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1、第第8 8章章 污泥处理污泥处理n n主要内容主要内容n n（1 1）污泥的分类、性质及计算污泥的分类、性质及计算n n（2 2）污泥浓缩污泥浓缩n n（3 3）污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化n n（4 4）污泥的其它稳定措施污泥的其它稳定措施n n（5 5）污泥的调理污泥的调理n n（6 6）污泥的干化与脱水污泥的干化与脱水n n（7 7）污泥的干燥与焚化污泥的干燥与焚化n n（8 8）污泥的有效利用与最终处理污泥的有效利用与最终处理第1页/共164页本次课的内容:（1）污泥的分类、性质及计算（2）污泥浓缩本次课的重点难点:（1）污泥含水率变化对容积的影响（2）污泥浓缩方法第2页/共164页第
2、一节第一节 污泥的分类、性质及排除污泥的分类、性质及排除一、概述一、概述1.1.污泥产量污泥产量约占约占处理水量的处理水量的0.30.30.50.5左右左右(以含水率为以含水率为9797计计)。(量量)2.2.污泥中物质污泥中物质(1)(1)有害有毒物质有害有毒物质：寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；等；(2)(2)有用物质：有用物质：植物营养原素植物营养原素(氮、磷、钾氮、磷、钾)、有机物及水分、有机物及水分等。等。第3页/共164页 3.3.污泥处理的目的污泥处理的目的：(1)(1)使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理
3、效果；使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；(2)(2)使有害有毒物质得到妥善处理或利用；使有害有毒物质得到妥善处理或利用；(3)(3)使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；(4)(4)使有用物质能够得到综合利用，变害为利。使有用物质能够得到综合利用，变害为利。总之，污泥处理的目的是使总之，污泥处理的目的是使污泥减量、稳定、无害化及综合利用污泥减量、稳定、无害化及综合利用。4.4.4.4.污泥处理费用污泥处理费用污泥处理费用污泥处理费用 占水处理厂的全部建设的占水处理厂的全部建设的占水处理厂的全部建设的占水处理厂的全部建设的202020205050505
4、0，甚至，甚至，甚至，甚至70707070。第4页/共164页5.5.污泥处理方案污泥处理方案(1)(1)生污泥一浓缩一消化一自然干化一最终处置生污泥一浓缩一消化一自然干化一最终处置(2)(2)生污泥一浓缩一自然干化一堆肥一最终处置生污泥一浓缩一自然干化一堆肥一最终处置(3)(3)生污泥一浓缩一消化一机械脱水一最终处置生污泥一浓缩一消化一机械脱水一最终处置(4)(4)生污泥一浓缩一机械脱水一干燥焚烧一最终处生污泥一浓缩一机械脱水一干燥焚烧一最终处置置(5)(5)生污泥一湿污泥池一最终处置生污泥一湿污泥池一最终处置(6)(6)生污泥一浓缩一消化一最终处置生污泥一浓缩一消化一最终处置上述生污泥指未
5、经消化处理的污泥上述生污泥指未经消化处理的污泥，详见后述。，详见后述。第5页/共164页 污泥最终处置方法污泥最终处置方法包括作为肥料施用于农田、森林、草地或沙漠改良；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；焚烧等。填地或投海；作为能源或建材；焚烧等。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；环境保护要求及有关法律与法规；城市农业发展情况及当地气候条理费用；环境保护要求及有关法律与法规；城市农业发展情况及当地气候条件等情况，综合考虑后选定。件等情况，综合考虑后选定。第6页/共
6、164页n n二、二、污泥的分类、性质及性质指标污泥的分类、性质及性质指标n n1 1污泥的分类与性质污泥的分类与性质n n(1)按成分分类n n污泥污泥 以有机物为主要成分以有机物为主要成分n n沉渣沉渣 以无机物为主要成分以无机物为主要成分第7页/共164页(2)(2)按来源不同分按来源不同分初次沉淀污泥初次沉淀污泥 来自初次沉淀池来自初次沉淀池。剩余活性污泥剩余活性污泥 来自活性污泥法后的二次沉淀池。来自活性污泥法后的二次沉淀池。腐殖污泥腐殖污泥 来自生物膜法后的二次沉淀池来自生物膜法后的二次沉淀池。以上以上3 3种污泥可统称种污泥可统称为生污泥或新鲜污泥，这是污泥处理的主要对象为生污泥
7、或新鲜污泥，这是污泥处理的主要对象 消化污泥消化污泥 生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后，称为消化污泥或熟污泥。生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后，称为消化污泥或熟污泥。化学污泥化学污泥 用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物称为化学污泥或化学沉渣。用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物称为化学污泥或化学沉渣。第8页/共164页2 2污泥的性质指标污泥的性质指标用于表示污泥性质的主要指标有：用于表示污泥性质的主要指标有：(1)污泥含水率污泥含水率(2)挥发性固体挥发性固体(3)可消化程度可消化程度(4)湿污泥相对密度与干污泥相对密度湿污泥相对密度与干污泥相对密度(5)污泥肥分污泥肥分(6)污泥重金属离子含
