污泥处理知识

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污泥处理和处置的基本概念：污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。

在排水工程中，将改变污泥性质称为处理，而安排出路称为处置。

★产泥量及处理和处置的目的：城市污水处理厂所产生的污泥约为处理的水体积的0.5％～1.0％左右。这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境造成新的污染。

污泥处理的目的在于：

① 降低含水率，使其变流态为固态，同时减少数量；

② 稳定有机物，使其不易腐化，避免对环境造成二次污染。

③ 有些特殊的工业污泥有可能作为资源利用，使有毒有害物质得到妥善处理或利用。 ④ 使有用物质得到综合利用，变害为利。

总之，污泥处理和处置的目的是减量、稳定、无害化及综合利用。

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污泥处理和处置的基本方法：

脱除污泥水分，缩小污泥体积的方法主要有：浓缩、调理、脱水和干化； 稳定污泥中有机物的方法主要有： 消化、焚烧、氧化和消毒等。

第一节 污泥的来源、性质和数量 一、污泥的来源

1．污泥的来源：废水和污水处理厂(站)进行处理的过程中都将产生各种污泥。 2．污泥的种类：

污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质； 有的是由生物处理系统排出的剩余生物污泥； 有的则是因投加药剂而形成的化学污泥。

3．城市污水厂的污泥来源：栅渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥和二沉池剩余生物污泥等。 城市污水厂污泥的特点：栅渣及沉砂池沉渣中无机颗粒含量较高，这两者一般作为垃圾处置。初沉池污泥和二沉池剩余生物污泥，因富含有机物，容易腐化、破坏环境，必须妥善处置。初沉池污泥还含有病原体和重金属化合物等；二沉池污泥基本上是微生物机体，含水率高，数量多，这两者在处置前常需处理。

二、污泥的基本性质

污泥的基本性质：初次污泥的成分取决于原污水的成分，二次污泥取决于生物体和化学药剂。

1、污泥的特性 （1）栅渣

在格栅上去除的各种有机或无机物质称为栅渣。栅渣量为0.03～0.08m3/(103m3污水)，平均约为O.06m3/(103m3污水)，栅渣含水率一般为80％，密度约为960kg/m3。 (2) 浮渣

浮渣主要来自初次沉淀池和二次沉淀池。浮渣中的成分较复杂，一般可能含有油脂、植 物、矿物油、动物脂肪、菜叶、毛发、纸、棉织品、橡胶用品、烟头等。浮渣的数量为8g/(m3污水)，相对密度一般为O.95左右。 (3) 初沉污泥

由初次沉淀池排出的污泥通常为灰色糊状物，多数情况下有难闻的气味。初次污泥的含水率一般为92％～98％，典型值为97％。污泥固体相对密度1.4，污泥相对密度1.02。 (4) 活性污泥

活性污泥为褐色的絮状物，如果颜色较深，表明污泥可能近于腐化；如果颜色较淡，表明污泥中曝气不足。在设施运行良好的条件下，活性污泥没有什么特别的气味。污泥的含水率一般为99％～99.5％，典型值为99.2％，污泥固体相对密度为1.25。 2．污泥的性质指标

表征污泥性质的主要参数或项目有：含水率与含固率、挥发性固体、有毒有害物含量以及脱水性能等。

(1) 污泥含水率与含固率

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。 污泥含固率：污泥中固体或干泥含量的百分数。 干污泥量：湿污泥量与含固率的乘积。

含水率降低(即含固量的提高)将大大地降低湿泥量。在含水率高、污泥呈流态时，污泥的体积与含固量基本上呈反比关系。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，则呈固态。

教材表20-1所列举的是城市污水处理厂污泥的数量、含水率和比重。 当含水率变化时，可近似地用下式计算湿污泥的体积：

(20-1)

