废弃物的处理方法Word格式.docx
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污泥中含有大量的有机物，经微生物厌氧或好氧消化后可使有机污染物得到进一步的降解,转化为CO2或沼气（稳定化）；
而且污泥的数量相应减少,在厌氧消化中污泥量约可减少一半（减量化）；
污泥中病原微生物及寄生虫卵也相应减少（无害化）；
污泥的脱水性能也大为改善,这样有利于污泥作进一步的处置。
因此,污泥的微生物消化处理是废水生物处理中不可少的一个组成部分，是消除污泥对环境污染的有效方法。
8.2.2.1污泥的来源及性质
（1）初沉池污泥
初次沉淀污泥是指一级处理过程中产生的污泥。
废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和飘浮物的50%、BOD的30%。
初沉污泥的性质随废水（污水）的成分，特别是混入工业废水的城市污水或单独处理的工业废水性质而变化。
城市合流污水初沉池污泥的特性见表４－21。
表4－21城市合流污水初沉池污泥特征
参数
特性描述
注
物理性质
不均匀、团块状
色泽
褐色
工业水中染料可使之带色，若腐败可呈深褐色或黑色
浓度
平均固体含量占3～8%
浓缩得好，平均固体含量占5～7%
气味
泥土味
有重金属盐时可无味或少味
挥发物
占总固体干重的70～80%
偶而可为60%或85%
pH
5.5～6.5，平均6
受工业废水或污泥腐败的影响
总碱度
范围300～1000毫克/升，常为500～600毫克/升
盐类或非挥发物
占固体总重量30%左右
具有砂时可>
30%
腐败性
通常不腐败
腐败可因：
①原水腐败，②污泥在池中搁置过久，③污泥消化池中上清液引起
污泥体积
5.2～52升/米3废水，平均约18.7～26.2升/米3
体积过多，说明污泥太稀或有工业垃圾。
过少说明废水太淡；
初沉池效率差；
污泥积累于池中。
消化性能
易消化
不易消化表明工业废水中有重金属盐类或纤维物的存在
油脂量
10～20毫克/升
过高因工业废物，如废油或羊毛洗涤废水所致
（2）二沉池污泥
二沉池污泥是指二级生化处理中产生的污泥，包括活性污泥法中排放的剩余污泥，生物滤池及生物转盘等脱落的生物膜。
此类污泥的组分与活性污泥及生物膜基本相同，除了吸附了少量的水中的悬浮物、无机盐或未分解的的残剩有机物外，主要是由微生物的细胞所组成，因此污泥的有机物含量、含水率都较高，密度低。
二沉池污泥的比重约为1.005～１.025，污泥中的灰分及挥发性有机物的比例与生物处理系统中的泥龄有关，若泥龄长，则挥发性有机物含量较低。
8.2.2.2污泥的浓缩
有机污泥的含水率一般都很高，可达95%以上，刚排出的剩余污泥甚至可达99%以上。
因而体积很大，这对污泥的输送和处理都将造成困难，因此必须进行浓缩。
污泥浓缩的目的，是使污泥的含水率、污泥的体积得到一定程度的降低．从而减少污泥后续处理设施的基本建设费用和运行费用。
污泥中所含水分大致可分为四种，如图4－54所示。
图4－54污泥所含水分示意图
（1）间隙水是指几个固形物质粒子间所包含的水，又称游离水、颗粒间隙水，约占污泥水分的70%。
间隙水和固体粒子不是直接结合，因而易于排除。
（2）毛细管结合水在污泥的固体物质粒子间，形成一些小的毛细管，充满于毛细管中的水称为毛细管结合水，这部分水，约占污泥水分的20%。
排出这部分水，需要较大的机械能，可以采用离心机或高压过滤机；
使毛细管结合水从污泥中分离出来。
（3）表面附着水吸附在固体粒子表面的水，能随固形粒子移动，需用机械方法排除。
（4）内部水是指微生物细胞内的水分，此种水与固体粒子结合较牢固，单用机械方法不能达到排除目的，必须采用生物化学法或通过加热等方法才能排除。
表面吸附水与内部水大约共占污泥含水量的10%.