8、量污泥重金属离子含量第9页/共164页污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的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。百分数称为污泥含水率。污泥的含水率一般污泥的含水率一般都很高，比重接近于都很高，比重接近于1 1。污泥的体积、重量。污泥的体积、重量及所含固体物浓度之间的关系，可用下式表及所含固体物浓度之间的关系，可用下式表示：示：式中式中 p p1 1，V V1 1，WWl l，C Cl l：污泥含水率为：污泥含水率为p p1 1时的污泥时的污泥体积、重量与固体物浓度；体积、重量与固体物浓度；p p2 2，V V2 2，WW2 2，C C2 2：污泥含水率变为：污泥含水率变
9、为p p2 2时的时的污泥体积、重量与固体物浓度。污泥体积、重量与固体物浓度。(1)(1)(1)(1)污泥含水率污泥含水率污泥含水率污泥含水率第10页/共164页例题例题:污泥含水率从污泥含水率从97.5降低到降低到95时，求污泥体积时，求污泥体积解解 由由 可见污泥含水率从可见污泥含水率从97.597.5降低至降低至9595，体积减少一半。体积减少一半。上式适用于含水率上式适用于含水率大于大于6565的污泥。因的污泥。因含水率低于含水率低于6565以后，体积内出现很多以后，体积内出现很多气泡，体积与重量不再符合上式关系。气泡，体积与重量不再符合上式关系。第11页/共164页(2)(2)挥发性
10、固体挥发性固体(或称灼烧减重或称灼烧减重)和灰分和灰分(或称灼烧残渣或称灼烧残渣)挥发性固体近似地等于有机物含量；灰分表示无机物含量。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)(3)可消化程度可消化程度 表示污泥中可被消化降解的有机物数量。表示污泥中可被消化降解的有机物数量。n nR R R Rd d d d可消化程度，；可消化程度，；可消化程度，；可消化程度，；n np p p pS S S Sl l l l，p p p pS S S S2 2 2 2分别表示生污泥及消化污泥的无机分别表示生污泥及消化污泥的无机分别表示生污泥及消化污泥的无机分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量
11、，；物含量，；物含量，；物含量，；n np p p pV V V V1 1 1 1，p p p pV V V V2 2 2 2分别表示生污泥及消化污泥的有机分别表示生污泥及消化污泥的有机分别表示生污泥及消化污泥的有机分别表示生污泥及消化污泥的有机物含量，。物含量，。物含量，。物含量，。第12页/共164页n n式中式中n nV Vd d消化污泥量，消化污泥量，mm3 3d d；n np pd d消化污泥含水率，取周平均值消化污泥含水率，取周平均值n nV Vl l生污泥量，生污泥量，mm3 3d d，取周平均值；，取周平均值；n np p1 1生污泥含水率，取周平均值；生污泥含水率，取周平均值
12、；n np pV V1 1生污泥有机物含量，；生污泥有机物含量，；n nR Rd d可消化程度，取周平均值。可消化程度，取周平均值。因此消化污泥量可用下式计算：因此消化污泥量可用下式计算：因此消化污泥量可用下式计算：因此消化污泥量可用下式计算：第13页/共164页n n(4)(4)湿污泥相对密度与干污泥相对密度湿污泥相对密度与干污泥相对密度n n湿污泥重量等于污泥所含水分重量与干固湿污泥重量等于污泥所含水分重量与干固体重量之和。体重量之和。n n湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积的水湿污泥比重等于湿污泥重量与同体积的水重量之比值。由于水的相对密度为重量之比值。由于水的相对密度为1 1，所以，所以
13、湿污泥的相对密度湿污泥的相对密度 可用下式计算：可用下式计算：第14页/共164页n n式中式中式中式中:n n 湿污泥相对密度；湿污泥相对密度；湿污泥相对密度；湿污泥相对密度；n np:p:p:p:湿污泥含水率，；湿污泥含水率，；湿污泥含水率，；湿污泥含水率，；n n 污泥中干固体物质平均相对密度，即干污泥相对密污泥中干固体物质平均相对密度，即干污泥相对密污泥中干固体物质平均相对密度，即干污泥相对密污泥中干固体物质平均相对密度，即干污泥相对密度度度度n n干固体中，有机物干固体中，有机物干固体中，有机物干固体中，有机物(即挥发性固体即挥发性固体即挥发性固体即挥发性固体)所占百分比及其相对所占
14、百分比及其相对所占百分比及其相对所占百分比及其相对密度分别用密度分别用密度分别用密度分别用p p p pv v v v，v v v v表示，无机物表示，无机物表示，无机物表示，无机物(即灰分即灰分即灰分即灰分)的相对密度用的相对密度用的相对密度用的相对密度用r r r rf f f f表示，则干污泥平均相对密度表示，则干污泥平均相对密度表示，则干污泥平均相对密度表示，则干污泥平均相对密度r r r rs s s s可用下式计算：可用下式计算：可用下式计算：可用下式计算：第15页/共164页n n有机物相对密度一般等于有机物相对密度一般等于1 1，无机物相对密度，无机物相对密度约为约为2.52.