式中：Vl、V2 — 分别是含水率为PWl(含固率为PS1)、PW2(含固率为PS2)时的湿污泥的体积。

【例】污泥的原始含水率为99.5％，求含水率为98.5％和95％时污泥体积降低的百分比。 【解】

设V1为含水率为99.5％时的污泥体积，V2、V3分别为含水率为98.5％、95％时的体积。将各值代人(20-1)，得：

从上例可以看出，当污泥的含水率自99.5％(含固率为0.5％)降低至98.5％(含固率为1.5％)时，污泥的体积减缩成原污泥的1/3左右；再降低至95％(含固率为5％)时，污泥的体积减

缩成原污泥的1/10左右。

(2) 挥发性固体VSS(或灼烧减重)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。

挥发性固体(用VSS表示)，是指污泥中在600℃的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。

VSS也反映污泥的稳定化程度。 (3) 污泥中的特殊物质

a. 城市污水处理厂的污泥中含有相当数量的氮(约含污泥干重的4％)、磷(约含2.5％)和钾(约含0.5％)，有一定肥效，可用于改善土壤。 b. 但其中也含有病菌、病毒、寄生虫卵等，在施用之前应采取必要的处理措施(如污泥消化)。污泥中的重金属是主要的有害物质，重金属含量超过规定的污泥不能用作农肥。 c. 总纤维素 d. 有机物含量

工业废水处理厂(站)的污泥的性质随废水的性质变化很大。 (4) 污泥的脱水性能

用过滤法分离污泥的水份时，常用指数比抗阻值(r)或毛细吸水时间(CST)评价污泥脱水性能。 比抗阻值(r)：表示干重泥饼的阻力，其值越大的污泥越难过滤，脱水性能也越差；

毛细吸水时间(CST)：污泥与滤纸接触时，在毛细管作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间，以秒计。其值越大污泥的脱水性能也越差。 （5） 污泥的可消化程度 污泥中的有机物，一部分是可被厌氧或好氧消化降解的，另一部分是不易或不能被消化降解的，如合成有机物质、脂肪和纤维素等。

可消化程度表示污泥中可被消化降解的有机物数量，可消化程度用下式表示：

（20-2）

式中：

Rd 一 可消化程度，(％)；

Pf1、Pf2 — 分别表示生污泥及熟污泥（消化污泥）中的无机物含量，(％)； PV1、PV2— 分别表示生污泥及熟污泥(消化污泥)中的有机物含量，(％)。

三、污泥量

计算城市污水厂的污泥量时，一般以表20-1所列的经验数据为依据。 表20-1 城市污水厂的污泥量 污泥种类 沉砂池的沉砂 初次沉淀池污泥 二次沉淀池污泥 生物膜法 活性污泥法 污泥量（L/m3） 0.03 14--25 7--19 10--21 含水率（％） 60 95--97.5 96--98 99.2-99.6 密度（kg/L） 1.5 1.015--1.02 1.02 1.005-1.008 在已知污泥性能参数的情况下，可用以下公式估算： 1．初沉污泥量

可根据污水中悬浮物浓度、去除率、污水流量及污泥含水率，采用以下公式计算：

(20-3)

式中：

V — 初沉污泥量，m3/d； qV — 污水流量，m3/d；

— 沉淀池中悬浮物的去除率，％； — 进水中悬浮物浓度，mg/L； P — 污泥含水率，％； |

— 污泥密度，以1000 kg/m3计。

或采用另一公式：

(20-4)

式中：

V — 初沉污泥量，m3/d；

S — 每人每天产生的污泥量，一般采用0.3～0.8 L/d·人； N — 设计人口数，人。

2．剩余活性污泥量(活性污泥法)

剩余活性污泥量可采用下列公式进行计算： (1) 剩余活性污泥量以VSS(挥发性固体)计：

(20-5)

式中：

PX — 剩余活性污泥，kgVSS/d；

Y — 污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5，一般采用0.5～0.8；

— 曝气池入流的BOD5，kg/m3； -- 二沉池出流的BOD5，kg/m3； — 曝气池设计流量，m3/d；

— 内源代谢系数，一般采用0.06～0.1 d-1： — 曝气池中的平均VSS浓度，kg/m3； V — 曝气池容积，m3。

(2) 剩余活性污泥量以SS(悬浮固体)计：

(20-6)

