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污泥的处理与处置

第一节 概述

一、污泥的来源
在水处理工程中，主要的污泥来源有以下几种：
① 栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置；
② 浮渣：上浮渣和气浮池，可能多含油脂等，量少；
③ 沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少；
④ 初沉污泥：初沉池，以无机物为主，数量较大，易腐化发臭，可能含有虫卵和病变菌，是污泥处理的主要对象；
⑤ 二沉污泥：二沉池，剩余的活性污泥，有机物质，含水率高，易腐化发臭，难脱水，是污泥处理的主要对象；
另外，在给水处理过程中，在原水被净化时也会产生各种污泥，主要是各种化学污泥，即经化学处理后，除含有原废水中的悬浮物外，还含有化学药剂所产生的沉淀物，易于脱水与压实。

二、表征污泥性质的主要指标
表征污泥性质的主要指标有：含水率和含固率、挥发性固体、有毒有害物质的含量以及脱水性能等，下面将分别加以描述。

1、含水率与含固率
含水率是污泥中含水量的百分数；含固率则是污泥中固体或干污泥含量的百分数；湿泥量与含固率的乘积就是污泥量；含水率降低（即含固量提高）将大大降低湿泥量（即污泥体积）；含水率发生变化时，可近似计算湿污泥的体积；
通常：含水率 > 85%，污泥呈流状；65~85%，污泥呈塑态； < 65%，呈固态。

2、挥发性固体
挥发性固体即VSS，通常用于表示污泥中的有机物的量；有机物含量越高，污泥的稳定性就更差。

3、有毒有害物质
——污泥含有一定量的N(4%)、P(2.5%)和K(0.5%)，有一定肥效；
——污泥含有病菌、病毒、寄生虫卵等，在施用之前应有必要的处理；
表二 重金属的限制浓度

4、脱水性能
污泥的脱水性能与污泥性质、调理方法及条件等有关，还与脱水机械种类有关。在污泥脱水前进行强处理，改变污泥粒子的物化性质，破坏其胶体结构，减少其与水的亲和力，从而改善脱水性能，这一过程称为污泥的调理或调质。
——常用污泥过滤比阻抗值(r)和污泥毛细管吸水时间(CST)两项指标来评价污泥的脱水性能。
——比阻抗值(r)——单位干重滤饼的阻力，其值越大，越难过滤，其脱水性能越差。

比阻抗公式

式中：dV / dt——过滤速度，m3/s
V——滤出液体积，m3
t——过滤时间，s
P——过滤压力，N/m 2
A——过滤面积，m2
C——单位面积滤出液所得滤饼干重，kg/m3
r——污泥过滤比阻抗，m/kg
Rm——过滤开始时单位过滤面积上过滤介质的阻力，m/m2
m——滤出液的动力粘滞度，N·s/m2
当P为常数值时，则可积分得：

发现t/V~V呈直线关系，令其斜率

则有：
b——与污泥性质有关的常数，s/m6

污泥比阻抗值r的测定：
每隔一定的时间连续测定滤出液量V，并作t/V~V的关系图，如右上图。
已知：P=9.5×104N/m2：滤出液动力粘滞系数m=0.00112 N·s/m2 ; C = 75 kg/m3 , A = 4.42×103 m2
则计算可得：r = 2.1×1011 m/kg

三、污泥中的水分及其影响
游离水、毛细水、内部水和附着水
游离水(又称间隙水)：存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水份的70%左右，一般可借助中心或离心力分离：
毛细水：存在污泥颗粒间的毛细管中，约占20%，需要更大的外力；
内部水：存在于污泥颗粒内部(包括细胞内的水)
附着水：粘附于颗粒或细胞表面的水
污泥处理方法的选择常取决于污泥的含水率和最终处理的方式

四、污泥处理后的最终出路
污泥的最终出路主要是部分或全部利用或以某种再返回自然环境中去；
污泥的利用：主要是农业上的利用
污泥的最终处置方法：填埋、焚烧、海洋投放、地下投放等
填埋：必要的前处理、稳定化处理；
焚烧：大幅度减容、灭菌、尾气处理、运行费用贵；
海洋投放：地下洞穴、废矿、深井中等

五、污泥最终处置前的处理工艺
浓缩、脱水、干化、稳定、调理(调节)，或消毒。
图：污泥处理与处置的基本流程

第二节 污泥的浓缩工艺

污泥浓缩的主要目的是降低污泥的含水率，使污泥体积大为降低，即通常所说的减容，因此可以大幅度降低后续处理的费用。一般来说，污泥浓缩处理的对象是污泥中70%的游离水。主要的浓缩方法有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法等三种，在选择具体的污泥浓缩方法时，还应综合考虑污泥的来源、性质以及最终的处置方法等，下面将分别予以叙述。

一、重力浓缩法

1) 间歇式污泥浓缩池

2) 连续式污泥浓缩池

二、气浮浓缩法
气浮浓缩法主要适用于密度接近于1、疏水的污泥，或容易发生膨胀的污泥，一般多采用的是压力溶气气浮法。

三、离心浓缩法
离心浓缩法是利用污泥中的固体即污泥与其中的液体即水之间的密度有很大的不同，因此在高速旋转的离心机中具有不同的离心力，从而可以使二者分离。一般离心浓缩机可以连续工作，污泥在离心浓缩机中的HRT仅为3 min，而出泥的含固率可达4%以上，即出泥的含水率可以达到96%以下。

