水处理厂污泥处理技术

无论哪种废水处理方法都会产生沉淀物、颗粒物和漂浮物，这些物质与废水分离之后就形成了污泥。污泥是一种介于液体和固体之间粘稠物，悬浮物浓度1～10%；不同的废水处理工艺中污泥的体积占所处理废水的比例是不同的，城市污水活性污泥法处理所产生的污泥体积约占处理水量的0.5～1.0%，但处理和处置设施的投资却占整个污水处理厂的30～40%，有的甚至超过50%；

污泥的处理与处置就是通过适当的技术措施，使污泥无害化，得到利用或返回自然环境。污泥处理与处置的方法包括：降低含水率，缩小体积，变流态为固态，便于运送；稳定有机物，使其不易腐化，不造成二次污染；作为有机肥料、制砖、养殖蚯蚓等综合利用；用于废弃坑道、采石后留下洼地的回填等。

一、污泥的来源、分类、性质

1、污泥的来源

截留废水中悬浮物；

废水中有机物在生物处理工艺中转化为生物体；

投加化学药剂形成的沉淀物；

2、污泥的分类

按来源分类：生活污水污泥；工业废水污泥；给水污泥；按处理工艺分类：沉淀污泥：物理沉淀污泥，混凝沉淀污泥，化学沉淀污泥；生物处理污泥：活性污泥法剩余污泥，生物膜法污泥；

目前的城市污水处理厂的污泥是沉淀污泥和生物处理污泥的混合物；按污泥成分分类：有机污泥：有机物含量高(60～80%)，颗粒细（0.02～0.2㎜)，密度小（1.002～1.006g/mL)，呈胶体结构，亲水性好，易管道输送，脱水性差；无机污泥：有机物含量少，颗粒粗，密度大，含水率低，一般呈疏水性，易脱水，流动性差，不易管道输送。

3、表征污泥性质的参数

含水率Pw：单位质量污泥所含水分的质量百分数；

含固率Ps：单位质量污泥所含固体物质的质量百分数；

挥发性固体（VSS)：600℃条件下燃烧并以气体逸出的固体物质的量；一般作为污泥中有机物含量的表征；

有毒有害物质：病菌、病毒、寄生虫卵；重金属，有毒有害有机物。

初沉污泥量： V=100ρ₀ηq_v /103(100-P)ρ； 

 V=SN/1000；

剩余活性污泥量：以VSS计： Px=Yq_v(ρ_so-ρ_se)-K_dρ_xV；

以SS计：  P_ss=P_x/f；

以体积计：V_ss=100P_ss/(100-P)ρ

污泥中的水分：游离水：存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水分70%；毛细水：存在于污泥颗粒间的毛细管中的水，约占污泥水分20%；内部水：粘附于污泥颗粒表面的附着水和存在于污泥内部的水（包括细胞内水），约占污泥水分10%；浓缩处理可去除一部分游离水，其他游离水和毛细水可通过其他物理方法去除，但内部水只能通过干化除去一部分。

二、污泥的处置及其前处理

1、污泥处理处置的一般原则：

（1）减量化：Pw大于 95% ，体积庞大，须浓缩以缩小体积；Pw大于85%，可以用泵输送；Pw小于80%失去流态，便于运输。70～75%，呈柔软状；60～65%，呈固体状；板框压滤机可使Pw小于60%，适于填埋。34～40%，呈离散状；10～15%，则呈粉末状；右图显示污泥含水率与污泥状态的关系。

（2）稳定化：污泥中的有机物含量高达60～70%，易厌氧分解而产生恶臭；终止污泥中微生物的活动或使易分解的有机物转化为稳定的物质的措施称稳定化；采用好氧或厌氧工艺使污泥中可生物降解的有机物转化为稳定的无机物质；投加石灰，提高污泥pH，终止污泥中微生物的活动，同时杀灭病原体。但化学处理稳定的污泥长时间放置后pH值下降仍会导致微生物恢复活性，产生污泥腐bai而失去稳定性。