式中：

— 剩余活性污泥量，kgSS/d； f — VSS/SS之值，一般采用0.6～0.75。 (3) 剩余活性污泥量以体积计：

(20-7)

式中：

— 剩余活性污泥量，m3/d； — 产生的悬浮固体kgSS/d； P — 污泥含水率,％；

— 污泥密度，以1000 kg/m3计。

四、污泥中的水分及其对污泥处理的影响

1．污泥中的水分

污泥中水的存在形式大致有三种：

图20-1污泥水分示意图 (1) 游离水

存在于污泥颗粒间隙中的水，称为间隙水或游离水，约占污泥水分的70％左右。这部分水借助外力可与泥粒分离。 (2) 毛细水

存在于污泥颗粒间的毛细管中，称为毛细水，约占污泥水分的20％左右。也有可能用物理方法分离出来。 (3) 内部水

粘附于污泥颗粒表面的附着水和存在于其内部(包括生物细胞内的水)的内部水，约占污泥中水分的10％左右。只有干化才能分离，但也不完全。

通常，污泥浓缩只能去除游离水中的一部分；污泥脱水可去除游离水和毛细水中的大部分；

污泥干化才能分离大部分内部水。 2．污泥中的水分对污泥处理的影响

污泥处理的方法常取决于污泥的含水率和最终的处置方式。

例如，含水率大于98％的污泥，一般要考虑浓缩，使含水率降至96％左右，以减少污泥体积，有利于后续处理。为了便于污泥处置时的运输，污泥要脱水，使含水率降至80％以下，失去流态。

第二节 污泥的处置及其前处理 一、污泥的处置

污泥处置是利用适当的技术措施，为污泥提供出路，并考虑污泥处置所产生的各种环境和经济问题，且妥善地解决。

污泥的最终出路：部分或全部利用；或以某种形式返回到环境中去。 常用的污泥处置方法有：农业利用、填埋、焚烧和投放海洋或废矿等。 1．农业利用

污泥中的氮、磷、钾是农作物生长所必需的养分，熟污泥中的腐殖质是良好的土壤改良剂，因此，我国污泥的重要利用途径是在农业上的利用。但在施用前应采取堆肥、厌氧消化等技术措施消除其中的病原体、寄生虫卵和重金属，使其达到有关卫生标准和农业要求。

堆肥：是利用嗜热微生物分解污泥中的有机物。其目的可以达到：脱水、破坏污泥中恶臭成分、杀死病原体等目的，从而得到一种安全的有机性肥料施用于农田。

在进行农业利用时，也可根据其肥效及使用的要求进行添加某些元素，并造成颗粒肥。 2．填埋

污泥单独填埋或者与垃圾混合填埋是常用的最终处置方法。污泥在填埋之前要经过稳定处理，在选择填埋场时要研究该处的水文地质条件和土壤条件，避免地下水受到污染。对填埋场的渗滤液应当收集并作适当处理，场地径流应妥善排放。填埋场的管理非常重要，要定期监测填埋场附近的地下水、地面水、土壤中的有害物(如重金属)等。 3．焚烧

焚烧可使污泥体积大幅度减小，且可灭菌。污泥灰量大约是含水率75％的污泥的1/10。焚烧后的灰烬可填埋或利用。焚烧时的尾气必须进行处理（如二恶英）。焚烧设备的投资和运行费用都比较大，在单纯用作处置手段时需要慎重研究。 4．投放海洋

为避免海岸线及近海污染，要求将污泥投入远洋。投入远洋虽暂时没有出现问题，但后果可能极为严重，已在各国环保人员和公众当中引起激烈的争论，遭到严厉的批评；然而少数国家仍在沿用。

二、污泥处置的前处理

从沉淀池来的污泥呈液态，含水率常高于95％。降低污泥含水率的最简单有效的方法是浓缩。浓缩可使剩余活性污泥的含水率约从99.2％，下降到97.5％左右，污泥体积缩到原来的1/3左右（可计算示例）。但浓缩污泥仍呈液态。进一步降低含水率的方法是脱水，经过脱水污泥从液态转化为固态。