15、652.52.65，以，以2.52.5计，则上式可简化计，则上式可简化n n故湿污泥相对密度为故湿污泥相对密度为n n确定湿污泥相对密度和干污泥相对密度，对于确定湿污泥相对密度和干污泥相对密度，对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实浓缩池的设计、污泥运输及后续处理，都有实用价值用价值第16页/共164页n n例例2 2 已知初次沉淀池污泥的含水率为已知初次沉淀池污泥的含水率为9595，有机物含量为，有机物含量为6565。求干污泥。求干污泥相对密相对密度度和湿污泥和湿污泥相对密度相对密度。n n解：干污泥解：干污泥相对密度相对密度用下式计算用下式计算n n湿污泥湿污泥相对密度相对密度用下式
16、计算用下式计算第17页/共164页n n(5)(5)污泥肥分污泥肥分 污泥中含有大量植物生长所必污泥中含有大量植物生长所必需的肥分需的肥分(氮、磷、钾氮、磷、钾)、微量元素及土壤改、微量元素及土壤改良剂良剂(有机腐殖质有机腐殖质)。我国城市污水处理厂各。我国城市污水处理厂各种污泥所含肥分见下表。种污泥所含肥分见下表。我国城市污水处理厂污泥肥份表我国城市污水处理厂污泥肥份表污泥类别污泥类别污泥类别污泥类别总氮总氮总氮总氮(%)(%)磷磷磷磷(以以以以P P2 2OO5 5计）计）计）计）()钾钾钾钾（以（以（以（以KK2 2OO计）计）计）计）()有机物有机物有机物有机物()初沉污泥初沉污泥2
17、23 31 13 30.10.10.50.550506060活性污泥活性污泥3.33.37.77.70.780.784.34.30.220.220.440.4460607070消化污泥消化污泥1.61.63.43.40.60.60.80.825253030第18页/共164页(6)(6)污泥重金属离子含量污泥重金属离子含量 污泥中重金属离子含量，污泥中重金属离子含量，决定于城市污决定于城市污水中工业废水所占比例及工业性质。水中工业废水所占比例及工业性质。污水经二级处理后，污水中重金属离子污水经二级处理后，污水中重金属离子约有约有5050以上转移到污泥中。因此污泥以上转移到污泥中。因此污泥中的重
18、金属离子含量一般都较高。中的重金属离子含量一般都较高。故当污泥作为肥料使用时，要注意重金故当污泥作为肥料使用时，要注意重金属离子含量是否超过我国农林业部规定属离子含量是否超过我国农林业部规定的的农用污泥标准农用污泥标准。下表列举我国城市污水处理厂污泥中重下表列举我国城市污水处理厂污泥中重金属含量的范围。金属含量的范围。第19页/共164页重金属离子名称重金属离子名称重金属离子名称重金属离子名称HgHg汞汞汞汞CdCd镉镉镉镉CrCr铬铬铬铬PbPb铅铅铅铅AsAs砷砷砷砷ZnZn锌锌锌锌CuCu铜铜铜铜NiNi镍镍镍镍含量范围含量范围含量范围含量范围4.63-4.63-1381383.6-3.