（3）无害化：污泥中有害物质：病菌、病毒、寄生虫卵；重金属，有毒有害有机物；污水中的病菌在10分钟内95%吸附于活性污泥，吸附过程符合吸附等温式；重金属和有毒有害有机物会渗出污泥产生二次污染；无害化处理：杀菌、沉淀重金属、固定有毒有害有机物。

2、污泥的处置

按照有关法规，采取适当的技术措施，在环境和经济允许的条件下妥善解决污泥的出路，使污泥得到综合利用或安全地回到环境中去。

(1) 农业利用：污泥中的N、P、K是农作物的肥料，腐殖质良好的土壤改良剂，采用堆肥、厌氧消化等技术措施消除病原体和寄生虫卵，达到卫生要求后使用。重金属是限制农业应用的主要因素：

(2)填埋：稳定处理之后单独填埋或与垃圾混合填埋；根据水文地质和土壤条件选择填埋场位置，避免地下水污染；填埋场渗滤液应妥善处理；定期检测填埋场附近的地表水、地下水和土壤的污染状况。

（3）焚烧：可以大幅度减少体积，并可灭菌。灰分可填埋或利用；尾气应处理；设备投资和运行费用高。

（4）投放海洋：投入远洋，后果尚无定论。

3、污泥处理处置的基本工艺流程

（1）       浓缩→前处理→脱水→好氧消化→土地还原；

（2）       浓缩→前处理→脱水→干燥→土地还原；

（3）       浓缩→前处理→脱水→焚烧（或热分解）→灰分填埋；

（4）       浓缩→前处理→脱水→干燥→熔融烧结→建材；

（5）       浓缩→前处理→脱水→干燥→燃料；

（6）       浓缩→厌氧消化→前处理→脱水→土地还原；

（7）       浓缩→蒸发干燥→燃料；

（8）       浓缩→湿法氧化→脱水→填埋。

污泥浓缩：减少污泥的游离水，降低含水率，减少污泥体积，为后续处理创造有利条件，节省设备投资，降低运行费用，是常用的前处理工艺；常用的方法有：重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩、和水力旋流浓缩等。

沉降法：间歇式污泥浓缩池，主要设计参数为停留时间（9～12h）；时间过长产生厌氧发酵。连续时污泥浓缩池；固体通量：单位时间内，通过浓缩池某一断面的干固体量；主要设计参数有固体同量、水力负荷，停留时间等。气浮浓缩法，适应条件：密度接近于水，疏水性；设计参数：污泥负荷、气固比、水力负荷、回流比。

离心浓缩法：基本原理：利用污泥中固、液两相的密度差，在高速旋转的离心力作用下使两相分离，达到浓缩目的；固体回收率：离心机出口和进口污泥中的固体总量的比值；改制反映离心分离效果和分离液中的SS浓度；为提高分离效果，分离前进行混凝处理；工作效率高，占地小，卫生条件好，但能耗大。

常用离心浓缩机：

笼形立式离心浓缩机：圆锥形笼框内侧面铺上滤布。污泥从笼筐底部流入，沿笼筐徐徐向上，分离水通过滤布进入滤液时，浓缩液通过上边沿排出，完成浓缩过程；过滤和离心双重作用，效果好；

转速较低（900r/min)，操作方便。

卧式螺旋离心浓缩机：以污泥供给管为中心，外筒转速快，起离心分离作用；内部螺杆转速慢，起输送浓缩污泥作用；浓缩液从左边出口排出，分离水从右边出口排出。

水力旋流浓缩：基本原理：利用污泥本身产生旋流的离心力和污泥中固、液密度差达到固液分离目的；工作过程：污泥从进泥管以切线方向高速进入圆筒，形成旋流，并沿锥体下降成为浓缩液；分离液沿旋流器中央形成漩涡竟中心管上升，由出水管溢出；处理量小，易堵塞，操作困难。

