水的生物处理理论与应用第二十二章污泥的处理与资源化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第22章污泥处理与资源化第第1 1节节 污泥分类、性质与产生量污泥分类、性质与产生量 第第2 2节节 污泥处理处置基本方法污泥处理处置基本方法 第第3 3节节 污泥浓缩污泥浓缩第第4 4节节 污泥稳定污泥稳定 第第5 5节节 污泥调理污泥调理 第第6 6节节 污污 泥泥 脱脱 水水第第7 7节节 污泥干燥与焚烧污泥干燥与焚烧 第第8 8节节 污泥处置与资源化污泥处置与资源化 第第9 9节节 工程实例工程实例 第1页污泥处理和处置目标就是要经过适当技术办法，使污泥得到再利用或以某种不损害环境形式重新返回到自然环境中。第2页第第1 1节节 污泥分类、性质与产生污泥分类、性质与产生量量第3页1、污泥分类、性质及主要指标起源处理目栅渣沉砂池沉渣初沉池污泥二沉池生物污泥富含有机物，轻易腐化、破坏环境，必须妥善处置降低含水率，使其变流态为固态，同时降低数量稳定有机物，使其不易腐化，防止对环境造成二次污染。城市污水厂产生污泥量约为处理水体积1%左右（0.5%1.5%）,含水率99.2%左右。第4页污泥性质表征参数含水率与含固率挥发性固体污泥中有毒有害物质污泥脱水性能含水率是污泥中水含量百分数，含固率则是污泥中固体或干泥含量百分数含水率在85以上呈流态,6585时呈塑态，低于60呈固态当含水率改变时，可近似地用下式计算湿污泥体积：第5页污泥性质表征参数含水率与含固率挥发性固体污泥中有毒有害物质污泥脱水性能挥发性固体(用VSS表示)，是指污泥中在600C燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出那部分固体，反应污泥稳定化程度用比阻(r)或毛细吸水时间(CST)评价重金属约50%转移到污泥中，污泥作为肥料，重金属离子含量应不超出“农用污泥标准”GB4284-84第6页2、污泥中水分及其对污泥处理影响1.污泥中水分(1)游离水:存在于污泥颗粒间隙中水，称为间隙水或游离水，约占污泥水分70左右。这部分水普通借助外力可与泥粒分离。(2)毛细水:存在于污泥颗粒间毛细管中，称为毛细水，约占污泥水分20左右。也有可能用物理方法分离出来。(3)内部水:黏附于污泥颗粒表面附着水和存在于其内部(包含生物细胞内水)内部水，约占污泥中水分10左右。有干化才能分离，但也不完全。第7页第8页2.污泥中水分对污泥处理影响污泥处理方法取决于污泥含水率和最终处置方式。污泥含水率与污泥状态第9页污泥含水率计算几个主要公式湿污泥比重=湿污泥比重=第10页2、污泥量计算城市污水厂污泥量时，普通以下表所列经验数据为基础。污泥种类污泥量/(Lm-3)含水率/%密度/(kgL-1)沉砂池沉砂0.03601.5首次沉淀池污泥14259597.51.0151.02二次沉淀池污泥（生物膜法）7996981.02二次沉淀池污泥（活性污泥法）102199.299.61.0051.008第11页公式估算1.初沉污泥量式中：V初沉污泥量，m3/d；qv污水流量，m3/d；沉淀池中悬浮物去除率，%；0进水中悬浮物浓度，mg/L；P污泥含水率，%；污泥密度，以1000kg/m3计；S每人天天产生污泥量,普通采取0.30.8L/（d人）;N设计人口数，人。第12页2.剩下活性污泥量(活性污泥法)(1)剩下活性污泥量以VSS(挥发性固体)计:(2)剩下活性污泥量以SS计:(3)剩下活性污泥量以体积计:公式估算第13页3、污泥水力特征及其输送污泥输送中阻力与流速和粘滞力相关，且粘滞力不为常数，为非牛顿流体。