污泥浓缩的对象主要是去除污泥颗粒间的游离水。
对于一级污泥、二级污泥和消化污泥，采用的浓缩方法主要有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。
在现有处理工艺中，采用较多的是重力浓缩法，但此法的浓缩效果，受废水处理工作状况的影响较大，往往会出现浓缩效果欠佳的情况。
因此，近年来，国内外积极研究与应用离心机浓缩污泥。
上述三种污泥浓缩方法各有优缺点，应根据具体情况与要求予以选择，见表4－22。
表4－22不同污泥浓缩方法的比较
方法
优点
缺点
重力浓缩
1．贮存污泥的能力高；
1．占地面积大；
2．操作要求不高；
2．会产生臭气；
3．运行费用少．尤其是电耗低
3．对于某些污泥工作不稳定
气浮浓缩
1．浓缩后污泥含水率较低；
1．运行费用较高；
2．比重力浓缩法所需土地小，臭气问题少；
2．占地比离心浓缩法大；
3．可使砂砾不混于浓缩污泥中；
3．污泥贮存能力小；
4．能去除油脂
4．操作要求比重力浓缩法高
离心机浓缩
1．占地面积小；
1．要求专用的离心机；
2．没有或几乎没有臭气问题
2．电耗大；
3．对操作人员要求高
此外，在选择污泥浓缩方法时，除考虑以上因素以外，还与整个污泥处置流程有关。
例如，当利用污泥作农肥时，且不作商品化产品（袋装颗粒肥料），而是运到农田直接施用，则要求污泥有一定流动性，但又考虑到运输费用，因此，污泥处理工艺应在保持污泥流动的前提下尽可能浓缩。
8.2.2.3污泥的厌氧消化
美国学者克拉克（Clark）于1899年提出了从污水中迅速去除污泥，便污水保持新鲜，并将分离出来的污泥在隔绝空气的条件下进行消化的想法。
迄今为止，人们根据这个想法已创造了不同类型的污泥处理构筑物，进行有机污泥的厌氧消化。
所以污泥在厌氧条件下进行消化处理是人们早已熟悉的方法，并习惯地称之为污泥消化。
现在，为了区别于污泥的好氧稳定处理（污泥的好氧消化），人们又称上述的污泥消化为污泥的厌氧消化。
污泥通过厌氧消化使其中的有机物得到降解、稳定，同时又回收利用了沼气。
污泥厌氧处理原理及有机物的转化请参见废水厌氧处理章节。
由于污泥的消化处理是在厌氧条件下进行，故运行中的动力消耗特别低，而且沼气可回收利用，更节约了运行费用。
现在，城市污水处理厂中大多采用厌氧消化法对污泥进行无害化处理。
在污泥厌氧消化过程中，由于大量有机物质被水解液化，致污泥消化的上清液中还含有较多的有机物和营养物质。
因此，这种上清液不能直接予以排放，还需要作进一步处理（如回入初沉池或生物处理构筑物与废水一并处理）。
污水处理厂从污水中分离出的污泥系由有机物和无机物组成。
一般，生污泥约含65%的有机物和35%的无机物。
通过厌氧消化处理后，污泥中的有机物约有1/2～2/3被分解，消化污泥的体积得到减少（约60～70%），所含有机物约50%，无机物约50%。
其次，污泥通过厌氧消化后，消化污泥中所含的肥分亦更易被植物所吸收。
（1）污泥厌氧消化的方法
按操作温度不同，消化可分为中温消化（30－37℃）和高温消化（45－55℃）；
按运行方式，可分为一级消化、二级消化、厌氧接触消化等；
按负荷不同，可分为低负荷与高负荷两种。
1）低负荷消化法
低负荷消化法又称标准负荷消化法，是在普通消化池中进行。
低负荷污泥消化池通常为单级消化过程。
消化池内不加热，不设搅拌装置，间歇投加污泥和排出脱水后污泥。
在单级消化的实际运行过程中，当污泥加入后进行快速消化并产气后，气泡的上升所起的搅动作用是唯一的搅拌作用。
池内形成三个区，上部浮渣区，中间为上清液，最下层为污泥区。
经消化的污泥在池底浓缩并定期排出，上清液回到水处理流程的前端进行处理，产生以甲烷为主要成分的沼气，从池顶收集和导出。
由上述可见，污泥的消化、浓缩和形成上清液等过程，是在一个消化池内同时完成的。
在池中，不加热，不加搅拌，间隙投料和出料，一般负荷率为0.4－1.6kg（VSS）/m3.d。
由于这种单级消化池存在池内分层、温度不均匀、有效容积小等问题，使其消化时间长达30～60d，此种低负荷消化法，仅适用于小型污泥处理。
2）高负荷消化法
高负荷消化是在高负荷消化池中进行。
与普通单独消化池相比较,高负荷消化池的固体负荷大得多，并设有搅拌设备、其搅拌,污泥投配及熟污泥排除等工序为24h连续进行，不存在分层现象，全池都处于活跃的消化状态。