19、6-24.124.19.2-9.2-54054085-85-2400240012.4-12.4-560560300-300-1119111955-55-46046030-30-47.547.5农林业部农用污泥农林业部农用污泥农林业部农用污泥农林业部农用污泥标准标准标准标准(GB4284-84)(GB4284-84)5 55 56006003003007575500500250250100100酸性土壤酸性土壤酸性土壤酸性土壤pH6.5;pH6.5;中性或碱性土壤中性或碱性土壤中性或碱性土壤中性或碱性土壤pHpH6.56.5151520201000100010001000757510001000
20、500500200200我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量(mg/Kg)(mg/Kg)第20页/共164页3.3.污泥量、污泥的水力特性及输送的计污泥量、污泥的水力特性及输送的计算算（1 1）污泥量）污泥量初次沉淀污泥量初次沉淀污泥量 n式中式中 V V：初次沉淀污泥量，：初次沉淀污泥量，mm3 3/d/d；nQ Q：污水流量；：污水流量；mm3 3d d；：去除率，；：去除率，；nC C0 0：进水悬浮物浓度，：进水悬浮物浓度，mg/Lmg/L；p p：污泥含水率，；
21、：污泥含水率，；n ：沉淀污泥密度，以：沉淀污泥密度，以1000kg/m1000kg/m3 3计。计。n上式适用于初次沉淀池，二次沉淀池的污泥量也可近上式适用于初次沉淀池，二次沉淀池的污泥量也可近似地按该式计算，似地按该式计算，以以8080计。计。第21页/共164页n n剩余活性污泥量还可用用下式进行计算，剩余活性污泥量还可用用下式进行计算，n n消化污泥量消化污泥量第22页/共164页1 1）污泥输送的方法）污泥输送的方法管道管道(压力管道或重力管道压力管道或重力管道)卡车卡车驳船驳船以及它们的组合方法。以及它们的组合方法。采用何种方法决定于污泥的数量与性质；污泥处理的方案；输送距离与费用
22、；采用何种方法决定于污泥的数量与性质；污泥处理的方案；输送距离与费用；最终处置与利用的方式等因素。最终处置与利用的方式等因素。（2 2）污泥的输送）污泥的输送第23页/共164页管道、卡车、驳船输送综合经济比较管道、卡车、驳船输送综合经济比较表表投资投资投资投资管理费管理费管理费管理费输送输送输送输送1m1m1m1m的成本的成本的成本的成本管道输送管道输送管道输送管道输送1 1 1 11 1 1 11 1 1 1驳船装运驳船装运驳船装运驳船装运0.820.820.820.821.301.301.301.302.602.602.602.604.004.004.004.006 6 6 6卡车输送卡
23、车输送卡车输送卡车输送2.252.252.252.257.007.007.007.0027.027.027.027.034.034.034.034.030303030第24页/共164页2)2)污泥输送设备污泥输送设备a.a.隔膜泵隔膜泵b.b.旋转螺栓泵旋转螺栓泵 c.c.螺旋泵螺旋泵 d.d.混流泵混流泵e.e.多级柱塞泵多级柱塞泵 f.f.离心泵离心泵第25页/共164页n n（3 3 3 3）、污泥流动的水力特性与水力计算）、污泥流动的水力特性与水力计算）、污泥流动的水力特性与水力计算）、污泥流动的水力特性与水力计算n n1 1）、污泥流动的水力特性）、污泥流动的水力特性n n污泥在含
24、水率较高污泥在含水率较高(高于高于9999)的状态下，属的状态下，属于牛顿流体，流动的特性接近于水流。于牛顿流体，流动的特性接近于水流。n n随着固体浓度的增高，污泥的流动显示出半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，必须克服初始剪力塑性或塑性流体的特性，必须克服初始剪力 0 0以后才能开始流动，固体浓度越高，以后才能开始流动，固体浓度越高，0 0值值也越大。也越大。第26页/共164页所以污泥流动特性不同于水流。污泥流动的阻力，在层流条件下，由于所以污泥流动特性不同于水流。污泥流动的阻力，在层流条件下，由于 0 0值值的存在，阻力很大，因此污泥输送管道的设计，常采用较大
25、流速，使泥流处的存在，阻力很大，因此污泥输送管道的设计，常采用较大流速，使泥流处于紊流状态。于紊流状态。污泥流动的下临界速度约为污泥流动的下临界速度约为1.1m1.1ms s，上临界速度约为，上临界速度约为1.4m1.4ms s。污泥压。污泥压力管道的最小设计流速为力管道的最小设计流速为1.02.0m/s1.02.0m/s。第27页/共164页n n2 2）、压力输泥管道的沿程水头损失）、压力输泥管道的沿程水头损失n n哈森威廉姆斯哈森威廉姆斯(Hazen Williams)(Hazen Williams)紊流公式紊流公式n nh hf f:输泥管沿程水头损失，输泥管沿程水头损失，mm；n n