为了避免污泥进入环境时，其有机部分发生，污染环境，常在脱水之前先进行降解，称稳定。经过稳定的污泥如果脱水性能差，则还需调理。脱水污泥的含水率仍旧相当高，一般在60％～80％左右，需进一步干化，以降低其重量。干化污泥的含水率一般低于10％。经过各级处理，100kg湿污泥转化为干污泥时，重量常不到5kg。

污泥处理与处置的基本流程见图20-2。

图20-2污泥处理与处置的基本流程

第三节 污泥浓缩

污泥浓缩是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法。污泥浓缩主要减缩污泥的间隙水。经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。

污泥浓缩的方法有沉降法、气浮法和离心法。在选择浓缩方法时，除了各种方法本身的特点外，还应考虑污泥的性质、来源、整个污泥处理流程及最终处置方式等。如沉降法用于浓缩初沉淀污泥和剩余活性污泥的混合污泥时效果较好；单纯的剩余活性污泥一般用气浮法浓缩，近年发展到部分采用离心法浓缩。

一、沉降法

沉降法适用范围：主要用于浓缩初沉污泥及初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。按其运行方式可分为间歇式和连续式。 1．间歇式污泥浓缩池

间歇式浓缩池是间歇进泥，因此，在投入污泥前必须先排除浓缩池已澄清的上清液，腾出池容，故在浓缩池不同高度上应设多个上清液排出管。间歇式操作管理麻烦，且单位处理污泥所需的池体积比连续式的大。多用于小型污水处理厂(站)，可建成矩形或圆形，见图20-3。 间歇浓缩池设计的主要参数是停留时间。停留时间太短，浓缩效果不好；太长不仅占地面积大，还可能造成有机物厌氧发酵，破坏浓缩过程。停留时间的长短最好经过试验决定，在不具备试验条件时，可按不大于24 h设计，一般取9～12 h。浓缩池的上清液，应回流到初沉池前重新进行处理。

(a)带中心管间歇式浓缩池

(b)不带中心管间歇式浓缩池

图20-3间歇式污泥浓缩池 2．连续式污泥浓缩池

连续式重力浓缩池可采用竖流式、辐流式沉淀池的型式，一般都是直径5～20 m圆形或矩形钢筋混凝土构筑物。可分为有刮泥机与污泥搅动装置的浓缩池，不带刮泥机的浓缩池，以及多层浓缩池等三种。

有刮泥机与搅拌装置的连续式浓缩池见图20-4。池底面倾斜度很小，为圆锥形沉淀池， 池底坡度为l％～10％。进泥口设在池中心，周围有溢流堰。为提高浓缩效果和浓缩时间， 可在刮泥机上安装搅拌装置，刮泥机与搅拌装置的旋转速度应很慢，不至于使污泥受到搅动，其旋转周速度一般为0.02～0.20 m/s。搅拌作用可使浓缩时间缩短4～5h。带刮泥机及搅拌栅的连续式浓缩池见图20-5。

刮泥机上设置的垂直搅拌栅随刮泥机转动的线速度为1rpm，每条栅条后面形成微小涡流，造成颗粒絮凝变大，并可造成空穴，使颗粒间的间隙水与气泡逸出，浓缩效果可提高20％以上。

图20-4连续式重力浓缩池构造示例

图20-5有刮泥机及搅动栅的连续式重力浓缩池

1一中心进泥管；2一上清液溢流堰；3一排泥管；4一刮泥机；5一搅动栅

如不用刮泥机，可采用多斗连续式浓缩池，采用重力排泥，污泥斗锥角大于55°，并设置可根据上清液液面位置任意调动的上清液排除管，排泥管从污泥斗底排除。

通常，重力浓缩池进泥可用离心泵，排泥则需要用活塞式隔膜泵、柱塞泵等压力较高的泥浆泵。

重力浓缩法操作简便，维修、管理及动力费用低，但占地面积较大。 连续式浓缩池的合理设计与运行取决于对污泥沉降特性的确切掌握。污泥的沉降特性与固体浓度、性质及来源有密切关系。在设计时，最好先进行污泥浓缩试验，掌握沉降特性，得出设计参数。

a. 设计参数主要包括： (1) 浓缩池的固体通量:

单位时间内，通过浓缩池任一断面的干固体量,[kg/(m2·h)或kg/(m2·d)]； 当为初次污泥时，污泥固体负荷宜采用80～120 kg/(m2·d)；当为剩余活性污泥时，污泥固体负荷宜采用30～60 kg/(m2·d)，当为混合污泥时，污泥固体负荷宜采用25～80 kg/(m2·d) (2) 水力负荷:

单位时间内，通过单位浓缩池表面积的上清液溢流量[m3/(m2·h)或m3/(m2·d)]；

(3) 水力停留时间(h或d): 浓缩时间不宜小于10 h；但也不要超过18 h，以防止污泥厌氧腐化。

(4) 进泥含水率：

当为初次污泥时，其含水率一般为95％～97％；当为剩余活性污泥时，其含水率一般为99.2％～99.6％；当为混合污泥时，其含水率一般为98％～99.5％。 (5) 浓缩后污泥含水率：

由曝气池后二次沉淀池进入污泥浓缩池的污泥含水率，当采用99.2％～99.6％时，浓缩后污泥含水率宜为97％～98％。 (6) 污泥室容积和排泥时间：

应根据排泥方法和两次排泥间隔时间而定，当采用定期排泥时，两次排泥间隔一般可采用8h。

(7) 二次污染：

污泥浓缩池一般均散发臭气，必要时应考虑防臭或脱臭措施。臭气控制可以从以下三个方面着手，即封闭、吸收和掩蔽。

所谓封闭，是指用盖子或其他设备封住臭气发生源或用引风机将臭气送入曝气池内吸收氧化；

所谓吸收，是指用化学药剂来氧化或净化臭气；

所谓掩蔽，是指采用掩蔽剂使臭气暂时不向外扩散。 b. 设计方法：

可根据计算的干固体量除以固体通量(可查教材P283表20-3)计算出浓缩池的面积，并应与按水力负荷核算的面积相比较，取其大值作为浓缩池的面积。 初沉污泥最大水力负荷可取1.2～1.6 m3(m2·h)，剩余活性污泥取0.2～0.4 m3(m2·h)浓缩池的有效水深一般采用4 m，当采用竖流式浓缩池时，其水深按沉淀部分的上升流速不大于0.1mm/s计算。浓缩池容积应按污泥在其中停留10～16 h进行核算，不宜过长。 c．计算公式

二、气浮浓缩法

按照亨利定律:在一定温度下,空气在液体中的溶解度与空气受到的压力成正比。当压力恢复常压后,所溶在水中的空气即变成微细气泡从液体中释放出，若液体中有细小颗粒，这些大

量的微细气泡附着在颗粒的表面，使颗粒相对密度减小而被强制上浮，达到气浮浓缩的目的。 气浮法对于浓缩密度接近于水的、疏水的污泥尤其适用，对于浓缩时易发生污泥膨胀的、易发酵的剩余活性污泥，其效果尤为显著。

目前，浓缩污泥最常用的方法是压力溶气气浮。 1．气浮浓缩系统的组成

组成：由加压溶气装置和气浮分离装置两部分组成。

图20-6所示是气浮浓缩的典型工艺流程。

气浮浓缩工艺流程图

(1) 加压溶气装置

目前较常用的有“水泵一空压机式溶气系统”和“内循环式射流溶气系统”。 溶气罐一般按加压水停留1～3 min设计，溶气效率为50％～90％，绝对压力采用2.5×105～5×105 Pa。

(2) 气浮分离装置(气浮浓缩池)

气浮浓缩池有矩形的平流式和圆形的升流式之分。前者使用得多，其底部呈55°～60°斗形，

可以排除难以上浮而沉淀的污泥。当采用平底时，应考虑如何定期清除积存于底部的沉淀物。 据国外资料介绍，污泥在气浮浓缩池中的平均停留时间可短至3～5 min，国内建议不小于20 min。

