污泥处理处置及综合利用.docx

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污泥处理处置及综合利用

污泥的处理处置和综合利用

污泥特性与处理方法

城市污水处理厂在运行中每天要去除大量的优异或无机污染物，这些污染物经过一系列物化、生化处理过程，部分被氧化分解，部分转化成污泥，为了保证系统稳定运行，这部分污泥必须从系统中去除。

另外这部分污泥中仍含有一些有毒有害污染物，必须采用合理的方法使其稳定化、无害化，这就涉及到污泥的处理与处置技术。

对于城市污水处理厂而言，污泥的来源瘀斑由以下几个方面：

1）初沉污泥

初沉污泥是指初沉池沉淀下来的污泥，由于污水来源和在管道内停留时间不同，颜色也不尽相同，一般为棕褐色至灰黑色，气味较难闻，略呈酸性。

含水率96%--98%，取决于排泥和污泥成分。

初沉污泥，水力特性复杂，含固率不同，粘度也不同，含固率小于1%和污水近试，含固率超过6%流动性很差，用泵输送困难。

初沉污泥产量取决于污水中的SS含量和初沉池工作效率，也和排泥浓度有关。

2）活性污泥（剩余污泥）

活性污泥由污染物通过生化作用转化而来，剩余污泥主要指活性污泥增值，一般为黄褐色絮体，由明显的土腥味；含水率为99%--99.5%，有机成分为50%--85%，PH为6.5—7.5，这与采用的工艺和工艺控制有关。

剩余污泥产量取决于进水中污染物的成分、浓度、采用的工艺类型等。

而生物膜法产生的污泥称为腐殖污泥或生物膜污泥。

3）消化污泥

上述各种污泥经消化处理后，称为腐殖污泥或生物膜污泥。

4）化学污泥

用化学法（如混凝、化学沉淀等）处理废水所产生的污泥称为化学污泥。

二、污泥处理工艺

污泥浓缩：

主要实现初步减容，满足后续处置设备和构筑物容量要求。

污泥消化：

将污泥中的有机物分解，降低有机物成分含量，实现污泥稳定，不易腐败。

污泥脱水：

主要指投加一些药剂，加强泥水分离，再采用某些设备，实现污泥进一步减容。

最终处置：

即采用经济、可靠、合理的途径，将污泥最终消纳。

应当指出，上述四个阶段都产生相应的污水，其中含有大量的污染物，宜返回污水处理单元二次处理。

另外，上述四个阶段是个比较完全的过程，对于一个具体厂家不一定全部都有，而且各个过程也互相联系，不完全独立。

评价一个污泥处理工艺是合理、经济、有效完全的过程，对于一个具体厂家不一定全部都有，而且各个过程也互有联系，不完全独立。

第一，减量。

由于原污泥含水率很高、体积很大、流动性强，采用上述过程可以使其体积减小到原先的十几分之一，甚至更低，而且从液体转变为固体，便于运输和最终的笑纳。

第二、稳定。

污泥中含有大量有机物，易腐败，产生恶臭。

一般通过消化、降低有机组分含量来实现稳定，但有些厂家采用长泥龄工艺，污泥有机物含量并不很高（经过初步好氧稳定）而取消消化过程。

另外，最终笑纳（深度）处理有特定要求（保留有机成分），也可能不采用焚烧、加工成农肥等。

第三、无害化。

污泥（特别是初沉污泥），含有大量病原菌，病毒和寄生虫卵，工业废水产生的污泥可能含有重金属、难降解的有毒、有害的有机化合物等，采用消化、高温堆置等方法，可以杀灭这些有害微生物，从而提高污泥卫生指标，降低毒害，减少二次污染。

第四，综合利用。

应该说污泥是一种资源，有机成分较高，有丰富的氮、磷、钾等植物营养元素，是有较高肥料的有机肥料，目前，污泥的综合利用方面的研究、开发进展很快，成为环境科学新的热点。