26、L:L:输泥管长度，输泥管长度，mm；n nD:D:输泥管管径，输泥管管径，mm；n nv:v:污泥流速，污泥流速，mms s；n nC CH H:哈森威廉姆斯系数，其值决定于污泥浓哈森威廉姆斯系数，其值决定于污泥浓度，适用于各种类型的污泥，根据污泥浓度，度，适用于各种类型的污泥，根据污泥浓度，查下表查下表得。得。第28页/共164页污泥浓度污泥浓度污泥浓度污泥浓度(%)(%)C CHH值值值值污泥浓度污泥浓度污泥浓度污泥浓度(%)(%)C CHH值值值值0.00.01001006.06.045452.02.081818.58.532324.04.0616110.110.12525污泥浓度与污
27、泥浓度与污泥浓度与污泥浓度与C CHH值值值值第29页/共164页n n长距离管道输送时，由于污泥，特别是生长距离管道输送时，由于污泥，特别是生污泥、浓缩污泥，可能含有油脂、固体浓污泥、浓缩污泥，可能含有油脂、固体浓度较高，使用时间长后，管壁被油脂粘附度较高，使用时间长后，管壁被油脂粘附以及管底沉积，水头损失增大。以及管底沉积，水头损失增大。n n为安全考虑，用哈森威廉姆斯紊流公式为安全考虑，用哈森威廉姆斯紊流公式计算出的水头损失值，应乘以水头损失系计算出的水头损失值，应乘以水头损失系数数K K。n nK K值与污泥类型及污泥浓度有关，可查下图。值与污泥类型及污泥浓度有关，可查下图。根据计算所
28、得水头损失值，选择污泥泵。根据计算所得水头损失值，选择污泥泵。第30页/共164页第31页/共164页由上图可知，污泥浓度在由上图可知，污泥浓度在1 16 6之间时，消化污泥的之间时，消化污泥的K K值变化不大，值变化不大，约为约为1.01.51.01.5；生污泥及其浓缩污泥的生污泥及其浓缩污泥的K K值提高较大，约为值提高较大，约为1.04.01.04.0之间。之间。根据乘以根据乘以K K值后的水头损失值选泵，则运行更为可靠。值后的水头损失值选泵，则运行更为可靠。第32页/共164页n n例例 某城市污水处理厂的设计污泥流量为某城市污水处理厂的设计污泥流量为226.8m226.8m3 3/h
29、(0.063m/h(0.063m3 3/s)/s)，含水率，含水率9898(污污泥浓度为泥浓度为2 2)。用管道输送至农场长期利用，。用管道输送至农场长期利用，管道长度为管道长度为5km5km，求管道输送时的水头损，求管道输送时的水头损失值。失值。n n解解 因污泥流量为因污泥流量为0.063m0.063m3 3/s/s，采用紊流，采用紊流状态输送污泥，取流速为状态输送污泥，取流速为2.0m/s2.0m/s，管径为，管径为200mm200mm。n n水头损失值用哈森威廉姆斯紊流公式计算：水头损失值用哈森威廉姆斯紊流公式计算：n n因污泥含水率为因污泥含水率为9898，即污泥浓度为，即污泥浓度为
30、2 2，查教材表查教材表8 84 4得系数得系数C CHH8181。第33页/共164页n n若输送的污泥是消化污泥，根据污泥浓若输送的污泥是消化污泥，根据污泥浓度为度为2 2，查教材图，查教材图8 83 3，得，得K K1.031.03，修正后的水头损失为：修正后的水头损失为：n n h hf f1.03238.51.03238.5245.6m245.6mn n若输送的污泥是生污泥，查教材图若输送的污泥是生污泥，查教材图8 83 3，得，得K K1.21.2，修正后的水头损失值为，修正后的水头损失值为n n h hf f1.2238.51.2238.5286.2m286.2mn n根据修正后
31、的水头损失值选污泥泵。根据修正后的水头损失值选污泥泵。第34页/共164页3 3）、压力输泥管的局部水头损失）、压力输泥管的局部水头损失长距离输泥管道的水头损失，主要是沿程水长距离输泥管道的水头损失，主要是沿程水头损失。局部水头损失所占比重很小，故可头损失。局部水头损失所占比重很小，故可忽略不计。但污水处理厂内部的输泥管道，忽略不计。但污水处理厂内部的输泥管道，因输送距离短，局部水头损失必须计算。局因输送距离短，局部水头损失必须计算。局部水头损失值的计算公式见下式。部水头损失值的计算公式见下式。第35页/共164页式中式中h hi i：局部阻力水头损失，：局部阻力水头损失，mm；：局部阻力系数
