污泥处理和处置

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10.1 污泥的来源、性质、数量 10.1.1 污泥的种类、性质及主要指标 一．污泥的种类
（1）初沉污泥； （2）剩余污泥； （3）消化污泥； （4）化学污泥。 二．污泥的性质和指标 污泥处理原则是“减量化、无害化、稳定化和资源化”。减量化 指去除污泥中的水分。资源化指在符合成本原则下将有用成分回收利 用。无害化、稳定化指将可分解的成分分解成稳定的化学形态物质或 将有毒成分转化成低毒化学物质。这些都需要了解污泥的性质和指 标。 污泥的性能指标 （1）含水率与含固率； 含水量的下降会使污泥体积明显，比如含水率从 p1 降低为 p2， 污泥体积由 VSS（1）减小为 VSS（2）：
污泥焚烧处置虽然一次性投资高，但由于它具有其它工艺不可替 代的优点，特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等 方面，因此成为污泥最终出路的解决方法。
自 1962 年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以 来，焚烧的污泥量大幅度增加。目前德国共有 39 家污泥焚烧厂，其 中 10 家混烧城市废弃物，20 家焚烧城市污水污泥，另 9 家焚烧工业 污泥。70％的焚烧炉为鼓泡流化床。污泥含水率在 45％～80％间。 在柏林自 1985 年来运行着欧洲最大的流化床污泥焚烧炉，处理 75％ 水分的污泥 15t/h。在国外，特别是西欧和日本采用焚烧法已得到了 广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的 60％以 上，现在日本规模较大的污水处理厂都采用焚烧法处理污泥。2005 年欧盟采用焚烧处理污泥的比例提高到了 38%。
早在 20 世纪 40 年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干化器 来干化污泥。由于污泥热干化技术要求和处理成本较高，所以这项技 术直到 20 世纪 80 年代末期在瑞典等国家的成功应用之后，才在发达 国家推广起来。在发达国家，污泥干化和燃料化被认为是有望取代现 有的污泥处理技术最有发展前途的方法之一。
10.2.1 污泥浓缩 一 概述
污泥中所含水分大致分为 4 类：（如图示）（1）颗粒间的空隙
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水、约占总水分的 70%。（2）毛细水，即颗粒间毛细管内水，占 20% （3）吸附水, 两者约占 10% （4）内部水 污泥的含水率很高：初沉污泥介于 95—97%，剩余污泥达 99%以上， 故污泥体积大，需对污泥进行脱水处理。 二 方法: （1）浓缩法：去除的水主要是空隙水。因空隙水占多，故浓缩是污 泥减量的主要方法; （2）自然干化法与机械脱水法，去除的水主要是毛细水。 (3) 干燥与焚烧法，对象，脱除吸附水与内部水。 (一) 污泥浓缩
原理与气浮法去除水中的 SS 基本相同：在加压情况下，将空气 溶解在澄清水中，在浓缩池中降至常压后，所溶解空气即可变成微小 气泡，从液体中释放出来，大量微小气泡附着在污泥颗粒周围，使污 泥颗粒比重减小而被强制上浮，达到浓缩目的。常用的气浮浓缩污泥 的流程是部分回流水加压溶气气浮。 .
气浮浓缩流程图.swf
污泥浓缩的对象是剩余污泥、含水率由 99%以上降至 95%左右。 意义：可减少后续处理和机械脱水调节污泥的混凝剂用量、设备 容量大大减少。方法有，重力浓缩法、污泥气浮浓缩法、离心浓缩法 等。 1 重力浓缩 （1）浓缩过程和浓缩曲线 浓缩过程有成层沉降向压缩沉降的过渡，分界点或说临界点在哪 里？这个点简称 K 点。 （2）重力浓缩池水平截面积的计算方法 1）沉降曲线简化计算法 ① 通过沉降试验绘制沉降曲线，求 K 位置； ② 从污泥浓缩的浓度确定 Hu，
X＝yQ(S0 Se ) Kd XV yobsQ(S0 Se )
（5） 剩余污泥体积 上式计算的是 VSS，转化为 SS： △XSS = △XVSS/ f VSSρ (1-p) = △XSS
三 污泥中的水分及其对污泥处理的影响 （1）污泥中的水存在形式分类 游离水，70％
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毛细水，20％ 内部水，10％ 减容方法（浓缩）去除的水是哪些部分的水？ 污泥的体积与含水率 （2） 污泥中的含水率对污泥处理的影响 浓缩 运输 压缩 填埋 焚烧 10.2 污泥处理处置的方法 可供选择的方案大致有： （1）生污泥→浓缩→消化→自然干化→最终处置； （2）生污泥→浓缩→自然干化堆肥农肥； （3）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置； （4）生污泥→浓缩→机械脱水→干燥焚烧→最终处置； （5）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→干燥焚烧→最终处置。 （5）是最完全处理方案。
污泥处理原则是“减量化、无害化、稳定化和资源化”，欧洲国 家目前污泥的主要处置方式为农用、填埋和焚烧。卫生填埋操作相对 简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严 重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生 填埋始于 20 世纪 60 年代，污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国 在前几年应用最广的处置工艺。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城 市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高（例如德国从 2000 年起，要求填埋污泥的有机物含量小于 5％），许多国家和地区甚至 坚决反对新建填埋场。1992 年欧盟大约 40％的污泥采用填埋处置， 近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，例如英国污泥填埋比例由 1980 年的 27％下降到 2005 年的 6%。美国的污泥的主要处置方法是 循环利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁 止污泥土地填埋。据美国环保局估计，今后几十年内美国 6500 个填 埋场将有 5000 个被关闭。 近年来，随着污泥农用标准（如合成有机物和重金属含量）日益严格 的趋势，许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降 低。
法设计的污泥浓缩效果不一样。
4）重力浓缩池。分类：连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池
① 连续式重力浓缩池, 多采用辐流式和竖流式重力浓缩池。
② 间歇式重力浓缩池 特点： a. 多采用竖流式
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b. 在浓缩池深度方向的不同高度设上清液排放管。 c、浓缩时间一般采用 8—12h。 2 污泥气浮浓缩
适用于污泥颗粒比重接近于 1 的、沉降浓缩效果不好的活性污 泥。
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浓缩浓度的浓缩时间，从而计算设计的 At。而固体通量法根据污泥浓 缩的固体通量和底流排泥引起的固体通量，求出最小固体通量来求出
At。显然最小固体通量污泥浓缩的固体通量和底流排泥引起的固体通 量有关，当底流排泥速度大于或小于 K 点的沉降速度（浓缩速度），
相应浓缩的污泥浓度就小于或大于沉降曲线简化计算法设计的污泥
uCi
当固体通量为 Gt，进泥流量为 Q0，进泥浓度为 C0，则有下式：
Q0C0 Gt At
At

