第十六章 污泥处理与处置

第十六章污泥处理与处置污泥处理与处置问题是污水处理过程中产生的新问题。

因为首先污泥中含有大量的有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等，它将对周围环境产生不利影响；其次污泥量大，其数量约占处理水量的0.3％～0.5％左右（体积），如进行深度处理，污泥量还可能增加0.5～1.0倍。

对于一个污水处理厂而言，它的全部基建费用中，用于处理污泥的约占20％～50% ，甚至70％，所以污泥处理与处置是污水处理系统的重要组成部分，必须予以充分重视，只有对这些污泥进行及时处理和处置，才能：（1）确保污水处理效果，防止二次污染；（2）使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；（3）使有毒有害物质得到妥善处理或利用；（4）使有用物质得到综合利用，变害为利。

总之，污泥处理和处置的目的是减量、稳定、无害化及综合利用。

图16-1示出了污泥处理与处置的基本流程。

图16-1 污泥处理与处置流程第一节污泥的来源与特性根据废水处理工艺的不同，也即污泥来源的不同，污泥可分为：（1）初次沉淀污泥来自初次沉淀池，其性质随废水的成分而异。

（2）腐殖污泥来自生物膜法后的二次沉淀池的污泥称腐殖污泥。

（3）剩余活性污泥来自活性污泥法后的二次沉淀池的污泥称剩余活性污泥。

（4）消化污泥生污泥（初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥）经厌氧消化处理后产生的污泥称为消化污泥。

（5）化学污泥用混凝、化学沉淀等化学方法处理废水所产生的污泥称为化学污泥。

污泥的特性可用以下几个指标来表征。

1．污泥含水率污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比称为污泥含水率。

污泥含水率一般都很高，密度接近于水、污泥含水率对污泥特性有重要影响。

不同污泥，含水率差别很大。

污泥的体积、重量及所含固体物浓度之间的关系，可用式（16-1）表示： 12212121100100c c p p W W V V =--== (16—1) 式中， V 1、W 1、c 1——污泥含水率为p 1％时的污泥体积、重量与固体物浓度； V 2、W 2、c 2——污泥俞水率为p 2％时的污泥体积、重量与固体物浓度。

由式（16-1）可知，当污泥含水率由99％降至98％，或由98％降至96％，或由97％降到94％，污泥体积均能减少一半。

也即污泥台水率越高，降低污泥的含水率对减容的作用则越大。

式（16-1）适用于含水率大于65％的污泥。

因含水率低于65％以后，污泥内出现很多气泡，体积与重量不再符合式（16-1）关系。

表16-1 污泥含水率及其状态不同含水率下的污泥状态如表16-1所示。

2.挥发性固体(或称灼烧减重)和灰分(或称灼烧残渣) 挥发性固体近似地等于有机物含量；灰分表示无机物 含量。

3.污泥的相对密度污泥的相对密度等于污泥重量与同体积的水重量之比值。

由于水的相对密度为1，所以污泥的相对密度γ可用下式计算： ()()p p p p p p s s s -+=-+-+=100100100100γγγγ (16—2) 式中 γ——污泥的相对密度；p ——污泥含水率，％；γS ——污泥中干固体平均相对密度。

干团体包括有机物（即挥发性固体）和无机物（即灰分）两种成分，其中有机物所占百分比及其相对密度分别用p v ，γV 表示，无机物的相对密度用γa 表示，则污泥中干固体平均相对密度γS 可用式（16-3）计算:a V V V sp p γγγ-+=100100(16—3) 即 ()V a V V s a s p γγγγγγ-+=100100 (16—4)有机物相对密度一般等于1，无机物相对密度约为2.5～2.65，以2.5计，则式（16-4）可简化为： V s p 5.1100250+=γ (16—5)将式（16-5）代人式（16-2）得污泥相对密度的最终计算式： ()()V p p p 5.110010025025000+-+=γ (16—6)确定污泥相对密度和污泥中干固体相对密度，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值。