32、，见教材表：局部阻力系数，见教材表8 85 5v v：管内污泥流速，：管内污泥流速，mms s；g g：重力加速度：重力加速度9.8 m9.8 ms s2 2。第36页/共164页第37页/共164页第二节 污泥浓缩一、概述初次沉淀池泥含水率介于9597，剩余活性污泥达99以上。因此污泥的体积非常大，对污泥的后续处理造成困难。污泥浓缩的目的在于减容。污泥中所含水分大致分为4类：（1）颗粒间的空隙水；（2）毛细水，即颗粒间毛细管内的水；（3）污泥颗粒吸附水；（4）颗粒内部水。第38页/共164页污泥水分示意图污泥水分示意图毛细水毛细水吸附水吸附水内部水内部水空隙水空隙水约占约占70约占约占20约
33、占约占l0第39页/共164页降低含水率的方法有：(1)浓缩法 用于降低污泥中的空隙水；(2)自然干化法和机械脱水法 主要脱除毛细水；(3)干燥与焚烧法 主要脱除吸附水与内部水第40页/共164页浓缩方法重力浓缩气浮浓缩离心浓缩第41页/共164页二、重力浓缩重力浓缩构筑物称重力浓缩池。根据运行方式不同。可分为连续式重力浓缩池、间歇式重力浓缩池两种。第42页/共164页1.固体通量 单位时间内,通过单位面积的固体重量叫固体通量,kg/(m2 h)。当浓缩池运行正常时，池中固体量处于动平衡状态，见下图所示。第43页/共164页第44页/共164页单位时间内进入浓缩池的固体重量，等于单位时间内进入
34、浓缩池的固体重量，等于排出浓缩池的固体重量排出浓缩池的固体重量(上清液所含固体重量上清液所含固体重量忽略不计忽略不计)。通过浓缩池任一断面的固体通量，由两部通过浓缩池任一断面的固体通量，由两部分组成，分组成，一部分一部分是浓缩池底部连续排泥所造是浓缩池底部连续排泥所造成的向下流固体通量；成的向下流固体通量；另一部分另一部分是污泥自重是污泥自重压密所造成的固体通量。压密所造成的固体通量。即：即：G=Gu+Gi第45页/共164页（1）向下流固体通量 :Gu=uCiGu_向下流固体通量。kg(m2h)；u向下流流速，即由于底部排泥导致产生的界面下降速度。mh。Ci断面II处的污泥固体浓度，kgm3
35、。由上式(Gu=uCi)可见，当u为定值时，Gu与Ci成直线关系。见图87(b)中的直线1。第46页/共164页GLCub3(Cu,CL)a a CLCmu=5m/d210020030040001020304050固体通量（kg/m2 d)固体浓度(kg/m3)（b）第47页/共164页（2）自重压密固体通量：Gi=viCi Gi自重压密固体通量，kg(m2h)；vi污泥固体浓度为Ci时的界面沉速，m/h。第48页/共164页根据式(Gi=viCi)，可作GiCi关系曲线，见图87(b)中的曲线2。固体浓度低于500mg/L时，不会出现泥水界面，故曲线2不能向左延伸。Cm即等于形成泥水界面的最
36、低浓度。（3）总固体通量浓缩他任一断面的总固体通量等于式(Gu=uCi)和式(Gi=viCi)之和，G=Gu+GiuCiviCiCi(u+vi)即图8-7中曲线1与2叠加得曲线3。第49页/共164页图8-7(b)，曲线3即用静态试验的方法，表征连续式重力浓缩池的工况。经曲线3的最低点b作切线截纵坐标于GL点，最低点b的横坐标为CL称为极限固体浓度，其物理意义是：固体浓度如果大于CL，就通不过这个截面。GL就是极限固体通量，其物理意义是：在浓缩池的深度方向，必存在着一个控制断面，这个控制断面的固体通量最小，即GL。其他断面的固体通量都大于GL。第50页/共164页根据固体通量可以计算浓缩池的设
37、计断面面积：A浓缩池设计表面积，浓缩池设计表面积，m2；Q0入流污泥量，入流污泥量，m3/h；C0入流污泥固体浓度，入流污泥固体浓度，kgm3；GL极限固体通量，极限固体通量，kg(m2h)。Q0，C0 是已知数，是已知数，GL值可通过试验或参值可通过试验或参考同类性质污水厂的浓缩池运行数据。考同类性质污水厂的浓缩池运行数据。第51页/共164页2.重力浓缩池的构造形式（1）间歇式重力浓缩池第52页/共164页（2）连续式重力浓缩池第53页/共164页第54页/共164页 连续式重力浓缩池的其他形式 多层辐射式浓缩池，适用于土地紧缺的地区 多斗式浓缩池 第55页/共164页3.设计计算设计计算
38、1）间隙式污泥浓缩池 设计参数：停留时间一般为912h。浓缩池的上清液，应回到初沉池前重新处理。第56页/共164页3.设计计算A.面积计算B.水深有效水深一般采用4m，竖流式的水深按沉淀部分上升流速不大于0.1mm/s进行核算。浓缩池的容积应按浓缩1016小时核算。2）连续式污泥浓缩池第57页/共164页二、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。第58页/共164页第59页/共164页三、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