污泥的稳定：采取措施使污泥中易生物降解的有机物转化为稳定物质或暂时不产生分解的过程；污泥的稳定方法：（1）生物稳定法：污泥中的有机物在微生物作用下降解为稳定的无机物或变成不易生物降解的有机物的过程；（2）厌氧生物处理法；（3）好氧生物处理法；（4）化学稳定法：采用化学药剂杀灭导致污泥腐bai的微生物，使污泥中的有机物短期内不致腐bai的过程；如氯稳定法：杀灭微生物；石灰稳定法：提高pH，杀灭微生物，沉淀重金属；

污泥的好氧消化：在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，使污泥中的微生物处于内源呼阶段进行自身氧化。该方法可以去除微生物体中的可生物降解部分（约占80%），所以消化程度高，剩余消化污泥量少；

由于有酸性物质产生，污泥必须有足够的碱度以保持消化池内溶液中性，以维持反应正常进行，控制消化液中DO≥2mg/L；控制95%左右，以便于搅拌；优点：污泥中有机物降解程度高；上清液BOD浓度低；消化污泥量少、稳定、易脱水、肥分高、运行管理简单、基建费用低；缺点：能耗和运行费用高；不能回收沼气；上清液SS浓度高；运行过程受气温影响大。

污泥的厌氧消化：在无氧条件下，污泥在厌氧微生物的作用下分解成稳定物质，杀灭病菌和寄生虫卵，达到污泥稳定、减量和无害化。厌氧微生物可分为两类，分别在酸性消化阶段和碱性消化阶段其作用：酸性消化阶段：产酸菌（兼性厌氧菌）起作用，代谢产物都具酸性，且有大量的氢气产生，故亦称酸性发酵或氢发酵；碱性消化阶段：甲烷菌（专性厌氧菌）起作用，将酸性发酵阶段的代谢产物分解为CO2、CH4和NH3， CO2、CH4大量溢出（故称甲烷发酵），而NH3则中和酸性消化阶段产生的酸性物质，创造甲烷菌生存的弱碱性环境；

影响污泥消化的因素：pH制和碱度；酸性发酵佳pH值5.8，碱性发酵佳pH值7.8，其中甲烷菌对pH值敏感，pH值的微小变化都会抑制甲烷菌生长。因此，两个阶段同时进行时，控制pH值7.0～7.6；为使消化液的pH值稳定，要求消化液有较大的碱度；碱性发酵阶段的产生的CO₂和NH₃，可以提高消化液的碱度，增大消化液的酸碱缓冲容量；温度：由于消化池的微生物（尤其是甲烷菌）对温度敏感，所以温度是影响消化的重要因素。温度变化大于1℃/d时，就会对消化过程产生影响。一般设计温度的变化范围不大于0.5 ℃/d；消化池中各种微生物种群均有佳生长温度范围。因此，根据利用微生物种群的不同，可分为中温消化和高温消化，对应的温度范围如图20-10所示；高温消化反应速率快，产气率高，杀灭病原菌的效果好，浮渣少，消化污泥脱水性能好，但能耗高，设备结构复杂；中温消化控制温度35℃左右。，该温度下产气量比较大，生成浮渣也较少，消化液与污泥易分离，能耗相对较低，是目前常用的污泥消化系统。

影响污泥消化的因素：

投配率：每日处理新鲜污泥体积与消化池体积之比，以百分数计；有机负荷率：每日处理新鲜污泥中的干污泥量与消化池体积之比；投配率的倒数是水力停留时间，有机负荷率才真正反映有机物的降解速率。以有机负荷率作为设计依据时，要复核污泥中固体的平均停留时间，以保证污泥的降解时间；工程设计时，有机负荷率小，有机物降解程度高，产气率增加，但是所需消化池容积大；有机负荷率大，有机物降解程度低，产气率减少，但是所需消化池容积小；运行过程中，有机负荷滤过大，消化池中有机酸类机，pH值和池温降低，甲烷菌生长受抑制，可能破坏消化池的正常运行。中温消化式的生活污泥投配率控制6～8%。