第二节 污泥调理影响污泥的浓缩和脱水性能的因素主要是颗粒的大小、表面电荷水合的程度以及颗粒间的相互作用。

其中污泥颗粒的大小是影响污泥脱水性能的最重要的因素，因为污泥颗粒越小，颗粒的比表面积将越大（按指数规律增大），这意味着更高的水合程度和对过滤（脱水）的更大阻力及改变污泥脱水性能要更多的化学药剂。

污泥中颗粒大多数是相互排斥而不是相互吸引的，首先是由于水合作用，有一层或几层水附于颗粒表面而阻碍了颗粒相互结合。

其次，污泥颗粒一般都带负电荷，相互之间表现为排斥，造成了稳定的分散状态。

污泥调理就是要克服水合作用和电性排斥作用。

增大污泥颗粒的尺寸，使污泥易于过滤或浓缩，其途径有二：第一是脱稳、凝聚，脱稳依靠在污泥中加入合成有机聚合物、无机盐等混凝剂，使颗粒的表面性质改变并凝聚起来，由于要投加化学药剂，从而增加了运行费用；第二是改善污泥颗粒间的结构，减少过滤阻力，使不堵塞过滤介质（滤布）。

无机沉淀物或一定的填充料可以起这方面的作用。

污泥经调理能增大颗粒的尺寸，中和电性，能使吸附水释放出来，这些都有助于污泥浓缩和改善脱水性能。

此外，经调理后的污泥，在浓缩时污泥颗粒流失减少，并可以使固体负荷率提高。

最常用的调理方法有化学调理和热处理。

此外还有冷冻法和辐射法等。

为减少调理的化学药品用量。

还可采用物理洗涤——淘洗法。

一、化学调理化学调理实质是向污泥中投加各种混凝剂，使污泥形成颗粒大、孔隙多和结构强的滤饼。

所用的调理剂有三氯化铁、三氯化铝、硫酸铝、聚合铝、聚丙烯酸胺、石灰等。

无机调理剂价廉易得，但渣量大，受PH值的影响大。

经无机调理剂处理污泥量增加，污泥中无机成分的比例提高，污泥的燃烧价值降低；而有机调理剂则与之相反。

综合应用2—3种混凝剂，混合投配或依次投配，能提高效能。

如石灰和三氯化铁同时使用，不但能调节PH疽，而且由于石灰和污水平的重碳酸盐生成的碳酸钙能形成颗粒结构而增加了污泥的孔隙率。

调理剂投加范围很大，因此在特定的情况下，最好是经过试验决定最佳剂量。

二、热调理热调理使污泥在一定压力（1～1.5MPa）下短时间加热（160～200℃）。

这种调理方法使固体凝结，破坏凝胶体结构，降低污泥固体和水的亲合力。

而且污泥也被消毒，臭味几乎被消除，并易于在真空或压力过滤机中过滤。

热调理法可用以调节各种混合的有机废水污泥，包括难以处置的剩余活性污泥，最适宜于生物污泥，未曾发现工业废物对污泥热调理有影响、热调理的缺点是能耗较高，操作技术水平要求高，有臭气放出，且调理后的污泥在过渡后所得滤液有机物浓度很高。

热调理法与湿式氧化并不相同，在湿式氧化中要加入空气以使污泥在高温下有比较深的氧化程度；热调理则不让污泥中的有机物氧化。

三、淘洗淘洗是一项单元操作，在操作过程中将固体或固-液混合物与液体完全混合，使某些组分转移到液体中。

典型的例子是将消化污泥在化学调理以前进行洗涤，以去除可能消耗大量化学药品的某些可溶性有机和无机组分。

淘洗液中的BOD和COD值都很高，需回流到废水处理装置去处理。

淘洗能降低碱度，从而降低调理化学药品的投加量，但通常洗涤污泥的费用超过由于降低调理化学药品所节省的费用。

而且由于从污泥中洗出来的细小的固体在主要的废水处理装置中可能不能完全被截留，因而，虽然过去采用的这种操作比较普遍，现在不提倡采用这种方法。

第三节浓缩将污泥浓缩以减少体积，对于减少后续处理过程如消化、脱水、干化和焚烧等的负担都是非常有利的。

污泥中所含水分大致分为4类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70％；毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20％；污泥颗粒表面吸附水和颗粒内部水（包括细胞内部水），约占10％。

