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96~98
×
生物膜法污泥
10~21
(1)污泥含水率:
污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率。
1污泥中水的存在形式有:
空隙水,颗粒间隙中的游离水,约70%,可通过重力沉淀〔浓缩压密〕而别离;
毛细水,是在高度密集的细小污泥颗粒周围的水,由毛细管现象而形成的,约20%,可通过施加离心力、负压力等外力,破坏毛细管外表X力和凝聚力的作用力而别离;
颗粒外表吸附水和内部结合水,约10%。
外表吸附水是在污泥颗粒外表附着的水分,起附着力较强,常在胶体状颗粒,生物污泥等固体外表上出现,采用混凝方法,通过胶体颗粒相互絮凝,排除附着外表的水分;
内部结合水,是污泥颗粒内部结合的水分,如生物污泥中细胞内部水分,无机污泥中金属化合物所带的结晶水等,可通过生物别离或热力方法去除。
通常含水率在85%以上时,污泥呈流态;
65%~85%时呈塑态;
低于60%时如此呈固态。
2污泥体积、重量与所含固体物浓度之间的关系:
V1/V2=W1/W2=〔100-p2〕/〔100-p1〕=C2/C1〔8-1〕
式中:
p1、V1、W1、C1——污泥含水率为p1时的污泥体积、重量与固体物浓度;
p2、V2、W2、C2——污泥含水率为p1时的污泥体积、重量与固体物浓度;
说明:
式〔8-1〕适用于含水率大于65%的污泥。
因含水率低于65%以后,体积内出现很多气泡,体积与重量不在符合式〔8-1〕的关系。
例题8-1:
污泥含水率从97.5%降低至95%时,求污泥体积。
解:
由式〔8-1〕
V2=V1〔100-p1〕/〔100-p2〕=V1〔100-97.5〕/〔100-95〕=〔1/2〕V1
可见污泥含水率从97.5%降低至95%时,污泥体积减少一半。
〔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〕可消化程度:
表示污泥中可被消化降解的有机物数量。
消化对象:
污泥中的有机物。
一局部是可被消化降解的〔或称可被气化,无机化〕;
另一局部是不易或不能被消化降解的,如脂肪、合成有机物等。
消化程度的计算公式:
Rd=[1-〔pV2pS1〕/〔pV1pS2〕]×
100〔8-2〕
Rd——可消化程度,%;
pS1、pS2——分别表示生污泥与消化污泥的无机物含量,%;
pV1、pV1——分别表示生污泥与消化污泥的有机物含量,%。
消化污泥量的计算公式:
Vd=V1〔100-p1〕/〔100-pd〕[〔1-pV1/100〕+pV1/100〔1-Rd/100〕]〔8-3〕
Vd——消化污泥量,m3/d;
pd——消化污泥含水率,%,取周平均值;
V1——生污泥量,m3/d;
p1——生污泥含水率,%,取周平均值;
pV1——生污泥有机物含量,%;
Rd——可消化程度,%,取周平均值;
〔4〕湿污泥比重与干污泥比重:
湿污泥重量等于污泥所含水分重量与干固体重量之和。
湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积的水重量之比值。
干固体物质包括有机物〔即挥发性固体〕和无机物〔即灰分〕。
确定湿污泥比重和干污泥比重,对于浓缩池的设计、污泥运输与后续处理,都有实用价值。
经综合简化后,湿污泥比重〔γ〕和干污泥比重〔γs〕的计算公式分别为:
γ=〔100γs〕/[γsp+〔100-p〕]〔8-4〕
或γV〕]〔8-8〕
γsV〕〔8-7〕
γ——湿污泥比重;