污泥在输送时流态分为层流和紊流。层流区摩阻损失伴随污泥含固率、挥发固体含量提升和温度降低而增大。紊流区时认为摩阻损失对污泥和水相同而不致产生有影响误差。普通流速最少为0.8m/s，太小流速造成摩阻损失更大；流速小于2.4m/s，流速太高不但摩阻损失大，而且易磨损管道内壁。第14页不一样类型污泥压头损失乘数第15页含水率含水率/%vmin/(m.s-1)含水率含水率/%vmin/(m.s-1)D=150250mmD=300400mmD=150250mmD=300400mm901.51.6951.01.1911.41.5960.91.0921.31.4970.80.9931.21.3980.70.8941.11.2压力输泥管最小设计流速对于长距离输送，可采取以下紊流公式计算：式中:hf沿程摩阻损失，m；L管道长度，m；D管道直径，m。第16页第第2节节 污泥处理处置基本方法污泥处理处置基本方法污泥处理处置标准污泥处理处置标准1使污水厂能正常运行；2使有害有毒物质得到妥善处理或利用；3使有机物得到稳定处理；4综合利用，变害为利；总标准减量、稳定、无害化及综合利用污泥处理处置常见工艺污泥处理处置常见工艺1生污泥浓缩消化自然干化最终处理；2生污泥浓缩自然干化堆肥最终处理；3生污泥浓缩消化机械脱水最终处理；4生污泥浓缩机械脱水干燥焚烧最终处理；5生污泥湿污泥池最终处理；6生污泥浓缩消化最终处理 第17页第第3节节 污泥浓缩污泥浓缩第18页污泥浓缩是降低污泥含水率、降低污泥体积有效方法。污泥浓缩主要减缩污泥间隙水。方法重力浓缩气浮法离心法第19页一、重力浓缩重力浓缩主要用于浓缩剩下活性污泥及初沉污泥和剩下活性污泥混合污泥。1.间隙式污泥浓缩池设计参数：停留时间普通为912h。浓缩池上清液，应回到初沉池前重新处理。第20页2.连续式污泥浓缩池连续运行浓缩池可采取沉淀池形式，普通为竖流式(或辐流式)。设计参数:浓缩池固体通量kg/(m2h)或kg/(m2d)水力负荷m3/(m2h)或m3/(m2d)水力停留时间(h或d)第21页有刮泥机及搅动栅连续重力有刮泥机及搅动栅连续重力浓缩池浓缩池1-中心进泥管；2-上清液溢流管；3-排泥管；4-刮泥机；5-搅动栅第22页重力浓缩理论重力浓缩理论迪克（迪克（DickDick）理论理论 柯伊柯伊克里维什理论克里维什理论 肯奇理论肯奇理论 第23页重力连续流浓缩池深度设计重力连续流浓缩池深度设计H=超高H1+阻滞区与上清液区高度Hw+压缩区高度Hs+池底坡度高度HzH1 0.3mHw 1.21.5m Hw计算1.柯伊克里维什法:2.罗伯茨法：第24页二、气浮浓缩法气浮浓缩是依靠微小气泡与污泥颗粒产生黏附作用，使污泥颗粒密度小于水而上浮，并得到浓缩。1.气浮浓缩系统组成气浮浓缩系统主要由加压溶气装置和气浮分离装置两部分组成。第25页2.气浮浓缩法主要设计参数主要设计参数:污泥负荷气固比水力负荷回流比单位时间内，经过气浮池断面干固体量，单位为kg/（m2.h）或kg/（m2.d）第26页气浮池污泥负荷:污泥种类污泥种类负荷负荷/（kg.m-2.d-1)空气曝气活性污泥2575空气曝气活性污泥经沉淀后50100纯氧曝气活性污泥经沉淀后6015050%初沉污泥+50%活性污泥经沉淀后100200首次沉淀池污泥至至260第27页2.气浮浓缩法主要设计参数主要设计参数:污泥负荷气固比水力负荷回流比溶气水经减压释放出空气量与需浓缩固体量之质量比，惯用As表示；用于污泥浓缩普通取0.010.04第28页2.