污泥处理与处置方法：

污泥浓缩，常用的工艺有重力浓缩、离心浓缩、气浮浓缩等。

消化过程一般有好氧消化和厌氧发酵两大类，后者更为常见。

污泥脱水分为自然干化和机械脱水，前者需建干化场，后者常采用压滤脱水和离心脱水设备。

污泥的最终处置方法很多，主要有卫生填埋、焚烧或生产有机农肥等。

三、污泥的浓缩

污泥浓缩的主要目的是使污泥的含水率、污泥的体积得到一定程度的降低，从而减少后续处理设施的基本建设和运行费用。

浓缩并不能使污泥颗粒中的水全部释放出来，这缘于水在污泥颗粒中的存在方式，下图是水在污泥中的存在状态的示意图。

污泥内的水分

1.空隙水2.毛细水3.吸附水4.结合水

空隙水是指污泥颗粒间隙中的游离水，占污泥含水量的70%，浓缩的过程就是这部分水中的绝大部分从污泥中分离出来。

毛细水是指污泥颗粒间的毛细管水，约占总含水量的20%，浓缩过程是不能脱除毛细水的，必须采用自然干化或机械脱水进行分离。

吸附水是指吸附在颗粒表面上的水，结合水则指颗粒内部化学结合的水，只有改变颗粒内部结构，才可能将结合水分离。

一般来说这两部分占总含水量10%左右，无论是浓缩还是脱水过程均难以将其分离，只有通过高温加热或焚烧才能将其最终分离。

污泥浓缩主要有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩三种形式、以重力浓缩最为常见，其他两种方式也有很大发展，并且工艺成熟、运行多年。

1）重力浓缩

重力浓缩从本质上讲是一种压缩沉淀过程，主要借助上层颗粒重力作用将下层颗粒间隙中的空隙水及挤出来，使污泥颗粒相互挤压，从而使污泥浓度上升，实现浓缩。

重力浓缩通常采用竖流式的浓缩池，池为圆形，排泥管设在池中心底部，进泥管一般在池中心，进泥点在池深一半附近，有些直径较大池子往往设有刮泥机械，将浓缩后污泥刮到中心池底排泥斗处，上清液从池周溢流堰上排出。

2）气浮浓缩

采用气浮浓缩主要针对密度在1.0—1.01之间的剩余污泥，初沉污泥由于其较大密度（1.02—1.03）易于重力浓缩。

其原理是向水或清液中强行（加压）溶入气体，在与污泥混合时减压释放，产生大量微小气泡，附着在污泥絮体周围，使其密度小于水，从而强制絮体上浮至液面，采用链式刮渣机将污泥撇除到集泥槽，然后进入脱气池搅拌脱气，下清液排出，从而实现污泥中的污水分离，完成浓缩过程。

气浮浓缩工艺控制，主要指控制合适的进泥量、气固比、加压水量以及水力表面负荷，另外保证污泥在气浮池的停留时间不小于20min。

3）离心浓缩工艺

离心浓缩是利用离心力，可达重力的500—3000倍，因而在浓缩池中需经过十几个小时以上方能达到的浓缩效果，在很小的离心机中，也许只要十几分钟就能完成，这对于不易重力浓缩的活性污泥来说，效率很高，对于富磷污泥可避免磷的二次释放，提高系统对磷的去除。

四、污泥的消化

污泥的消化，一般分厌氧发酵和好氧消化两类，污泥经过消化可以降低有机组分含量，实现污泥稳定，另外厌氧消化可杀灭寄生虫卵和大部分病原菌，同时可以获得大量高热值的甲烷气作能源使用。

好氧消化主要指对污泥过量曝气，将有机物氧化分解。

污泥中的有机物消化，是一个由多种细菌种群产与的生化反应过程.一般可分为两个阶段，即水解酸化阶段和产甲烷阶段，各阶段参与作用的微生物是不同的。

水解酸化阶段是由某些兼性菌将污泥中的碳水化合物，蛋白质等逐渐分解为挥发性脂肪酸，挥发酚以及醛酮类物质，产甲烷阶段是指甲烷细菌利用上阶段产生的低分子酸为原料，代谢还原成CH4.通常酸化阶段PH<7.0（消化液PH可降至5.5以下），而产甲烷阶段PH>7.0,因此，如果要保证这两类微生物都处于最佳工作环境，最好将上述两过程分开进行，就是所谓的两相厌氧发酵。