由于污泥浓缩效果的优劣与污泥颗粒粘附微气泡的情况有关，在设计时，应选用合适的释放器，以获得高质量的微气泡，同时也应使减压后的溶气水与入流污泥在某一固定混合容器或管段内充分混合，以达到较好的污泥浓缩效果及降低溶气水量的目的。 2．气浮浓缩法的主要设计参数

（1） 设计气浮浓缩池的主要参数有污泥负荷、气固比、水力负荷、回流比等。

气固比：是指溶气水经减压释放出的空气量与需浓缩的固体量之重量比，常用AS表示，一般采用0.03～0.04（质量比）。

回流比: 是加压溶气水量与需要浓缩的污泥量的体积比，通常以R表示。

在有条件时，设计前应进行必要的试验，针对污泥及溶气水的特性，求得在不同压力下，不同污泥负荷、水力负荷时的污泥浓缩效果以及出水的悬浮固体浓度、回流比、气固比等，从而决定最佳设计参数。

在缺乏试验条件时，气固比(AS)一般取0.01～0.04；水力负荷取40～80m3／(m2·d)；回流比(R)一般为25％～35％。

回流比可按以下公式，根据所需空气量计算：

(20-7)

式中：

As — 气固比；

Aa — 所需空气量，g/h；

S —进入气浮池的固体总量(不计回流水SS)，g/h；

Sa — 一定温度下，1.013x105Pa时的空气饱和溶解度，mg/L， —入流污泥浓度，g/m3；

R一 回流比；

P — 绝对大气压(表压)，Pa；

f —溶解效率，当溶气罐内加填料及溶气时间为2～3 min时，f=0.9，不加填料时，f=0.5。 水力负荷：1～3.6m3/m2·h，一般采用1.8m3/m2·h。 固体负荷：1.8～5.0kg/m2·h，。

（2） 其它参数

（1）对于活性污泥，其进泥浓度不应超过5g/L，即含水率约99.5%（包括气浮池的回流）。

3．气浮浓缩的计算公式

【例】某废水处理厂的剩余活性污泥量为240m3/d，含水率99．3％，泥温20℃。现采用回流加压溶气气浮法浓缩污泥，要求含固率达到4％，压力溶气罐的表压P为3×103Pa。试计算气浮浓缩池的面积A和回流比R。若浓缩装置改为每周运行7 d，每天运行16 h，计算气浮池面积。 【解】

设计一座矩形的平流式气浮浓缩池 污泥流量qv=240m3/d=10m3/h ①气浮浓缩池面积A 污泥负荷取75kg/(m2·d)，污泥密度为1000kg/m3

②回流比R

据经验，气固比As取0.02

采用装设填料的压力罐，溶解效率f=0.9 20℃时，空气饱和溶解度Sa=0.0187×1.1=0.0218g/L=21.8 mg/L。 人流污泥浓度为7000g/m3 代入(20—7)式：

回流水量:

溶气罐净体积(不包括填料)按溶气水停留3min计算，则： (m3)

以水力负荷校核气浮池面积：

[m3/(m2·d)]

符合要求。

③ 若浓缩池每天运行16h，则流量

污泥负荷仍取75kg/(m2·d)=3.125 kg/(m2·h)，则

(m2)

回流比(R)仍为380％。 回流水量：380％×15=57(m3/h) 溶气罐净体积：

以水力负荷校核气浮池面积：

(m3)

[m3/(m2·h)]

=51.4m3/(m2·d)

符合要求。

三、离心浓缩法

1. 离心浓缩法的原理:

利用污泥中固、液相的密度不同，在高速旋转的离心机中受到不同的离心力而使两者分离，达到浓缩的目的。被分离的污泥和水分别由不同的通道导出机外。 2. 离心浓缩法的特点:

离心浓缩机呈全封闭式，可连续工作。一般用于浓缩剩余活性污泥等难脱水物。污泥在机内停留时间只有3 min左右，出泥含固率可达4％以上。由于工作效率高，占地面积小，卫生条件好等特点，离心法在国外利用较高。在国内也日益受到重视。 3．衡量离心浓缩效果的主要指标