消化时间仅为低负荷消化池的1／3左右（10～15d），固体负荷约提高4～6倍。
目前国内外常用的高负荷消化池有不同的形式，主要是在搅拌方式上的不同。
可用气体循环、搅拌、提升或引流管混合器，使污泥在内部混合和加热，达到最佳的消化效果。
3）二段消化法
二段消化法又称二级消化法，在二段消化系统内，产酸和产甲烷阶段分别在两个单独的反应池中完成。
采用这种方法，可为各大类微生物提供最佳的繁殖条件，得到最好的消化效果。
但这种二段消化法尚处于研究和开发阶段。
现在实际应用的二段消化系统，是污泥消化和浓缩分二段进行。
第一消化池主要进行加热、搅拌、产气和除渣，池温度约33～35℃；
第二消化池不加热，不搅拌，利用从第一消化池排出污泥的余热，使池温约24－26℃，继续进行消化、浓缩和排出上清液。
二级消化产气量比一级消化大约增加10%～15%，其中第一段消化池占总产气量的90%。
二级消化池的总容积与一级消化池相同，因第二段消化池不搅拌、不加热，所以总动力消耗较少，而消化更彻底。
但因消化池的数量增加一倍，基建投资和占地面积较大。
4）厌氧接触消化法
厌氧消化的时间受产甲烷菌分解有机物的速度所控制，出自高负荷消化池的污泥，在第二段消化池进行沉降处理，将沉降后的熟污泥部分回流到第一段消化池，这样可以增加消化池中产甲烷菌的数量与停留时间，相对降低挥发物与细菌数的比值，从而加快分解速度。
该运行方式称为厌氧接触法。
此法对有机物的分解速度比单一的高负荷消化池快，消化时间可缩短至12－24h。
回流污泥量为新鲜污泥投配量的1～3倍，剩余污泥量也较少。
上述污泥厌氧消化法均属中温消化，由于高温消化的能耗比中温消化多，因此一般不采用，厌氧消化中最通用的是中温消化。
目前国内外对厌氧消化有三个主要发展趋势来节省费用：
①采用较短的停留时间；
②污泥进行预浓缩；
③建造价格便宜的预制构件消化池。
（2）影响厌氧消化的主要因素及调节控制
为使厌氧消化系统高效与安全运行，操作人员掌握好影响厌氧消化的主要因素是十分必要的。
1）温度
温度是影响消化过程的主要因素。
细菌的活动与温度有关，温度不仅影响厌氧消化的速度，而且影响消化的深度。
即温度的高低决定消化的快慢，同时也影响沼气产量。
高温消化可以提高产气量，而且几乎可杀灭污泥中全部病原细菌和寄生虫卵；
但高温消化操作复杂，加热费用高，所以一般采用中温消化。
中温消化控制温度为33～35℃，其消化时间一般为25～30d。
当采用二段消化时，两段停留的天数的比值可采用1:
1，2:
1或3:
2，一般采用2:
1的比值。
应该指出，消化池内的产甲烷菌，在一定温度内被驯化后，温度波动2℃就可破坏消化作用，为此，在厌氧消化系统运行操作过程中，应严格执行操作规程，供给充足的热源，维护与保养好加热系统与设备至关重要。
2）投配率
投配率是每天投入消化池内新鲜污泥量占消化池有效容积的百分率。
新鲜污泥单独地进行消化，需时间很长，因此在工程上经常采用的方式，是每日定量地将新鲜污泥投配到消化池中，并与熟化污泥进行混合消化，这样，既能使甲烷细菌迅速接种，又能利用消化液的缓冲能力，使混合污泥维持在弱碱性的pH值范围内，从而使甲烷细菌在最佳条件下工作。
应该指出，投配率的大小应适中，投配率小，污泥消化速度快、程度高、产气量也高，但消化池容积必然增大。
投配率大，消化速度减慢，造成中间产物有机酸的累积，使pH值下降，容易影响消化正常进行，同时污泥削减量少。
对于中温消化，投配率以5%～8%为宜。
3）pH值
厌氧消化过程包括两个不同的有机物转化反应阶段，第一阶段为酸性消化阶段，由产酸细菌使有机物水解和液化，产生有机酸，使系统pH值降低。
第二阶段是碱性消化阶段，由甲烷细菌将第一阶段产物分解为以甲烷、二氧化碳为主的沼气，并产生一些重碳酸盐等。
甲烷细菌对环境条件非常敏感，除对温度的适应性很弱外，对pH值的适应范围也很窄，适宜的pH范围是6.6～7.8之间。
在连续消化过程中，上述两阶段是同时进行的，并一旦被pH值、温度、有机物负荷、可溶盐的过量浓度等外加因素所破坏，则碱性消化阶段（甲烷消化）往往即行停止，其结果将导致厌氧消化进程的失常。
因而在厌氧消化操作过程中，要求小心控制温度、有机负荷（投配比）、pH值等。
当pH值下降到6.8以下时，最好投加碳酸钠，调整pH值在6－8的范围，并保持系统有一定的缓冲能力，使pH值保持稳定。