但实际上大多数污水处理厂进行污泥消化，并未将这两个阶段分开进行，这就要求将PH作为一个重要控制指标。

通过PH值控制，使产碱速率和产酸速率基本一致，从而使消化过程稳定进行。

研究表明，此时，产酸菌和产碱菌数量保持平衡，由于产甲烷菌对PH的敏感程度比产酸菌大得多，所以PH控制以满足前者需要为主，一般PH6.8—7.4.由于消化液中大量碳酸氢盐存在，具有相当的缓冲能力，一般正常运行操作不会造成PH大的波动，当进水碱度不足是可适当补碱（加石灰乳）

温度对污泥消化有明显影响，主要由于产甲烷菌代谢速度慢，整个消化速率升高活性增大，但在45℃附近，甲烷菌活性受到部分常温（15—25）、中温（29-38）高温（50-56）消化。

常温消化无需加热，不控温，因而温度有波动，消化速率慢，所需池容大，实际中很少采用。

高温消化对有机分解和沼气产量有利，但需增加很多热量，保温要求高，得不偿失，但对提高污泥卫生指标有利。

中温消化，采用最为普遍，一般控制温度在35左右，应当指出，甲烷菌，特别是驯化好的甲烷菌，对温度变化非常敏感，稍有波动，就会影响消化效果，所以在日常运行管理中，控制温度是个重要任务；另外，甲烷菌很脆弱，容易受到如重金属之类抑制或毒害，氨在1500mg/L以下可以强化消化液缓冲能力，高于此值就可能对甲烷菌造成抑制，这当然也和PH有关，pH高，毒性要小一些。

对消化过程由影响，除了pH、碱度、温度、毒物以外，污泥投配率、加热方式、搅拌等操作也会影响消化效果。

五、污泥脱水

浓缩后的污泥，其含水率在94%以上，流动性较强，体积很大，消化后的污泥基本上仍是液态，体积较大、难以处置，因此仍需脱水干化。

脱水主要在于分离浓缩后剩余的空隙水和毛细水，这部分水量占15%-25%。

污泥机械脱水种类很多，由真空、压滤、离心等几大类。

真空方式常见有真空转鼓过滤机，即在滤网一侧造成真空，将污泥中的水分强吸出来。

压滤脱水则是在滤介质一侧或两侧施压，强行将污泥中的水挤压出来，常见有板框压滤机和带式压滤机，以后者在污泥处理中最为常见。

离心脱水设备则在离心浓缩设备相似，也靠离心力不同进行工作，通常后者需加药剂调剂质且出泥含固率很高。

无论采用那类机械脱水，一般的哦需要进行预处理，通常投加一些化学药剂，使污泥絮体颗粒增大，毛细水易析出，改善污泥脱水性能。

污泥脱水性能难易程度及影响脱水因素

衡量污泥脱水难易程度的指标一般有两种，一为污泥比阻（R）,二为污泥毛细吸水时间（CST）,不同种类污泥，这两项指标也不同。

比阻R是指在一定压力下，在单位过滤介质面积上每单位重量的干污泥所能受到的阻力，单位为（m/kg）

R=2Pa2b/μw

式中：

p为脱水推动力（N/m2）或真空度；A为过滤面积m2，μ为滤液粘度（N·S/m2）；W为单位体积滤液产生之干污泥重量（kg/m3）；b为比阻测定中的斜率系数（s/m6）其值和污泥性质有关。

关于比阻测定，有专门的测定装置和具体方法，这里不再赘述。

污泥毛细吸水时间是指污泥中毛细水在滤纸上渗漏1cm所需时间，测定CST也有专门的试验装置。

R和CST是衡量污泥脱水性能的两个不同指标，各有所长，一般比阻较准确反应真空过滤脱水性能，对带式压滤过程也有指导意义。

但对离心过程相去甚远，CST几乎适用于所有脱水过程，测定较容易，但实测CST时受泥样含水率影响，重复性差。

比阻测定过程复杂，人为干扰大，实际控制中以CST居多。

影响脱水因素较多，R和CST测定，不同污泥、不同厂家，结果也相差较多，一般初沉污泥易脱水，污水来源也决定污泥性状，因而，不同行业的污水对其转化而来的污泥脱水性能也不相同。