γs——污泥中干固体物质平均比重,即干污泥比重;
p——湿污泥含水率,%;
pV——污泥中有机物含量,%;
〔5〕污泥肥分:
污泥中含有大量植物生长所必需的肥分〔N、P、K〕、微量元素与土壤改良剂〔有机腐殖质〕。
我国城市污水处理厂各种污泥所含肥分见表8-2。
表8-2我国城市污水处理厂污泥肥分表
污泥类别
总氮%
磷〔以P2O5计〕%
钾〔以K2O计〕%
有机物%
初沉污泥
2~3
1~3
50~60
活性污泥
60~70
消化污泥
25~30
〔6〕污泥重金属离子含量:
污泥中重金属离子含量,决定于城市污水中工业废水所占比例与工业性质。
污水经二级处理后,污水中重金属离子约有50%以上转移到污泥中。
假如污泥作为肥料使用时,要注意重金属是否超过我国农林业部规定的《农用污泥标准》〔GB4284-84〕。
表8-3列举我国、某某、某某、某某、某某、某某、某某等几个城市污水处理厂污泥中重金属含量的X围。
表8-3我国城市污水处理厂污泥中重金属成分与含量
重金属离子名称
Hg汞
Cd镉
Cr铬
Pb铅
As砷
Zn锌
Cu铜
Ni镍
含量X围
4.63~
138
3.6~
9.2~
540
85~
2400
12.4~
560
300~
1119
55~
460
30~
农林业部农用污泥标准〔GB4284-84〕
5
600
300
75
500
250
100
中性和碱性土壤PH≥
15
20
1000
200
〔1〕污泥量计算
1初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量的计算公式:
V=100C0ηQ/1000〔100-p〕ρ〔8-9〕
V——初次沉淀污泥量,m3/d;
Q——污水流量,m3/d;
η——去除率,%;
〔二次沉淀池η以80%计〕
C0——进水悬浮物浓度,mg/L;
P——污泥含水率,%;
ρ——沉淀污泥密度,以1000kg/m3计。
2剩余活性污泥量的计算公式:
Qs=ΔX/fXr〔4-113〕
Qs——每日从系统中排除的剩余污泥量,m3/d;
ΔX——挥发性剩余污泥量〔干重〕,kg/d;
f=MLVSS/MLSS,生活污水约为0.75,城市污水也可同此;
Xr——回流污泥浓度,g/L。
3消化污泥量的计算公式:
见公式〔8-3〕。
〔2〕污水处理厂干固体物质平衡:
污水处理厂内部存在着固体物质的平衡问题,通过固体物质的平衡计算,有助于污泥处理系统的设计与管理。
污水处理厂固体物质平衡的典型计算,可根据图8-1进展。
〔见P332图8-1〕
设原污水悬浮物X0为100,初次沉淀池悬浮物去除率以50%计,二次沉淀池去除率以80%计,悬浮物总去除率总去除率为90%。
各处理构筑物固体回收率为:
浓缩池为r1=90%;
消化池为r2=80%;
悬浮物减量为rg=30%;
机械脱水为r3=95%〔预处理所加混凝剂的固体量略去不计〕。
因此其平衡式为:
进入污泥浓缩池的悬浮物量:
X1=ΔX+XR〔8-10〕
XR=Xˊ2+Xˊ3+Xˊ4〔8-11〕
X1——进入浓缩池的固体物量;
ΔX——初次沉淀池排泥的悬浮物量加二次沉淀池剩余污泥中的悬浮物量;
XR——等于浓缩池上清液含有的悬浮物量Xˊ2,消化池上清液悬浮物量Xˊ3,机械脱水上清液悬浮物量Xˊ4的总和。
进入消化池的悬浮物量:
X2=X1r1〔8-12〕
浓缩池上清液悬浮物量:
Xˊ2=X1〔1-r1〕〔8-13〕
消化池悬浮物减量:
G=X2rg=X1r1rg〔8-14〕
进入机械脱水设备的悬浮物量:
X3=〔X2-G〕r2〔8-15〕
消化池上清液悬浮物量:
Xˊ3=〔X2-G〕〔1-r2〕〔8-16〕
脱水泥饼固体物量:
X4=X3r3
机械脱水上清液含有的悬浮物量:
Xˊ4=X3〔1-r3〕〔8-17〕
回流至沉砂池前的上清液中所含悬浮物总量:
XR=Xˊ2+Xˊ3+Xˊ4=X1〔1-r1rg-r1r2r3+r1r2r3rg〕
〔X1-XR〕/X1=r1rg+r1r2r3-r1r2r3rg=ΔX/X1
X1=ΔX/r1[rg+r2r3〔1-rg〕]〔8-18〕
〔1〕污泥输送的方法:
管道输送〔重力管道和压力管道〕;
卡车;
驳船等。
管道输送:
适用于污泥输送的目的地相当稳定;
污泥的流动性能较好,含水率较高;
污泥所含油脂分成较少,不会粘附于管壁缩小管径增加阻力;
污泥的腐蚀性低,不会对管材造成腐蚀或磨损;
污泥的流量较大,一般应超过30m3/h。
优点,卫生条件好,没有气味与污泥外溢,操作方便并利于实现自动化控制,运行管理费用低。
缺点,一次性投资大,一旦建成后,输送的地点固定,较不灵活。
卡车输送:
适用于中、小型污水处理厂,不受运输目的地的限制,也不受污泥性质、含水率的影响,也不需经过中间转运,可以随着季节的变化或地点的变化,把污泥直接运到进展利用或处理的地方。
优点,方便灵活。
缺点,运费较高。
驳船输送:
适用于不同含水率的污泥。
优点,灵活方便,运行费用低。
缺点,需设中转站。
对管道、卡车、驳船输送综合经济比拟列于表8-4。
表8-4
管道、卡车、驳船输送综合经济比拟表
建设投资
运行管理费
输送1m的本钱
管道输送
1
驳船输送
6
卡车输送
30
注:
以管道输送的建设投资、运行管理费与每输送1m距离的本钱为“1“单位。
〔2〕污泥输送设备:
输送污泥用的污泥泵在构造上必须满足不易被堵塞与磨损,不易受腐蚀等根本条件。
常见的有隔膜泵、旋转螺栓泵、螺旋泵、混流泵、多级柱塞泵和离心泵等。
〔1〕污泥流动的水力特性:
污泥在含水率较高〔高于99%〕的状态下,属于牛顿流体,流动的特性接近于水流。
随着固体浓度的增高,污泥的流动显示出半塑性或塑性流体的特性,必须克制初始剪力以后才能开始流动。
污泥流动的下临界速度约为1.1m/s,上临界速度约为1.4m/s。
污泥压力管道的最小设计流速为1.0~2.0m/s。
〔2〕压力输泥管道的沿程水头损失〔见P336公式〔8-19〕和表8-4〕
〔3〕压力输泥管道的局部水头损失〔见P337公式〔8-20〕和表8-5〕
污泥处理方案的选择,应根据污泥的性质与数量;
投资情况与运行管理费用;
环境保护要求以与有关法律与法规;
城市农业开展情况与当地气候条件等情况,综合考虑后选定。
〔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→最终处置
〔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→枯燥燃烧→最终处置
〔5〕生污泥→湿污泥池→最终处置
〔6〕生污泥→浓缩→消化→最终处置
第〔1〕、〔3〕、〔6〕方案,以消化处理为主体,消化过程产生的生物能即沼气〔或称消化气、污泥气〕,可作为能源利用,如用作燃料或发电;
第〔2〕、〔5〕方案是以堆肥,农用为主,当污泥符合农用肥料条件与附近有农、林、牧或蔬菜基地时可考虑采用;
第〔4〕方案是以枯燥燃烧为主,当污泥不适于进展消化处理、或不符合农用条件,或受污水处理厂用地面积的限制等地区可考虑采用。
燃烧产生的热能,可作为能源。
污泥最终处理方法包括作为肥料施用于农田、森林、草地或沙漠改良;
填地或投海;
作为能源或建材;
燃烧等。
不同脱水方法与脱水效果列于表8-7。