如投加石灰等碱性物质，则应注意石灰等碱剂吸收系统中的CO2后，可使系统内压力降低，甚至出现局部真空；
在pH值超过6.3时，石灰还与重碳酸盐碱度反应生成不溶性的碳酸钙，引起结垢、结壳现象。
此外，投加碳酸钠时，还应注意过量的钠离子浓度对厌氧菌有抑制作用，因此要防止超过和达到致毒浓度。
4）搅拌
投入的生污泥与池内熟污泥的充分混合，造成全池各部分的物料和工作条件均匀一致，可加速消化过程，提高产气量。
没有搅拌设备的消化池．消化时间约需30～60d；
有搅拌设备的消化池，消化时间约10～15d，且产气量增加30%左右。
5）碳氮比（C／N）
污泥中有机物质的碳氮比，对消化过程有很大影响，碳氮比高，即氮量低，用于合成细菌的氮量不足，消化液中HCO3-（以NH4HCO3形式存在）浓度低，缓冲能力差，pH值易下降。
反之，碳氮比太低，也就是氮含量过高，胺盐过度积累，pH值可上升到8.0以上，也会抑制产甲烷细菌的生长。
试验表明，被分解物质的碳氮比为12～16时，厌氧菌最活跃，繁殖的新细胞也最多。
活性污泥的碳氮比约4.8，不宜单独进行消化，如与初次沉淀污泥混合，可提高碳氮比，对消化有利。
6）有毒物质
主要有毒物质是重金属离子及某些阴离子，因此，必须严格控制污泥中重金属离子的含量。
表4－23列出了污泥厌氧消化有害物质的最大容许浓度，可供参考。
表4－23污泥厌氧消化中有害物质的最大容许浓度
有害物质名称
最大容许浓度（mg/l（污泥））
硫酸铝
5
Cu+2
25
Ni+2
500
Pb+2
50
Cr+3
Cr+6
3
硫化物
150
丙酮
800
苯
200
甲苯
戊酸
100
甲醇
5000
三硝基甲苯
60
合成洗涤剂
100～200
NH4+－N
1000
SO42-
8.2.2.4污泥的好氧消化
好氧消化是污泥稳定的另一种可供选择的方法。
好氧消化类似于活性污泥法，当加入的污泥中有机物耗尽时，微生物开始消耗其本身的原生质，以获得细胞反应所需的能量。
在这种情况下，微生物被认为处于内源期。
细胞组织被好氧氧化为二氧化碳、水和氨，而氨随消化作用的进行而陆续氧化成硝酸盐，其最终的全部反应可用如下方程式表示：
C5H7NO2＋7O2—→5CO2＋NO3—＋3H2O＋H+
当氨被氧化为硝酸盐，且系统中碱度不足以起到对溶液的缓冲作用时，pH值要降低。
理论上，1kg的氨氮被氧化成硝态氮，则要减少7.1kg的碱度（以CaCO3表示）。
在缓冲能力不足的情况下，要考虑采取投药措施，以维持适宜的pH值。
好氧消化的主要目标是消除污泥臭味，减少生物可降解的固体等。
由于好氧细菌稳定污泥过程比厌氧细菌快，此法用于处理废水一级处理的初沉池污泥、废水生物处理二沉池污泥或这些污泥的混合物。
好氧消化与厌氧消化相比，其优点是操作简易，投资费用低，上清液中的BOD、氨氮等浓度较低，污泥中有价值成分回收率高，对干扰性物质（如重金属等）的影响较小，并且没有甲烷爆炸的危险，消化污泥少，无臭、稳定，易脱水。
但操作费用高（主要是供氧），需稳定的时间受温度变化的影响较大，不能产生甲烷这类有用副产品。
污泥好氧消化主要用于污泥处理量不大的场合。
好氧消化可以间歇操作，也可连续操作。
目前好氧消化过程有普通好氧消化与自热高温好氧消化两类。
而自热高温好氧消化工艺又分空气曝气与纯氧曝气两种。
（1）普通好氧消化
用空气作氧源的好氧消化，其主要技术参数如下：
1）水力停留时间
在温度为20℃左右、水力停留时间为10－12d条件下，挥发性固体的分解率为35%--40%。
2）负荷率
在表4－24中列出了普通好氧消化池的一些技术参数。
表4－24好氧消化池的运行参数
水力停留时间（T=20℃）
剩余活性污泥
剩余活性污泥（或生物滤池）+初沉污泥
10～15d
15～20d
污泥负荷
1.6～4.8kg（挥发固体）/m3·
d
每分解1kgBOD5所需空气量
1.6～1.9kg
用机械混合所需电能
20～40kW/1000m3（污泥）
空气混合所需氧量
20～40m3/1000m3（污泥）·
min
3）环境条件
对好氧消化法，pH值和温度是重要的环境条件。
在低于20℃时影响更大，此时，水力停留时间按1.08--1.10的系数增长（以15d为基数）。
如水力停留时间达到60d，则温度的影响可以忽略不计。
在水力停留时间长的条件下，pH值可能低于6，因此，在运行时要定期检查,注意系统的pH值调节.