气浮浓缩法主要设计参数主要设计参数:污泥负荷气固比水力负荷回流比单位时间内，经过气浮池断面处理水量，单位为m3/（m2.h）为m3/（m2.d），普通4080m3/（m2.d）或23.5m3/（m2.h)。第29页2.气浮浓缩法主要设计参数主要设计参数:污泥负荷气固比水力负荷回流比加压溶气水量与需要浓缩污泥量体积比，通常以R表示，用于污水处理时取25%50%，用于污泥浓缩需计算确定第30页重力浓缩与气浮浓缩比较优 点缺 点重力浓缩运行费用低，系统简单，管理简单停留时间长、池容大，污泥可能腐化发臭和脱N上浮气浮浓缩停留时间短，池容小，污泥不会腐化发臭和脱N上浮运行费用高，系统复杂，管理麻烦第31页例：某废水处理厂剩下活性污泥量为240m3/d，含水率为99.3%，泥温20C。现采取回流加压溶气气浮法浓缩污泥，要求含固率到达4%，压力容器罐表压p为3105Pa。试计算气浮浓缩池面积A和回流比R。若浓缩装置改为每七天运行7d，天天运行16h，计算气浮池面积。解：设计一座矩形平流气浮浓缩池设计一座矩形平流气浮浓缩池污泥流量污泥流量qv=240m3/d=10m3/h1.气浮浓缩池面积气浮浓缩池面积A2.污泥负荷取污泥负荷取75kg/(m2.d)，污泥密度为污泥密度为1000kg/m3,则气浮浓缩计算示例第32页2.回流比回流比R据经验，气固比据经验，气固比As取取0.02。采取装设填料压力罐，溶解效率采取装设填料压力罐，溶解效率f=0.9。20时，空气饱和溶解度：时，空气饱和溶解度：入流污泥浓度入流污泥浓度0为为7000g/m3代入（代入（20-7）式：）式：回流水量：回流水量：第33页 溶气罐净体积（不包含填料）按溶气水停留溶气罐净体积（不包含填料）按溶气水停留3min计计算，则：算，则：以水力负荷校核气浮池面积：以水力负荷校核气浮池面积：符合要求。符合要求。第34页3.3.若浓缩池天天运行若浓缩池天天运行1616h h，则流量则流量污泥负荷仍取污泥负荷仍取7575kg/(mkg/(m2.2.d)=3.125kg/(md)=3.125kg/(m2.2.h)h)，则则回流比（回流比（R）仍为仍为380%380%。回流水量：回流水量：溶气罐净体积：溶气罐净体积：第35页以水力负荷校核气浮池面积：以水力负荷校核气浮池面积：符合要求。符合要求。第36页三、离心浓缩法原理利用污泥中固、液相密度不一样，在高速旋转离心机中受到不一样离心力而使二者分离，到达浓缩目标效果指标出泥含固率，3min停留时间，含固率可到达4固体回收率浓缩后污泥固体总量与入流污泥中固体总量比值第37页污泥种类污泥种类入流污泥入流污泥含固率含固率/%浓缩后污泥浓缩后污泥含固率含固率/%高分子聚合物需要量高分子聚合物需要量/（g.kg-1污泥干固体）污泥干固体）固体物质固体物质回收率回收率/%剩下活性污泥0.51.5810085900.51.59095厌氧消化污泥厌氧消化污泥13810080900.51.59095普通生物滤池污泥普通生物滤池污泥2389090959110.751.59597转筒式离心机用于污泥浓缩运行参数第38页剩下污泥机械浓缩第39页第第4节节 污泥稳定污泥稳定第40页污泥稳定化处理方法:厌氧消化法好氧消化法氯化氧化法石灰稳定法热处理法第41页惯用方法厌氧消化目污泥中挥发性固体量降低40左右过程水解、酸化、产乙酸、产甲烷控制过程固态物水解、液化、产甲烷优点产生能量 使污泥固体总量降低作土壤调整剂杀死致病菌缺点投资大 运行易受环境条件影响消化污泥不易沉淀消化反应时间长第42页影响污泥厌氧消化主要原因1.pH和碱度最正确为7.07.3厌氧消化产生有机酸pH甲烷菌分解有机酸时产生重碳酸盐不停增加2.