见图16-2所示。

降低含水率的方法有：浓缩法，用于降低污泥中的空隙水，因空隙水所占比例最大，故浓缩是减容的主要方法；自然干化法和机械脱水法，主要脱除毛细水；干燥与焚烧法，主要脱除吸附水与内部水。

不同脱水方法的效果列于表16-2。

表16-2 不同脱水方法及脱水效果表污泥浓缩的技术界限大致为：活性污泥含水率可降至97％～98％，初次沉淀污泥可降至85％～90％。

污泥浓缩可分为重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。

三种方法各有优缺点（见表16-3），需要时根据具体要求选择。

一、重力浓缩法根据运行方式不同，重力浓缩法可分为连续式和间歇式两种。

相应地，重力浓缩池也分为连续式和间歇式两种。

表16-3 各种浓缩方法的优缺点连续流重力浓缩池的基本构造见图16-3。

其基本工况为：污泥由中心进泥管1连续进泥，浓缩污泥通过刮泥机4刮到污泥斗中，并从排泥管3排出，澄清水由溢流堰溢出。

该连续流重力浓缩池的特点是，它装有与刮泥机一起转动的垂直搅拌栅，能使浓缩效果提高20％以上。

因为搅拌栅通过缓慢旋转，可形成微小涡流，有助于颗粒间的凝聚，并可造成空穴，破坏污泥网状结构，促使污泥颗粒间的空隙水与气泡逸出。

浓缩池必须同时满足：（1）上清液澄清；（2）排出的污泥固体浓度达到设计要求；（3）固体回收率高。

如果浓缩池的负荷过大，处理量虽然增加，但浓缩污泥的固体浓度低，上清液浑浊，固体回收率低，浓缩效果就差；相反，负荷过小，污泥在池中停留时间过长，可能造成污泥厌氧发酵，产生氮气与二氧化碳，使污泥上浮，同样使浓缩效果降低，往往需要加氯以抑致气体的继续产生。

上述情况在浓缩池的设计中必须考虑。

设计重为浓缩池时，最主要的是确定水平断面面积，计算该面积的理论与公式很多，下面仅介绍其中一种——Dick 理论。

该理论是Dick 于1969年采用静态浓缩试验的方法，分析了连续重力浓缩池的工况后提出的。

首先介绍一下浓缩池横断面的固体通量这一概念，它是指单位时间内，通过单位面积的固体重量叫固体通量（kg/(m 2h))。

当浓缩池运行正常时，通过浓缩池任一断面的固体通量G 等于浓缩池底部连续排泥所造成的底流牵动通量G U 和污泥自重压密所造成的固体静沉通量G i 之和。

底流牵动通量G U 与该断面处的污泥固体浓度C i 存在如下关系： i u uG G = (16—7)式中，u 指由于底部排泥导致产生的界面下降速度，大小为底部排泥量Q U （m 3/h ）与浓缩池断面积A （m 2）的比值。

因此，只要底部排泥量保持不变，则u 亦不变，即G U 与C i 成直线关系（见图16-4中直线1）。

运行资料统计表明，活性污泥浓缩池的u 一般为0.25～0.51m/h 。

固体静沉通量G i 与该所面处的污泥固体浓度C i 也存在如下关系： i i i C v G = (16—8)式中，v i 是污泥固体浓度为C i 时的界面沉速。

它可通过在固体浓度为C i 的沉降曲线上过起点作切线而求得，见图16-4(a),v i =H 0/t i 。

针对不同C i ，有不同的V i ，因此固体静沉通量G i 与C i 的关系亦可确定，见图16-4（b ）中的曲线2。