第八章 污泥处理

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• 一般而言，在水解和酸化阶段，废水中的BOD或 COD值变化不大。在气化阶段，由于构成BOD或 COD的有机碳多以CO2和CH4的形式逸出，才使 废水中的BOD或COD值始有明显降低。
• 但是在水解和酸化阶段过程中，可生化性显著提 高。
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好氧生物处理
厌氧处理
应用范围 能耗
容积负荷 产泥质、量
（2）污泥体积与含水率的关系
污泥的体积，重量及污泥所含固体物浓度之间的关系， 可用下式表示：
V1 = W1 = 100
p2
=
C 2
V2 W2 100 p1 C1
V1 , W1 ,C1:表示含水率为p1时的污泥体积,重量与固体浓度 (以污泥中干固体所占重量%计算).
V2 , W2, C2 :表示率为p2时污泥体积,重量与固体浓度.
（7） 污泥的菌组成: 为防止利用污泥过程中传染病,必须进行寄生虫卵的
检查和处理。
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4、污泥的数量
• 废水处理中产生的污泥数量，视废水水质与处理工艺而 异。 例如，当沉淀时间为1.5 h，含水率为95%时，每人产 生的初次沉淀污泥量约为0.4~0.5 L/d。
• 每人产生的二次沉淀污泥：生物滤池后为0.11 L/d(含水 率95％，沉淀时间0.75 h)；高负荷生物滤池后为0.4 L/d(含水率96%，沉淀时间1.5 h)；曝气池后为2.2 L/d(含水率99.2％，沉淀时间为1.5 h)。
• 浓缩有间歇式和连续式两种操作方式。浓缩方法 分重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩，其中重力浓 缩应用最广。
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污泥浓缩池
8.3 污泥的厌氧消化
1、概述
2、厌氧消化基本原理
3、厌氧消化影响因素
4、厌氧消化工艺与设备
5、厌氧生物处理新进展
6、厌氧生物反应器的设计和应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7、消化池的运行与管理
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1、 概述
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污泥处理、处置中的问题1
• 污泥的成分及危害
有机物60~90％
病原菌 重金属 毒性有机物
地表水 地下水 土壤
太湖
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污泥处理、处置中的问题2
• 目前的现状 弃置
进入垃圾卫 生填埋场 焚烧
堆置
未脱水直接排放 直接排放 流出厂外 填埋施工困难 造成填埋场失稳 对填埋场影响 一次性投入大 运行费用高 重金属累积污染 市场销纳
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（5） 湿污泥比重与干污泥比重 湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积水重量的比值， 由于水的比重等于1.
湿污泥的比重可用下式计算：
=
P P
+ +
(100 (100
P) =
100 S
P) PS + (100
P)
S
：湿污泥比重 P：污泥含水率（%）
S ：干固体平均比重（即挥发性固体与灰分的平均比重）
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=
250
= 1.26
100 + 1.5 × 65
湿污泥比重
= 100S pS + (100
= p)
95
100 ×1.26 ×1.26 + (100
= 1.008 95)
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（6） 污泥肥分
污泥中含N，P(P2O5)和K(K2O) 污泥中腐殖质是良好的土壤改良剂,可改善土壤的结构性能, 提高保水能力和抗蚀性能.