温度中温：3335C高温：5055C第43页3.负荷厌氧消化池容积决定于厌氧消化负荷率。表示方式容积负荷参数为投配率日进入污泥量与池子容积之比，在一定程度上反应了污泥在消化池中停留时间有机物负荷参数为有机负荷率每日进入干泥量与池子容积之比消化时间进行复核第44页4.消化池搅拌在有机物厌氧发酵过程中，让反应器中微生物和营养物质(有机物)搅拌混合，充分接触，将使得整个反应器中物质传递、转化过程加紧。5.有毒有害物质作用使池内污泥浓度分布均匀，利于微生物生长繁殖释放有害气体使环境原因在反应器内保持均匀第45页第46页两级高负荷率厌氧消化系统第47页第48页沼气风机搅拌第49页消化池结构主要设备搅拌螺旋浆 鼓风机 射流器抽吸污泥气破渣用自来水或污泥上清液喷淋将循环污泥或污泥液送到浮渣层上用鼓风机或用射流器抽吸污泥气进行搅拌集气排液溢流监测防护装置加料，排料从属设备消化池浮动式顶盖固定式顶盖加热池外加热池内加热第50页消化池结构第51页浮动式盖消化池第52页固定式盖消化池第53页螺旋浆搅拌消化池第54页污泥消化池第55页大型厌氧生物处理第56页沼气搅拌压缩机第57页热交换器第58页贮气罐第59页消化池设计计算内容池体设计加热保温系统设计搅拌设备设计池体选型确定池数目和单池容积确定池体各部尺寸布置消化池各种管道第60页消化池有效容积按天天处理污泥量及污泥投配率进行计算：消化池座数n：消化池有效容积按有机负荷(Ns)计算：式中：V消化池有效容积，m3；V天天要处理污泥量，m3/d；p污泥投配率，城市污水厂高负荷率消化池，当消化温度为3035时，p可取6%18%；n消化池座数；Gs每日要处理污泥干固体量，kgVSS/d；Ns单位容积消化池污泥（VSS）负荷率，kgVSS/（m3/d）。第61页计算消化池结构尺寸：消化池必须附设各种管道：污泥管、上清液排放管、溢流管、沼气管和取样管。第62页沼气(消化气)搜集和利用污泥和高浓度有机废水厌氧消化均会产生大量沼气。在设计消化池时必须同时考虑对应沼气搜集、储存和安全等配套设施，以及利用沼气加热入流污泥和池液设备。污泥消化所产生以甲烷为主消化气量，主要取决于被消化挥发固体量。第63页第第5节节 污泥调理污泥调理第64页1、概述消化污泥、剩下活性污泥、剩下活性污泥与初沉污泥混合污泥等在脱水之前应进行调理，以改进污泥脱水性能。调理就是破坏污泥胶态结构、降低泥水间亲和力，改进污泥脱水性能。方法加药调理法淘洗加药调理法加热调理法冷冻调理法加骨粒调理法第65页2、污泥脱水性能评价指标1.比阻抗值r当p为常数值时，可积分并整理成为下式：由此：比阻抗值物理意义是单位干重滤饼阻力，比阻抗值越大污泥，越难过滤，其脱水性能也差。t/V与V呈直线关系，其斜率为：第66页2.毛细吸水时间(CST)其值等于污泥与滤纸接触时，在毛细管作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度时间，以秒计。CST值测定装置示意图第67页3、加药调理法原理用化学药品破坏泥水间亲和力，经过调理使污泥比阻抗(或CST)降低1.调理剂种类无机调理剂有机调理剂2.调理剂投加量确定作比阻抗r及CST与调理剂用量关系曲线图确定最正确调理剂用量和品种。第68页3.