39、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60页/共164页离心筛网浓缩器第61页/共164页微孔滤机浓缩第62页/共164页第三节 污泥的厌氧消化主要内容：（1）厌氧消化的机理（2）厌氧消化动力学（3）厌氧消化的影响因素（4）厌氧消化池池形、构造与设计（5）消化池的运行与管理重点难点：（1）厌氧消化的机理（2）厌氧消化的影响因素（3）厌氧消化池池形、构造与设计第63页/共164页1.三阶段消化理论一、厌氧消化的机理（1）第一阶段碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌作用下糖类、脂肪酸、氨基酸
40、、水和二氧化碳；参与反应的微生物：细菌、原生生物和真菌 纤维素分解菌最重要的一步；产物CO2，H2，已醇；碳水化合物分解菌产物是葡萄糖；蛋白质分解菌-生成氨基酸 脂肪分解菌脂肪酸第64页/共164页（2）第二阶段脂肪酸在产氢产乙酸菌作用下H2、CO2、乙 酸；参与反应的微生物：产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌产物：乙酸、甲烷、CO2、H2第65页/共164页（3）第三阶段通过两组生理不同的产甲烷菌的作用，产生CH4 1）一组把 H2和CO2转化为CH44H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原 2）一组对乙酸脱羧产生CH4 2CH3COOH2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脱羧参与反应的微
41、生物：产甲烷细菌主要产物：CH4产甲烷细菌属于绝对厌氧菌第66页/共164页复杂有机物较高级有机酸H2乙酸CH4水解与发酵4%76%20%24%52%28%72%生成甲烷生成乙酸与脱氢第一阶段第二阶段第三阶段 有机物厌氧消化模式图2.模式图模式图第67页/共164页二、厌氧消化动力学在厌氧消化条件下，BOD5的去除也遵循一级反应动力学规律。由于甲烷发酵阶段是厌氧消化速率的控制因素，因此，厌氧消化反应动力学是以该阶段作为基础建立的。第68页/共164页厌氧消化反应动力学方程式：厌氧消化反应动力学方程式：-dS/dt底物去除速率，质量/体积.时间；k单位质量底物的最大利用速率，质量/细菌质量；S可
42、降解的底物，质量/体积；Ks半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最大生长速率1/2时的底物浓度；X细菌浓度，质量/体积；dx/dt细菌增长速率，质量/体积时间；Y细菌产率，细菌质量/底物质量；b细菌衰亡速率系数，d-1 细菌净比增殖速率）1/d第69页/共164页用上式进行物料衡算，可推导出细菌增殖速率与生物体平均停留时间 之间的关系式，即：解上式得第70页/共164页底物降解效率E按下式计算第71页/共164页三、厌氧消化的影响因素因甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。第72页/共164页1温度甲烷菌对于温度的适应性，可分为两类
43、，即中温甲烷菌(适应温度区为3036)；高温甲烷菌(适应温度区为5053)。厌氧消化分为中温消化和高温消化。消化反应与温度之间的关系是不连续的。温度与有机物负荷、产气量关系见下图第73页/共164页第74页/共164页中温消化条件下，挥发性有机物负荷为0.61.5kg(m3d)，产气量约l1.3m3(m3d)；高温消化条件下，挥发性有机物负荷为2.02.8kg(m3d)，产气量约3.04.0m3(m3d)。第75页/共164页中温或高温厌氧消化允许的温度变动范围为1.52.0。当有3的变化时，就会抑制消化速率，有5的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧消化。消化温度与消化时
44、间的关系，消化时间是指产气量达到总量的90所需时间。两者关系下图。第76页/共164页第77页/共164页由图可见，中温消化的消化时间约为20d-30d，高温消化约为10d-15d。因中温消化的温度与人体温接近，故对寄生虫卵及大肠菌的杀灭率较低；高温消化对寄生虫卵的杀灭率可达99，对大肠菌指数可达10-100，能满足卫生要求(卫生要求对蛔虫卵的杀灭率95以上，大肠菌指数10一100).第78页/共164页2.生物固体停留时间(污泥龄)与负荷c=Mr/eMr 消化池内总生物量 e=Me/t 消化池每日排出的生物量；Me排出消化池的总生物量,kg t排泥时间，d厌氧消化效果的好坏与污泥龄有直接关系