8.2 污泥的浓缩
1、污泥水的分类
2、污泥浓缩 (thickening)
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1、污泥水的分类
间隙水 （占70% 用浓缩法分离） (1)污泥水分 毛细管结合水 （占20% 用高速分离法分离）
表面吸附水 （占7% 用加热法分离） 内部水 （占3% 用高温或冷冻法分离）
表 内 间
毛 25
（2） 与污泥结合的强度顺序 内部水 >表面吸附水 >毛细 管结合水 > 间隙水
温度
• 各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认 为，产甲烷菌的温度范围为5-60℃。 在35℃和 55℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为 40-45℃时，厌氧消化效率较低。
• 据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为 常温消化、中温消化和高温消化三种类型。
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• 温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。 短时内温度升降5℃，沼气产量明显下降，波动的 幅度过大时，甚至停止产气。
• 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10 – 应用范围广
• 有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的， 但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、 着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。
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缺点
– 处理设备启动时间长 – 处理后出水水质差，需进一步处理 – 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂
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发展
增殖快，不宜长期停 增殖慢，可长期贮
放
存
可达标
不达标
不敏感
较敏感
较彻底
不彻底
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3、厌氧法的影响因素
环境因素 温度 pH值 氧化还原电位 有毒物质
基础因素 营养比 混合接触状况 有机负荷等 微生物量 (污泥浓度)
产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物 产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。
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（3）分离难易的影响因素：
（1）污泥颗粒越细，有机物含量越高，脱水难度越大； （2）多种脱水方法结合，更容易脱水
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（4）污泥含水率及其状态
含水率
90%以上 80%~90% 70%~80% 60%~70%
50%
污泥状态
几乎为液体 粥状物 柔软状 几乎为固体 粘土状
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2、污泥浓缩 (thickening)-降低间隙水
简单的沉淀与厌氧发酵合建阶段（1860－1897）： 人类早期的酿酒、沤肥、堆肥、化粪池（腐化 池），指标（悬浮固体的液化或水解）
独立式高级厌氧生物处理阶段（1912－至今）：普 通厌氧消化池、UASB、厌氧接触氧化池、两相 UASB、厌氧生物滤池、厌氧流化床等，指标 （BOD、COD、N、P、有毒物质等）
• 温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲 烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。
• 各种污泥量也可根据有关处理工艺流程进行泥料平衡推 算，最好是对类似处理厂进行实际测定。污泥的数量是 处理构筑物工艺尺寸计算的重要数据。
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（1）初沉池污泥量
初沉池污泥量:根据污泥中悬浮物浓度,污水流量,沉淀效率 及污泥含水率.
V=
100C Q
3
10（100 P）
V：初沉池污泥量（m3/d）
Q：污水流量(m3/d） η：沉淀效率（%） C：污水中ss浓度(mg/L) P：污泥含水率(%)
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厌氧消化的概念
• 指在无分子氧条件下，通过厌氧微生物 （含兼氧微生物）的作用，将污水中各种 复杂有机物分解转化甲烷和二氧化碳等物 质的过程，也称厌氧生化法。
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• 厌氧生物处理法或厌氧消化法 – 在断绝与空气接触（即无氧）的条件下
– 依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用
– 对有机物进行生化降解的过程
大分子有机物
细 菌 水胞 解外 酶
水解的和溶解性
的有机物
产 酸酸 化细
菌
有机酸 醇类 醛类 等
乙酸化 乙酸细菌
乙酸 甲烷化 CH4
甲烷细菌
H2，CO2 －－－－－－－－－－
甲烷细菌
CH4 35
优点
– 有机负荷高，容积负荷高 – 污泥产量低 – 营养物需要量少 – 能耗低
• 当原水BOD5达到1500 mg/L时，采用厌氧处理即 有能量剩余
• 在第二生化阶段的酸化（2）中，产氢产乙酸 菌将的第2类有机物进一步转化为氢气和乙 酸。
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• 在第三生化阶段中（即产甲烷阶段）， 产甲 烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和 （CO2+H2）等基质通过不同的径路转化为甲 烷，其中最主要的为乙酸。
• 从发酵原料的物形变化来看，水解的结果使悬 浮的固体态有机物溶解了，称之为"液化"。发 酵细菌和产氢产乙酸细菌依次将水解产物转化 为有机酸，使溶液显酸性，称之为"酸化"。甲 烷细菌将乙酸等转化为甲烷和二氧化碳等气 体，称之为"气化"。
解:
QV2
=
100 V1
100
P1 P2
=
V1
100 100
97.5 1 95 = 2 V1
即，污泥体积减少一半。
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（3）挥发性固体和灰分 挥发性固体:表示污泥中有机物含量,叫灼烧减量. 灰分:无机物含量,也叫灼烧残渣. 污泥的可消化程度:可被消化降解的有机物的数量.
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（4） 污泥比重 污泥比重指污泥的重量与同体积 水重量的比值。 污泥比重主要取决于含水率和固体的比重。固体 比重愈大，含水率愈低，则污泥的比重就愈大。 生活污泥及类似的工业污泥的比重一般略大于1。
• 浓缩的主要目的是减少污泥体积，例如，活性污 泥的含水率高达99.5%，若含水率减到99%，则其 体积减为原体积的二分之一。若后续处理为厌氧 消化，则可使消化池容积大大缩小；若后续处理 为好氧消化或化学稳定，则可节约空气量及药剂 用量。
• 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%。
• DO
– <0.5 mg/L
厌氧
– 0.5 mg/L-2 mg/L 兼性
– >2 mg/L
好氧
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处理对象
• 有机污泥 • 高浓度有机污水 • 生物质
处理目的
• 从卫生角度，杀菌灭 卵，防传染病；
• 从能源角度，产生生 物能；
• 从环保角度，去除水 中有机污染物，防水 体污染。
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厌氧消化的几个阶段
ρ：初沉池污泥密度以1000（kg m 3 )计
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（2）剩余活性污泥量
剩余活性污泥量:取决于微生物增殖动力学及物质平衡关系.