Q0C0 Gt
由上式可计算浓缩池的水平面积 At。
3）沉降曲线简化计算法和固体通量法的联系
这两种方法设计的结果是不是一致的呢？沉降曲线简化计算法
是基于污泥的沉降规律，找出 K 点，根据 K 点的沉降速度求出达到
发达国家污泥焚烧的比例非常高。以焚烧为核心的处理方法是最 彻底的处理方法，这是因为焚烧法与其它方法相比具有突出的优点： （1）焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，因而最终需要处置 的物质很少，焚烧灰可制成有用的产品，是相对比较பைடு நூலகம்全的污泥处置 方式。
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（2）焚烧处理污泥处理速度快，不需要长期储存。 （3）污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。 （4）可以回收能量，用于污泥自身的干化或发电、供热，相应降低 污泥处理成本。 （5）能够使有机物全部燃尽，杀死病原体。
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HuCu A H0C0 A
Hu

H 0C0 Cu
Hu 肯定在 K 点的水平线以下。
图 10.2-1 污泥沉降曲线 ③ 污泥界面高度 H 随时间 t 的函数微分随时间延长是逐渐降低的， 在 K 点的切线就是污泥界面高度 H 随时间 t 的函数在 K 点的微分， 即 K 点的沉降速度，按这个沉降速度需要多长时间能够达到与 Hu 水 平线相交点 tu;
第十章 污泥的处理、处置 10.1 污泥的来源、性质、数量 10.2 污泥处理处置的方法 10.2.1 污泥浓缩 10.2.2 污泥的稳定 10.3 污泥的脱水和调理 10.3.1 脱水性能的评价指标 污泥比阻扩展阅读 10.3.2 污泥的脱水设备 10.4 污泥的处置
第十章 污泥的处理、处置 前面我们看到，进水中含有的悬浮物，在前处理或预处理得到去
污泥焚烧被分为直接焚烧和干化后焚烧两种。 （1）直接焚烧
污泥的直接焚烧是将高湿（含水率 80%~85%）污泥在辅助燃料 作用下，直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥含水量大、热值低，需要消 耗大量的辅助燃料。由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，
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尾气处理需要庞大的设备。 （2）干化后焚烧
污泥因含水率高，不能简单作为燃料应用。污泥要作为燃料，必 须开发出独特的干化技术和燃烧技术，使低热值的污泥转变成高热值 的可用燃料，然后通过焚烧炉对污泥燃料进燃烧。污泥的干化最早是 二十世纪四十年代开发的。经过几十年的发展，污泥干化的优点正逐 渐显现出来。干化后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从 而减少了储存空间。以含水率 85%的湿污泥为例，干化至含水率 40% 时，体积可减少至原来的 1/4，污泥的形状成为颗粒，有利于焚烧处 理。在焚烧工艺前采用污泥干化工艺的目的是实现污泥的减量化、提 高污泥热值、节省后续焚烧处理的费用，以及达到更优的焚烧效果。 干化后的污泥经高温焚烧后产生的灰体积将缩小 90%以上，有毒有机 物热分解彻底，焚烧产生能源可回收利用，灰、渣可作为建材材料使 用。
图 10.2-2 污泥浓缩过程中的固体通量曲线
分析 vi 和 ci 对 Gs 的贡献,开始成层沉降，界面匀速下降，浓度不变， 接着进入过渡层，界面下降速度降低，浓度逐渐增加，到压缩层，界
面下降速度和浓度增加都减小。如果底部排泥的排泥流量为 Qu，则
由底部排泥引起的污泥向下的流量是：
Gb

QuCi A
浓缩浓度。当底流排泥速度等于 K 点的沉降速度（浓缩速度），这
两个设计结果一样。从式（10.2-3）和（10.2-8）可以得出：