45、消化池的容积负荷和水力停留时间(即消化时间)的关系见下图。第79页/共164页第80页/共164页有机物降解程度是污泥龄的函数，而不是进水有机物的函数。消化池的容积设计应按有机负荷污泥龄或消化时间设计。所以只要提高进泥的有机物浓度，就可以更充分地利用消化池的容积。由于甲烷菌的增殖较慢对环境条件的变化十分敏感，因此，要获得稳定的处理效果就需要保持较长的污泥龄。第81页/共164页消化池的有效容积V=Sv/S，Sv新鲜污泥中挥发有机物重量，kg/d S挥发性有机物负荷 中温：0.6-1.5kg/m.d 高温：2.0-2.8kg/m.d第82页/共164页消化池的投配率是每日投加新鲜污泥体积占消化池
46、有效容积的百分数。投配率是消化时间的倒数。投配率过高，消化时间短，消化池内脂肪酸可能积累，pH下降，污泥消化不完全，产气率降低；投配率过低，消化时间长，污泥消化较完全，产气率较高，消化池容积大，基建费用增高。第83页/共164页根据我国污水处理厂的运行经验，城市污水处理厂污泥中温消化的投配率以58为宜，相应的消化时间为1/5%=20d-1/8%=12.5d高温消化投配率（10-16%）第84页/共164页3.搅拌和混合作用：（1）细菌与污泥充分混合（2）使整个消化池内的温度、底物、甲烷细菌分布均匀（3）避免在消化池的表面结成泥壳，加速消化气的释放搅拌的方法般有：泵加水射器搅拌法；消化气循环搅拌
47、法 混合搅拌法等。第85页/共164页4.碳氮比 污泥细胞的分子式：C5H7NO3 即C/N=5：1，一般C/N在(1020)：1时，消化效果比较好。C/N高，细胞的氮不足，缓冲能力下降，PH下降 C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化第86页/共164页 初次沉淀池的碳氮比为10：1，剩余污泥的碳氮比为5：1。因此剩余污泥单独消化时效果较差。农村沼气池，用粪便消化时，含氮量过高，碳氮比太低。因此必须投加杂草、茎杆等提高碳氮比，增加产气量第87页/共164页 消化池中有机酸累积时，要消耗大量的HCO3-，使消化液的缓冲能力下降甚至丧失。碱度降低，即预示着pH值要下降。所以测定碱度可以预知消化进
48、行的情况如何第88页/共164页5.氮的守恒与转化氮的守恒与转化 消化系统的硝酸盐氮都将被还原成氮气而存在于消化气中。由于细胞的增殖很少，故只有很少的氮转化为细胞(C5H7NO3)，大部分可生物降解的氮转化为消化液中的NH3，因此，消化液中的氮的浓度都高于进入消化池的原污泥。第89页/共164页6.有毒物质任何一种物质对甲烷消化都有两方面的作用(1)促进甲烷细菌生长的作用(2)抑制甲烷细菌生长的作用。关键在于它们的浓度界限，即毒阈浓度。低于毒阈浓度下限，对甲烷细菌生长行促进作用；在毒阈浓度范围内，有中等抑制作用;第90页/共164页如果浓度是逐渐增加，则甲烷细菌可被驯化，超过毒阈浓度上限，对甲
49、烷细菌有强烈的抑制作用。有毒物质主要有：重金属离子；阴离子，主要是S2；氨第91页/共164页7、pH值与酸碱度甲烷细菌的适宜pH为6.67.8，最佳pH在6.87.2之间。pH下降至5以下，对甲烷细菌有毒害作用。如果有一段pH较低，甲烷细菌会大量死亡，即使pH恢复至中性，厌氧消化效率也不易恢复。而在高pH值时（如高于7.8），只要恢复到中性，甲烷消化的效率就能很快恢复。第92页/共164页高碑店污水处理厂1池形消化池的基本池形有圆柱形和蛋形两种。四、厌氧消化池池形、构造与设计第93页/共164页德国柏林某污水处理厂第94页/共164页第95页/共164页第96页/共164页大型消化池可采用蛋
50、形，容积可做到10000m3以上.蛋形消化池的优点：搅拌充分、均匀，无死角，污泥不会在池底固结；池内污泥的表面积小，即使生成浮渣，也容易清除；在池容相等的条件下，池子总表面积比圆柱形小，故散热面积小，易于保温；第97页/共164页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。蛋形壳体曲线做法如下图所示。第98页/共164页2构造与设计消化池的构造主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备、搅拌设备及加温设备等。第99页/共164页(1)投配、排泥与溢流系统1)污泥投配：生污泥需先排入消化池的污泥投配池，然后用污泥泵抽送至消化池。污