另外，腐败的污泥脱水性能也会下降，活性污泥脱水性能一般很差，比阻在10.0×1013m/kg，CST常在100之上，不经调质，无法进行机械脱水。

SVI高，脱水性能差，膨胀的污泥原则上不宜采用机械脱水，初沉和剩余污泥混合污泥脱水性能取决于二者比列。

消化污泥脱水性能取决其泥絮体是否搅碎，越碎则脱水性能越差。

（2）污泥的化学调质

采用机械脱水一般要求污泥比阻R不超过4.0×1013m/kg或毛细吸水时间GST小于20s，绝大部分污泥不能满足此要求，因此，采用机械脱水的污泥，一般需进行预调质以改善其脱水性能。

药剂类型及作用机理

用于污泥调质的药剂由两大类，即无机混凝剂和有机絮凝剂。

无机混凝剂包括铁盐和铅盐以及聚合体（无机高分子），有机絮凝剂主要指聚丙烯酰胺等有机高分子化合物。

另外，污泥调质有时还使用一些助凝剂。

这类物质基本不起混凝作用，一般为惰性物质，主要用于调整Ph,提供絮体骨料，改善污泥颗粒结构，从而增强混凝剂的作用效果。

有机高分子，目前主要指聚丙烯酰胺，其分子量因聚合度不同，一般为50万-1800万，其本身为非离子，但通过水解可产生阴离子型，引入活性基团也可以制成阳离子型。

用于污泥调质一般为阳离子型，其作用机理有两个方面，其一为压缩双电层，降低污泥表面的点作用力，使污泥颗粒脱稳凝聚，其二为吸附架桥作用，即利用高分子链条将污泥颗粒吸附，缠结在一起，形成大颗粒。

药剂的选择及投药量确定

如果单从调质效果方面考虑，阳离子聚丙烯酰胺为首选，应用普遍，但对于一具体厂家，其产生的污泥量和性能不同，一般采用综合费用最低的药剂类型。

投药量与污泥性能。

脱水设备种类有关，应通过试验来确定以找到合适的药剂牌号和投药量，既满足调质要求又降低费用。

投药量除与污泥性质及脱水方式有关外，还受污泥温度影响，要保证同样的絮凝效果，夏季投药量较冬季少10%-20%。

六、污泥种类和性质

1.污泥的种类

污泥主要包括城市污水处理厂产生的污泥及城镇下水道的淤泥，按照污水处理厂工艺流程产出的污泥可分为以下几种：

1）沉淀污泥：

是指一次沉淀池（初沉池）产生出来的饿污泥，其成分因水质不同而变化，含水量和有机质含量不稳定。

2）剩余活性污泥：

是经过二级处理的二次沉淀产生的污泥，其含水量及有机质含量较为稳定。

3）混合污泥：

即一沉池污泥与二沉池污泥的混合物

4）消化污泥：

即对原始污泥和活性污泥进行好氧或厌氧消化处理，主要是无菌、发酵等稳定化处理后的污泥。

一般各类污泥含水率大致如下：

生污泥含水率99%；浓缩污泥等稳定处理96%；消化污泥95%；脱机干污泥75%；干燥污泥65%。

2.污泥的基本性质

1）含有较高有机质及多种植物营养：

污泥中含有丰富有机质和N、P、K、S等大量元素及CZ、ZN、Fe、MN、MO等微量元素。

其有机含量30%以上，因污泥的来源不同，含量也有很大差异。

2）污泥中的重金属：

重金属在工业废水中含量高，而且大多为有机结合态为主，比无机态的重金属更易为植物吸收。

3）污泥含有大量的生物污染物:

污泥中混有多种致病细菌、原生动物、寄生虫和病毒等病原体。

4）污泥中含有持久性的有机污染物，污泥中多环芳烃、硬质型混合洗涤剂、多氯联苯、苯并芘就是其典型代表。

七、污泥处理的目的

1.污泥的稳定化：

其处理方法有生物稳定法与化学稳定法两种。

生物稳定法主要有厌氧消化、好氧消化、两段消化（先好氧、后厌氧）以及堆肥法。

化学稳定法则以加石灰处理比较普遍，也有加氯、加氯化物和有机杀菌剂等。

污泥厌氧消化根据其生物作用那个的温度分为中温（30-36）高温（50-57）消化两种。

一般采用中温以及消化和两级消化。

2．污泥的无害化：

污泥的无害化主要包括杀死虫卵，减少病菌和消除重金属的污染，或者只能从严格控制污染源的排放来解决。

1）有效地减少病菌的工艺：

好氧消化15℃停留时间60d，20℃40d有机分解率大于23%。

厌氧消化20℃停留时间维持60d或35-55℃15d，有几分解率大于38%。

空气干燥，至少停留3个月，其中2个月的气温在0℃以上。

石灰稳定接触2h后，pH达到12.污泥堆肥无论槽式堆肥或充气堆肥，至少5d温度大于40℃，且其中4h大于55℃。

2）进一步减少病菌的工艺：

热干燥，高温消化，热处理，β射线，α射线，巴氏灭菌，污泥堆肥等。

3）污泥的减容化：

浓缩、脱水等，使污泥含水率由99%逐步减至20%左右。

八、污泥常见的处置方法

1）卫生填埋：

是一种常见的处理方法：

广泛用于城市固体废弃物的处理，选择区域很重要，远离城市和水源地等，需要建造由防渗漏的地下构筑物，避免对地下水造成污染，最终实现无机化、无害化，方法简单、易行，但需占用土地。

2）堆肥：

是一个由嗜温菌、嗜热菌对有机物进行分解的过程。

通常污泥要和脱水剂相混合，以增加空隙使同期良好，减少含水率和改善c/n比。

在微生物作用下产生的高温并分解有机物。

杀死虫卵和有害微生物，达到无害哈、稳定化和资源化，最后形成像腐渣质一样棕黑色的土肥，施于土壤中有益改良土壤，是一种提高农作物产量和质量的优质肥料，亦称生物肥。

堆肥的控制因素：

含水率要控制在55%以下，否则影响升温，要保持持续高温达到无害化要求。

温度：

50-55℃、8d以上对充氧堆肥，自然堆肥要保持55℃、15d以上，最高小于75℃。

C/N比：

含N多的有机物，C/N比小，分解快。

含C多的有机物，C/N比大，分解慢，C/N控制在25-40较为理想。

PH值：

7-8.5

通风量：

充气堆肥通风量3.0-3.6m3/m3（堆肥）·h

3）污泥焚烧及能源回收利用：

污泥焚烧是将脱水的污泥送至焚烧炉中和燃料一起燃烧，迅速实现污泥的无机化，占地少，设备投资大，能耗高，国内目前采用较少。

在美国、日本还是提倡这种做法。

它不仅绝对减量化，而且能在焚烧过程中收集释放能源，再利用生产过程中去。

九、污泥的综合利用及注意问题

1．利用沼气发电，能量利用是个好方法，但对污泥处置投资大，成本高。

2．制造建材一般指稳定过得污泥，因其有机成分不高，可作为道路土基，或混入粘土中烧结城砖。

作为制砖和建材的材料，一般渗入量不宜过大，重金属尽管可固化，但需取谨慎态度。

3．作为农林用肥，这是目前较为普遍的最终处置方法，主要是利用污泥中丰富的有机质，氮、磷、钾等植物营养元素的肥效，但尚应注意的问题也不可忽视：

1）农田使用污泥前应查清所用污泥和当地土壤中主要营养元素及有害元素的含量，应遵守农田污泥标准，不得过量使用。

由于污泥带入的有害元素，使土地中这种有害元素达到限制后，即应停止使用这种污泥。

2）因土制宜，先非农耕地，后农田；先旱地，后水田；先贫瘠地，后肥沃地；先碱性地，后偏酸性地。

3）对作物而言，先森林、花卉、草坪、绿化树种等，后禾谷及蔬菜地使用。

污泥能源回收系统流程图示

4）控制用量，根据各种营养元素的平衡和农作物的需肥特点确定，每年施污泥的数量不要过量，否则会带来不良后果。

许多国家都制定了“农田污泥中污染物控制标准”及“土壤中容许的重金属最高含量”。

我国于1984年颁布了“农田污泥中污染物控制标准”，对农田污泥中许多污染最高容许量做了限制性规定。