第三节 污泥的调理

污泥的调理主要指的是在污泥进行脱水之前对其脱水性能进行一定的预处理以提高其脱水性能，常见的污泥的调理方法是加药调理法。即在污泥中加入带有电荷的无机或有机调理剂，使污泥液体颗粒表面发生化学反应，中和颗粒表面的电荷，使水游离出来，同时使污泥颗粒凝聚成大的颗粒絮体，降低污泥的比阻抗(或CST)；调理效果的好坏与调理剂种类、投加量以及环境因素等有关。

一、调理剂
1) 无机调理剂：
适用于真空过滤和板框压滤
① 最有效、最便宜的是铁盐：
FeCl3·6H2O,Fe2(SO4)·4H2OFeSO4·7H2O ，聚合硫酸铁(PFS)
② 铝盐：
Al2(SO4)2·18H2O、AlCl3、Al(OH)2·Cl ,聚合氯化铝(PAC)
铁盐常和石灰联用：在pH>12时，可提供Ca(OH)2絮凝体。

二、有机调理剂：
阳粒子型聚丙烯酰胺等

三、调理剂投加量的确定

四、调理效果的影响因素

① 污泥性质；② 调理剂的品种；③ 投加量；④ 环境条件：水温，pH；⑤ 调理剂的投加顺序；⑥ 污泥与调理剂的混合。

第四节 污泥的脱水与干化工艺

污泥脱水和干化的目的是除去污泥中的大量水分，缩小其体积，减轻其重量；一般经过脱水、干化处理后，污泥含水量能从90%左右下降到60~80%，体积减小到仅为原来的1/10~1/5。自然干化多采用于干化床；机械脱水多采用板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机等。

一、自然干化
自然干化主要采用的是污泥干化床，其中主要的干化机理是自然蒸发与渗透。一般经过自然干化处理后的出泥的含水率可接近65%。但由于自然干化床的占的面积较大，一般仅适用于中小规模的污水处理厂。

二、机械脱水
据统计，西欧国家经脱水处理的污泥占其污泥总量的69.3%，其中机械脱水占51.4%、自然干化16.9%、其它1%；主要的脱水机械有：转筒离心机、板框压滤机、压式压滤机、真空过滤机，分别占21.7%，15.8%，11.4%和2.5%。

1、真空过滤机
真空过滤机是早期使用的连续机械脱水机械。

2、板框压滤机
板框压滤机是最早应用于污泥脱水的机械；间歇操作、基建投资大，过滤能力低；但其滤饼的含固率高、滤液清、药剂用量少。

3、带压式压滤机
合成有机聚合物(高分子絮凝剂)发展的结果；连续工作、制造容易、操作管理简单、附属设备较少；但由于絮凝剂较贵，使得其运行费用较高。

4、污泥离心机技术和转筒式离心机
利用离心机使污泥中的固、液分离；离心力场可达到重力场的1000倍以上；处理量大，基建和占地少，操作简单，自动化程度高；可不投入或少投入化学调理剂；动力费用较高。主要有转筒式离心机。

第五节 污泥的消化稳定工艺

所谓的污泥稳定化处理是指降低污泥中有机物的含量，使污泥在后续处理与处置过程中不致发生腐败或变化。主要的稳定化技术包括：污泥的厌氧消化技术、污泥的好氧消化技术等。

一、污泥的厌氧消化
污泥的厌氧消化技术已经在前面第六章中进行了较详细的介绍，可以参见其中的厌氧消化池部分。

二、污泥的好氧稳定
污泥的好氧消化技术对污泥中挥发性固体量的降低可接近于厌氧消化法；但需要大量供氧，因而能耗较大，运行费用高，所以一般只适用于小规模的废水厂。
其机理是促使活性污泥进入内源呼吸阶段，通过自身氧化降低污泥中的有机物的含量，使污泥达到稳定化。其反应方程式如下：
C5H7NO2→5CO2+NO3-+3H2O+H+
——只有约80%的细胞组织能被氧化，剩余的20%则是不能被生物降解的
根据所采用的氧气来源的不同，又可分为空气好氧稳定和纯氧稳定法。

第六节 污泥的干燥与焚化

污泥的干燥是将脱水污泥通过处理，使污泥中的毛细水、吸附水和内部水得到大部分去除的方法，可以使污泥含水率从60~80%降低至10~30%左右；
污泥焚化是将干燥的污泥中的吸附水和内部水以及有机物全部去除，使含水率降至零，污泥变成灰尘；
二者使非常可靠二有效的污泥处理方法，但其设备投资和运行费用都很昂贵。各种干燥器和焚化炉的选择。

第七节 污泥的利用与最终处置
1990年，我国湿泥量约为500万m3 ；
1995年，我国湿泥量约为1000万m3 ；
城市污泥利用与最终处置的可能途径；