表8-7不同脱水方法与脱水效果表
脱水方法
脱水装置
脱水后含水率%
脱水后状态
浓缩法
重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩
95~97
近似糊状
自然干化法
自然干化场、晒砂场
70~80
泥饼状
机械脱水
真空吸滤法
真空转鼓、真空转盘等
60~80
压滤法
板框压滤机
45~80
滚压带法
滚压带式压滤机
78~86
离心法
离心机
80~85
枯燥法
各种枯燥设备
10~40
粉状、粒状
燃烧法
各种燃烧设备
0~10
灰状
〔1〕污泥浓缩的目的是降低污泥含水率,减少污泥体积,以利于后续处理与利用。
〔2〕常用浓缩方法的特点见表8-8。
表8-8常用污泥浓缩方法与比拟
浓缩方法
优点
缺点
适用X围
重力浓缩法
贮泥能力强,动力消耗小;
运行费用低,操作简便
占地面积较大;
浓缩效果较差,浓缩后污泥含水率高;
易发酵产生臭气
主要用于浓缩初沉污泥;
初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥
气浮浓缩法
占地面积小;
浓缩效果较好,浓缩后污泥含水率较低;
能同时去除油脂,臭气较少
占地面积、运行费用小于重力浓缩法;
污泥贮存能力小于重力浓缩法;
动力消耗、操作要求高于重力浓缩法
初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。
特别适用于浓缩过程中易发生污泥膨胀、易发酵的剩余活性污泥和生物膜法污泥
离心浓缩法
占地面积很小;
处理能力大;
浓缩后污泥含水率低,全封闭,无臭气发生
专用离心机价格高;
电耗是气浮法的10倍;
操作管理要求高
目前主要用于难以浓缩的剩余活性污泥和场地小,卫生要求高,浓缩后污泥含水率很低的场合
〔1〕原理:
重力浓缩是一种重力沉降过程,依靠污泥中的固体物质的重力作用进展沉降与压密。
〔2〕分类:
根据运行情况分为间歇式和连续式两种。
间歇式重力浓缩池:
是一种圆形水池,底部有污泥斗。
工作时,先将污泥充满全池,经静置沉降,浓缩压密,池内将分为上清液、沉降区和污泥层,定期从侧面分层排出上清液,浓缩后的污泥从底部泥斗排出。
〔见P347图8-15〕间歇式浓缩池主要用于污泥量小的处理系统。
浓缩池一般不少于两个,一个工作,另一个进入污泥,两池交替使用。
连续式重力浓缩池:
分为竖流式和辅流式两种。
其运行根本工作状况与固体与液体平衡关系〔见P339图8-6〕。
剩余活性污泥经浓缩池中心管流入,入流污泥流量与其固体浓度分别以Q0、C0表示。
上清液由溢流堰溢出称为出流,其流量与固体浓度分别以Qe、Ce表示。
浓缩污泥从池底排出称为底流,底流流量与固体浓度分别以Qu、Cu表示。
浓缩池中存在着三个区域,即上部澄清区;
中间阻滞区〔当污泥连续供应时,该区的固体浓度根本恒定,不起浓缩作用,但其高度将影响下部压缩区污泥的压缩程度〕;
下部为压缩区。
单位时间内进入浓缩池的固体重量,等于排出浓缩池的固体重量〔上清液所含固体重量忽略不计〕。
通过浓缩池任一断面的固体通量,由两局部组成,一局部是浓缩池底部连续排泥所造成的向下流固体通量;
另一局部是污泥自重压密所造成的固体通量。
连续式重力浓缩池的根本构造〔见P346图8-12〕。
其特点是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〔圆周速度2~20cm/s〕,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。
〔3〕设计要点:
小型污水处理厂采用方形或圆形间歇式浓缩池;
大、中型污水处理厂采用竖流式和辐流式连续式浓缩池;
间歇式浓缩池的主要设计参数是水力停留时间,停留时间由试验确定。
时间过短,浓缩效果差;
过长会造成污泥厌氧发酵。
无试验数据时,可按12~24h设计。
当以浓缩后的湿污泥作肥料时,污泥浓缩和贮存可采用方或圆形湿污泥池,有效水深采用1~1.5m,池底坡0.01,坡向一端。
连续式浓缩池的主要设计参数有:
固体通量和水力负荷。
有效水深采用4m,竖流式有效水深按沉淀局部的上升流速不大于0.1mm/s进展复核。
池容积按浓缩10~16h核算。
当采用定期排泥时,两次排泥间隔可取8h。
浓缩池的上清液应回送初沉池或调节池重新处理。
〔4〕设计计算:
浓缩池外表积F:
选定固体通量,计算浓缩池外表积FˊS,与用水力负荷计算的浓缩池外表积FˊW进展比拟,取其大者。
按固体通量,计算浓缩池外表积Fˊs〔m2〕:
Fˊs=Qω/qs
按水力负荷计算的浓缩池外表积Fˊw〔m2〕:
Fˊw=Q/qw
如此F=max〔Fˊs,Fˊw〕
Q——污泥量,m3/d;
ω——污泥含固量,kg/m3;
qs——选定的固体通量,kg/〔m2.d〕;
qw——水力负荷,m3/〔m2.d〕;
浓缩池有效池容W和停留时间t:
根据确定的池外表积F,计算浓缩池的有效容积Wˊ,根据Wˊ复核污泥在池中停留时间tˊ。
假如tˊ大于10~16h,如此修定固体通量,重新计算上述各值,最终确定浓缩池设计外表积F、有效容积W和停留时间t。
计算有效容积Wˊ〔m3〕:
Wˊ=Fh2
复核停留时间tˊ〔h〕:
tˊ=Wˊ/Q
h2——有效水深,m。
〔5〕运行管理:
在浓缩池的运行管理中,应经常对浓缩效果进展评价,并随时予以调节。
浓缩效果通常用浓缩比〔排泥浓度/入流污泥浓度〕、固体回收率〔浓缩到排泥中的固体/入流总固体〕和别离率〔上清液量/入流污泥量〕三个指标进展综合评价。
一般来说,浓缩初沉污泥时,浓缩比应大于2,固体回收率应大于90%;
浓缩活性污泥与初沉污泥组成的混合污泥时,浓缩比大于2,别离率应大于85%。
如果某一指标低于以上数值,应分析原因,检查进泥量是否适宜,控制的qs是否合理,浓缩效果是否受到了温度等因素的影响。
采用压力溶气浮选方法,通过压力溶气罐溶入过量空气,然后突然减压释放出大量的微小气泡,并附着在污泥颗粒周围,使其相对密度减小而强制上浮,从污泥表层获得浓缩。
〔2〕适用条件:
适用于相对密度接近1的活性污泥的浓缩污泥,如活性污泥〔相对密度1.005〕,生物过滤法污泥〔相对密度1.025〕,尤其是采用接触氧化法时,脱落的生物膜含大量气泡,比重更接近于1,用浮选浓缩较为有利。
〔3〕气浮浓缩的工艺流程〔见P347图8-16〕,可分为无回流,用全部污泥加压气浮;
有回流水,用回流水加压气浮两种方式运行。
进水室的作用,是使减压后的溶气水大量释放出微细气泡,并迅速附着在污泥颗粒上。
气浮池的作用,是上浮浓缩,在池外表形成浓缩污泥层由刮泥机刮出池外。
不能上浮的颗粒沉至池底,随设在池底的清液排水管一起排出;
局部清液回流加压,并在溶气罐中压入压缩空气,使空气大量地溶解在水中。
减压阀的作用,是使加压溶气水减压至常压,进入进水室起气浮作用。
气浮浓缩可以使污泥含水率从99%以上降低到95%~97%,澄清液的悬浮物浓度不超过0.1%,可回流到污水处理厂的入流泵房。
〔详见P349~349〕
气浮浓缩池的设计内容主要包括气浮浓缩池所需气浮面积、深度、空气量、溶气罐压力等。
溶气比确实定:
气浮时有效空气重量与污泥中固体物重量之比或气固比,用Aa/S表示。