X T
X =
= (aQLr
f
bX vV ) f
其中, X : 挥发性剩余活性污泥量（kg d )
f = MLVSS MLSS
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太湖流域污泥问题
60座污水处理厂 污水处理量500万m3/日； 污泥量4600吨/日（含水80％－85％）； 执行1级A排放标准 污泥量增加1600吨/日（含水80％－85％）； 新建污水厂118座，预计污泥量达到10000吨/ 日，总计约有污泥量16000吨/日.
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5、污泥的处理
• 污泥含水率高，体积庞大，常含有高浓度有机 物，很不稳定，易在微生物作用下腐败发臭， 并常常含有病原微生物、寄生虫卵及重金属离 子等有害物质，必须进行相应的处理。
• 污泥处理的主要内容包括减量处理（去水处理 浓缩、脱水、干化)、稳定处理(生物稳定、化 学稳定)、综合利用和最终处置 (填地、投海、 焚化、湿式氧化及综合利用等)。污泥处理与 废水处理相比，设备复杂、管理麻烦、费用昂 贵。
100 + 1 .5 pV
将 S 代入
= 100S pS +（100
可得 p）
25000 = 250 p +（100 p）(100 + 1.5 pV )
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例:已知初沉池污泥的含水率为95%,挥发性固体含量65%, 求干污泥的平均比重和湿污泥的比重?
解:干污泥比重
S
250 = 100 + 1.5 pV
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• 当城市污泥含水率大于80％时，可按此简化 公式计算其污泥体积。
• 由上式可知，含水率由99％降到98％，由97 ％降到94％，或由95％降到90％，其污泥体 积减少多少？ 污泥体积均能减少一倍。由此可见，含水 率愈高，降低污泥的含水率对减小其体积愈 明显。
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例:污泥含水率从97.5%降低到95%时,求污泥体积?
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• 在第一阶段（即水解阶段），废水及污泥中的 不溶性大分子有机物如蛋白质、多糖类、脂类 等经发酵细菌水解后，分别转化为氨基酸、葡 萄糖和甘油等水溶性的小分子有机物
• 第二生化阶段（即酸化阶段），发酵细菌将小 分子有机物进一步转化为以下两类简单有机 物：能被甲烷细菌直接利用的有机物,如丙酸、 丁酸、乳酸、乙酸等。
营养物质 微生物（污
泥） 处理出水 环境敏感度 代谢产物
中、低有机污水
高、中、低均可
高（供氧）
生物能补偿供能 （中温）
2-4 kg/m3•d
2-10 kg/m3 •d
0.4-0.6 kg生物量 0.02-0.1 kg生物量
/kgCODCr，不易缩、 /kgCODCr，易缩、
脱
脱
BOD5:N:P=100:5:1 BOD5 :N:P=200:5:1
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干固体中,挥发性固体所占百分数及其比重分别 用PV 、V 表示,灰分的比重用 a 表示,
则干污泥的平均比重可用下式计算
= +100 PV
S V
a
100 PV
100a V S =
100V + PV (a V )
挥发性固体比重一般等于1,灰分的比重约为2.5~2.65之间， 以2.5计算，则
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250 S =
• 最早用于处理城市污水厂的沉淀污泥 • 后来用于处理高浓度有机废水 • 厌氧生物反应器
– 升流式厌氧污泥床 – 厌氧接触法 – 厌氧生物滤池 – 厌氧流化床
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2、厌氧消化基本原理
蛋白质
• 酸化水解
– 不完全的厌氧消化，简称为酸发酵或酸化 – 有机物的降解产物主要是有机酸、H2 – 为进一步进行生物处理提供生物降解的基质 • 完全降解 – 完全的厌氧消化 – 甲烷发酵或沼气发酵 – 进一步将有机酸转化为以甲烷为主的生物气 – 兼有降解有机物和生产气体燃料的双重功能