與污泥易分離，能耗相對較低，是目前常用的污泥消化系統。

投配率：每日處理新鮮污泥體積與消化池體積之比，以百分數計;有機負荷率：每日處理新鮮污泥中的干污泥量與消化池體積之比;投配率的倒數是水力停留時(shí)間，有機負荷率才真正反映有機物的降解速率。

以有機負荷率作為設計依據時(shí)，要復核污泥中固體的平均停留時(shí)間，以保證污泥的降解時(shí)間;工程設計時(shí)，有機負荷率小，有機物降解程度高，產(chǎn)氣率增加，但是所需消化池容積大;有機負荷率大，有機物降解程度低，產(chǎn)氣率減少，但是所需消化池容積小;運行過(guò)程中，有機負荷濾過(guò)大，消化池中有機酸類(lèi)機，pH值和池溫降低，甲烷菌生長(cháng)受抑制，可能破壞消化池的正常運行。中溫消化式的生活污泥投配率控制6～8%。