气浮浓缩池外表水力负荷:
回流比R确实定:
气浮浓缩池的外表积:
是利用污泥中的固体、液体的比重差,在离心力场所受到的离心力的不同而被别离。
主要用于浓缩剩余活性污泥等难脱水污泥或场地狭小的场合。
〔3〕离心机的种类:
连续式离心机、间歇式离心机、盘式和篮式离心机。
〔4〕主要参数:
入流污泥浓度、排出污泥含固量、固体回收率、高分子聚合物的投加量等。
离心机的运行参数列于〔P352表8-12〕。
高浓度有机污泥通过厌氧或好氧消化,污泥中的挥发性固体变为稳定的腐殖质,同时减少污泥体积60%左右,并改善污泥性状,控制致病微生物,为污泥的后续处理做好准备。
经济的污泥处理系统是:
厌氧消化处理初沉池污泥;
好氧消化处理剩余活性污泥。
表8-10污泥厌氧与好氧消化的比拟
消化方法
适用条件
厌氧
不需曝气,运行能耗和费用低;
可获得局部能源〔沼气〕
易产生臭气;
管理水平要求较高
废水处理厂,规模不限;
多采用中温消化
好氧
中小规模时,投资少、上清液中BOD、SS、NH4-N均低于厌氧消化,操作管理简便;
消化池中不加温,不产生臭气
供氧消耗的能量大,运行费用高;
消化污泥脱水性能差,有机物分解率较低
中小规模废水处理厂,特别适用于无初沉池的好氧生物污水处理厂
〔1〕厌氧消化的机理:
1979年,伯力特〔Bryant〕等人根据微生物的生理种群提出的厌氧消化的三阶段理论,第一阶段是在水解与发酵细菌作用下,使碳水化合物,蛋白质与脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油与二氧化碳、氢等;
第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下,把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸;
第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组是对乙酸脱羧产生甲烷。
参与的微生物种类,参与厌氧消化第一阶段的微生物包括细菌、原生动物和真菌,统称水解与发酵细菌,大多数为专性厌氧菌,也有不少兼性厌氧菌;
参与厌氧消化第二阶段的微生物是一群极为重要的菌种——产氢产乙酸菌以与同型乙酸菌;
参与厌氧消化第三阶段的微生物是甲烷菌——甲烷发酵阶段的主要细菌,属于绝对的厌氧菌。
〔2〕厌氧消化的影响因素:
影响厌氧消化的主要因素有温度、生物固体停留时间〔污泥龄〕与负荷、搅拌和混合、营养与C/N比、氮的守恒与转化、有毒物质、酸碱度、PH值和消化液的缓冲作用等。
〔3〕厌氧消化池池形:
厌氧消化池池形,〔见P361图8-26〕。
圆柱形,池径一般为6M~35M,池总高与池径之比取0.8~1.0,池底、池盖倾角一般取15°
~20°
,池顶集气罩直径取2M~5M,高1M~3M。
蛋形一般用于大型消化池,容积可达到10000M3以上,搅拌充分、均匀,无死角,污泥不会在池底固结;
池内污泥的外表积小,即使生成浮渣,也容易去除;
在池容相等的条件下,池子总外表积比圆柱形小,故散热面积小,易于保温;
蛋形的结构与受力条件最好,如采用钢筋混凝土结构,可节省材料;
防渗水性能好,聚集沼气效果好。
〔4〕厌氧消化池的构造与设计:
消化池的构造主要包括污泥的投配、排泥与溢流系统,沼气排出、收集与贮气设备,搅拌设备与加温设备等。
投配、排泥:
溢流系统:
保持沼气室压力恒定。
常用的形式有倒虹管式、大气压式和水封式
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