水處理廠污泥處理技術(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(shè)施的投資卻占整個(gè)污水處理廠的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(dāng)?shù)募夹g(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(yùn)送;穩(wěn)定有機(jī)物，使其不易腐化，不造成二次污染;作為有機(jī)肥料、制磚、養(yǎng)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、性質(zhì)
1.污泥的來(lái)源
截留廢水中懸浮物;
廢水中有機(jī)物在生物處理工藝中轉(zhuǎn)化為生物體;
投加化學(xué)藥劑形成的沉淀物;
2.污泥的分類
按來(lái)源分類：生活污水污泥;工業(yè)廢水污泥;給水污泥;
按處理工藝分類：
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(dāng)前城市污水處理廠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：
有機(jī)污泥：有機(jī)物含量高(60～80%)，顆粒細(xì)(0.02～0.2㎜)，密度小(1.002～1.006g/mL)，呈膠體結(jié)構(gòu)，親水性好，易管道輸送，脫水性差;
無(wú)機(jī)污泥：有機(jī)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(shù)
含水率Pw：?jiǎn)挝毁|(zhì)量污泥所含水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù);
含固率Ps：?jiǎn)挝毁|(zhì)量污泥所含固體物質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù);
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(jī)物含量的表征;
有毒有害物質(zhì)：病菌、病毒、寄生蟲卵;重金屬，有毒有害有機(jī)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(jì)：Px=Yqv(ρso-ρse)-KdρxV;
以SS計(jì)：Pss=Px/f;
以體積計(jì)：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(xì)水：存在于污泥顆粒間的毛細(xì)管中的水，約占污泥水分20%;
內(nèi)部水：粘附于污泥顆粒表面的附著水和存在于污泥內(nèi)部的水(包括細(xì)胞內(nèi)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(xì)水可通過(guò)其他物理方法去除，但內(nèi)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(yùn)輸。70～75%，呈柔軟狀;60～65%，呈固體狀;板框壓濾機(jī)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(wěn)定化：污泥中的有機(jī)物含量高達(dá)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(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的物質(zhì)的措施稱穩(wěn)定化;采用好氧或厭氧工藝使污泥中可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)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(wěn)定的污泥長(zhǎng)時(shí)間放置后pH值下降仍會(huì)導(dǎo)致微生物恢復(fù)活性，產(chǎn)生污泥而失去穩(wěn)定性。
3.無(wú)害化：污泥中有害物質(zhì)：病菌、病毒、寄生蟲卵;重金屬，有毒有害有機(jī)物;污水中的病菌在10分鐘內(nèi)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(jī)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(jī)物。
2.污泥的處置
按照有關(guān)法規(guī)，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)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(nóng)業(yè)利用：污泥中的N、P、K是農(nóng)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卵，達(dá)到衛(wèi)生要求后使用。重金屬是限制農(nóng)業(yè)應(yīng)用的主要因素：
2.填埋：穩(wěn)定處理之后單獨(dú)填埋或與垃圾混合填埋;根據(jù)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(yīng)妥善處理;定期檢測(cè)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?；曳挚商盥窕蚶?尾氣應(yīng)處理;設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用高。
4.投放海洋：投入遠(yuǎn)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(jié)→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(xù)處理創(chuàng)造有利條件，節(jié)省設(shè)備投資，降低運(yùn)行費(fèi)用，是常用的前處理工藝;
常用的方法有：重力濃縮、氣浮機(jī)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(shè)計(jì)參數(shù)為停留時(shí)間(9～12h);時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生厭氧發(fā)酵。連續(xù)時(shí)污泥濃縮池;
固體通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，通過(guò)濃縮池某一斷面的干固體量;主要設(shè)計(jì)參數(shù)有固體同量、水力負(fù)荷，停留時(shí)間等。
氣浮機(jī)濃縮法，適應(yīng)條件：密度接近于水，疏水性;
設(shè)計(jì)參數(shù)：污泥負(fù)荷、氣固比、水力負(fù)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(zhuǎn)的離心力作用下使兩相分離，達(dá)到濃縮目的;
固體回收率：離心機(jī)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(wèi)生條件好，但能耗大。
常用離心濃縮機(jī)：
籠形立式離心濃縮機(jī)：圓錐形籠框內(nèi)側(cè)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(zhuǎn)速較低(900r/min)，操作方便。
臥式螺旋離心濃縮機(jī)：
以污泥供給管為中心，外筒轉(zhuǎn)速快，起離心分離作用;內(nèi)部螺桿轉(zhuǎn)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(dá)到固液分離目的;
工作過(guò)程：污泥從進(jìn)泥管以切線方向高速進(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(wěn)定：采取措施使污泥中易生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定物質(zhì)或暫時(shí)不產(chǎn)生分解的過(guò)程;
污泥的穩(wěn)定方法：
1.生物穩(wěn)定法：污泥中的有機(jī)物在微生物作用下降解為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物或變成不易生物降解的有機(jī)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(wěn)定法：采用化學(xué)藥劑殺滅導(dǎo)致污泥的微生物，使污泥中的有機(jī)物短期內(nèi)不致的過(guò)程;
如氯穩(wěn)定法：殺滅微生物;
石灰穩(wěn)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(duì)污泥進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的曝氣，使污泥中的微生物處于內(nèi)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(nèi)溶液中性，以維持反應(yīng)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(jī)物降解程度高;上清液BOD濃度低;消化污泥量少、穩(wěn)定、易脫水、肥分高、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、基建費(fèi)用低;
缺點(diǎn)：能耗和運(yùn)行費(fèi)用高;不能回收沼氣;上清液SS濃度高;運(yùn)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(wěn)定物質(zhì)，殺滅病菌和寄生蟲卵，達(dá)到污泥穩(wěn)定、減量和無(wú)害化。
厭氧微生物可分為兩類，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，故亦稱酸性發(fā)酵或氫發(fā)酵;
堿性消化階段：甲烷菌(專性厭氧菌)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pH值5.8，堿性發(fā)酵pH值7.8，其中甲烷菌對(duì)pH值敏感，pH值的微小變化都會(huì)抑制甲烷菌生長(zhǎng)。
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(wěn)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(duì)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(duì)消化過(guò)程產(chǎn)生影響。一般設(shè)計(jì)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生長(zhǎng)溫度范圍。
因此，根據(jù)利用微生物種群的不同，可分為中溫消化和高溫消化，對(duì)應(yīng)的溫度范圍如圖20-10所示;高溫消化反應(yīng)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(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)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(duì)較低，是目前常用的污泥消化系統(tǒng)。
投配率：每日處理新鮮污泥體積與消化池體積之比，以百分?jǐn)?shù)計(jì);有機(jī)負(fù)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(shù)是水力停留時(shí)間，有機(jī)負(fù)荷率才真正反映有機(jī)物的降解速率。
以有機(jī)負(fù)荷率作為設(shè)計(jì)依據(jù)時(shí)，要復(fù)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(shè)計(jì)時(shí)，有機(jī)負(fù)荷率小，有機(jī)物降解程度高，產(chǎn)氣率增加，但是所需消化池容積大;有機(jī)負(fù)荷率大，有機(jī)物降解程度低，產(chǎn)氣率減少，但是所需消化池容積小;運(yùn)行過(guò)程中，有機(jī)負(fù)荷濾過(guò)大，消化池中有機(jī)酸類機(jī)，pH值和池溫降低，甲烷菌生長(zhǎng)受抑制，可能破壞消化池的正常運(yùn)行。中溫消化式的生活污泥投配率控制6～8%。
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