（2）自热高温好氧消化
利用微生物氧化有机物时所释放出的热量对污泥加热，可以使污泥达到自热高温消化的目的。
据运行条件的不同，污泥温度可达40－70℃。
该法与普通好氧消化相比，具有反应速度快、停留时间短、基建费用低、改善污泥沉淀脱水性能等优点，而且可全部杀灭病原体，不需进一步消毒处理。
自热高温消化池，在大多数的自然气候条件下，都可以达到稳定污泥的作用，比普通好氧消化和厌氧消化系统的停留时间要短得多。
此外，与厌氧消化相比，产生的上清液中，有机物含量较低。
这种消化池要加盖和保温，以便将系统的热损失减到最小。
8.2.2.5污泥的堆肥
污泥的堆肥化是嗜热性的好氧分解过程，能把污泥中的有机物降解为类似腐殖质的性质稳定的物质。
但是堆肥化并不是使污泥完全无机化；
而且堆肥化分解后的污泥不致于产生使人不愉快的臭气以及病源菌的数量达到很低的水平，使污泥堆肥化后的进一步处置没有很大的危害，就认为堆肥化完成了。
经过堆肥化的城市污水污泥能为作物生长提供一定量的肥料元素，而堆肥化后的污泥中的有机物是很好的土壤改良肥料，因为经过一定程度的稳定，剩余的有机物分解缓慢，因而在相当长的时间内对土壤的改良起作用。
堆肥后的污泥对于含砂过多的土壤和粘土太多的土壤特别有效，能使砂土含更多的水，并且有更长的保水时间；
使粘土的透水、透气性改善，促进作物根系的发展和微生物的繁殖，缓解土壤的板结现象。
不过如果污泥中有难分解的有机物、病源菌或重金属，则堆肥化后的污泥不宜用于种植人类食用的作物。
污泥堆肥化与城市垃圾堆肥化的不同是无需分离塑料、金属、玻璃等在城市垃圾中才有的物质，故运行、操作简便得多。
影响污泥堆肥化的主要因素是：
物料的挥发性、含水率、pH值、氧的浓度、碳氮比和温度。
这些因素能影响到细菌、真菌、放线菌等参与有机物降解的微生物的活性和堆肥化的进展速度。
含水量影响生物的活性，最佳的含水率为50～60%。
含水率再高，难以维持污泥成堆的稳定性。
脱水后的污泥仍然含水率太高，这时可以投加木屑或经堆肥后的污泥，以降低含水率。
投加的木屑等添加剂数量、堆肥后的污泥的量，应尽可能根据特定的情况下的污泥性质作具体的计算。
污泥堆肥中其它的一些影响条件的调控及工艺参数的选用请参阅本章第十节。
8.2.2.6污泥的综合利用及最终处置
消化后污泥已大大减量，但尚含有相当数量的有机物，含水率也较高，约95～97%，因此须经脱水与干化，使之进一步减量，以便于运输及作进一步的处理。
污泥经消化后所含的氮、磷比例提高，并含有某些植物生长所需的微量元素，因此可作为肥料加以利用。
表4－25示污泥用于农用有机肥时对重金属含量的控制标准。
表4－26示我国及欧美各国污泥中植物养分及重金属的含量。
从表中可见城市污水厂污泥中重金属的含量均在控制标准值之下。
此外污泥经脱水干化后可运至土地填埋场填埋处置。
当污泥中含有过量的重金属或其他有害有毒物时则须干化后
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