影响污泥调理效果原因污泥性质调理剂品种污泥调理条件温度pH调理剂配制浓度混合条件第69页第第6节节 污污 泥泥 脱脱 水水第70页一、概述污泥脱水作用是去除污泥中毛细水和表面附着水，从而缩小其体积，减轻其质量。二、污泥自然干化1.污泥干化床结构围堤和隔墙输泥槽滤水层排水系统不透水底层支柱和透明顶盖轻便铁轨第71页污泥干化床第72页2.污泥干化床脱水效果影响原因气候条件污泥性质污泥调理3.污泥干化床设计决定面积划分块数干化床面积第73页三、污泥机械脱水及其设备脱水机械转筒离心机板框压滤机带式压滤机真空过滤机1.带式压滤机带式压滤机工艺开发成功关键是滤带开发，是合成有机聚合物发展结果。第74页(1)带式压滤机结构:第75页第76页第77页第78页第79页(2)带式压滤机选取:通常依据带式压滤机生产能力、污泥量来确定所需滤机宽度和台数(普通不少于2台)，并需绘制脱水车间设备布置图。2.污泥离心脱水和转筒式离心机污泥离心脱水原理与离心分离、离心浓缩相同，即利用转动使污泥中固体和液体分离。(1)转筒式离心机结构和脱水过程:第80页转筒式离心机结构图第81页污泥切割机第82页进泥螺杆泵第83页脱水用高分子絮凝剂第84页溶药与投加装置第85页加药螺杆泵第86页药液后稀释装置第87页卧螺离心脱水机第88页脱水上清液加入污泥储罐第89页污泥离心脱水机第90页脱水后干泥第91页脱水机加药装置第92页(2)转筒离心机选择:依据离心机处理能力，即每台机每小时处理湿污泥立方米数，或每台机每小时处理干污泥千克数来决定。3.板框压滤机(1)板框压滤机结构(2)板框压滤机选取依据污泥量、过滤机过滤能力来确定所需过滤面积和压滤机台数及设备布置。第93页滤板、滤框和滤布第94页板框压滤机板框压滤机第95页箱式板框压滤机箱式板框压滤机第96页第97页第98页 工作原理：工作原理：利用过滤介质（惯用为涤纶布）利用过滤介质（惯用为涤纶布）二面压力差为推进力，水被强制经过介质，污泥二面压力差为推进力，水被强制经过介质，污泥截留在介质表面。截留在介质表面。第99页滤板、滤框和滤布组合后工作情况示意图第100页第第7节节 污泥干燥与焚化污泥干燥与焚化第101页一、概述污泥干燥是将脱水污泥经过处理，去除污泥中绝大部分毛细管水、吸附水和颗粒内部水方法。二、污泥干燥与焚化设备1.转筒式干燥器和焚化炉第102页2.流化床焚化炉第103页3.Sevar干燥器第104页三、各种污泥干燥器和焚化炉选择各种污泥干燥器比较各种污泥焚化炉比较第105页第第8 8节节 污泥处置与资源化污泥处置与资源化第106页一、污泥处置农业利用填埋焚烧投放海洋建材污泥裂解制化工原料要求：离海岸大于10km，水深25m，时尚水量为污泥量500-1000倍第107页污泥处理与处置关系填埋焚烧第108页第第8 8节节 工程实例工程实例第109页高碑店污水处理厂（100万m3/d）。采取前置缺氧推流式活性污泥法，污泥采取二级中温消化。污泥重力浓缩池直径20m，共6座。固体通量70Kg/(m2d)，停留51h。消化池污泥投配率为3.6%，污泥总消化时间为28.1d，其中一级停留21.3d，二级停留6.8d。一级消化池6座，二级2座，为固定盖式污泥消化池，直径均为20m.，总高28.8m。采取套管式热交换器连续加热，采取机械连续搅拌，采取溢流排泥。污泥脱水为带式压滤，带宽2.6m，共5台，进泥含水率95，进泥1852.4m3/d，泥饼含水率为75，泥饼量为370.5m3/d，天天工作16h（两班制）。沼气贮气柜为浮动顶盖湿式贮气柜。共2座，每柜容积3000m3，贮存时间5.4h。总沼气量Q=26500m3/d。第110页