主要指标有：出泥含固率和固体回收率等。

固体回收率：即浓缩后污泥的固体总量与人流污泥中的固体总量的比值。固体回收率越高，分离液中SS的浓度则越低，泥水分离效果越好，浓缩效果亦越好。 4．离心浓缩与气浮浓缩的比较 离心浓缩法：在浓缩剩余活性污泥时，为了取得好的浓缩效果，得到较高的出泥含固率(>4％)和固体回收率(>90％)，一般需要添加PFS(聚合硫酸铁)、PAM(聚丙烯酰胺)等助凝剂。同时电耗很大，在达到相同的浓缩效果时，其电耗约为气浮法的10倍。

气浮浓缩法：浓缩剩余活性污泥时，不需要任何化学助凝剂即可达到出泥含固率大于4％、出水(分离液)的SS≤100 mg/L的效果。

5． 离心机的分类：转筒式、盘式、篮式等。

第四节 污泥的稳定 一．稳定污泥的方法

1． 常用方法是：消化法(厌氧生物处理法)、好氧消化法、氯化氧化法、石灰稳定法和热处理等。

2．上述方法的适用范围：大型污水处理厂（10万吨/日以上）多采用消化法(厌氧生物处理法)；小型污水处理厂（站）可采用其它方法。是否采取稳定污泥还需根据经济分析而定。 3．好氧消化法：

好氧消化法类似活性污泥法，在曝气池中进行，曝气时间长达10～20d左右，依靠有机物的好氧代谢和微生物的内源代谢稳定污泥中的有机组成。 4．氯气氧化法：

在密闭容器中完成，向污泥投加大剂量氯气，接触时间不长；实质上主要是消毒，杀灭微生物以稳定污泥。 5．石灰稳定法：

向污泥投加足量石灰，使污泥的pH值高于12，抑制微生物的生长。 6．热处理法：

既可杀死微生物借以稳定污泥。还能破坏泥粒间的胶状性能改善污泥的脱水性能。 7．厌氧消化：

利用嗜热厌氧微生物，经过水解、酸化、产乙酸、产甲烷等过程，将污泥中的挥发性固体的量降低，并杀灭寄生虫卵等病原体。

一般认为，当污泥中的挥发性固体的量降低40％左右即可认为已达到污泥的稳定。

在污泥中，有机物主要以固体状态存在。因此，而在污泥的厌氧消化中，则认为固态物的水解、液化是主要的控制过程。而在废水的厌氧处理过程中产甲烷过程是控制整个废水厌氧处理的主要过程。 厌氧消化的特点：

  

厌氧消化能产生大量甲烷气，可用来发电，故能抵消污水厂所需要的一部分能量，并使污泥固体总量减少(通常厌氧消化使25％～50％的污泥固体被分解)，减少了后续污泥处理的费用。 消化污泥是一种很好的土壤调节剂，它含有一定量的灰分和有机物，能提高土壤的肥力和改善土壤的结构。

消化过程尤其是高温消化过程(在50℃～60℃条件下)，能杀死致病菌。

厌氧消化也有缺点：

  

消化反应时间长投资大。 运行易受环境条件的影响，

消化污泥不易沉淀(污泥颗粒周围有甲烷及其他气体的气泡)。

二、污泥厌氧消化法的分类：

1．根据操作温度分类

分为中温消化（温度33～35℃）和高温消化（50℃～55℃）。 高温消化运行的能耗大大高于中温消化，只有当条件非常有利于高温消化或要求特殊时才会采用。

2．根据负荷率分类

分为低负荷率和高负荷率两种。 a. 低负荷率消化池

是一个不设加热，搅拌设备的密闭的池子，池液分层，见图20-7。它的负荷率低，一般为0.5～1.6 kgVSS/m3·d，消化速度慢，消化期长，停留时间30～60d。污泥间歇进入，在池内经历了产酸、产气、浓缩和上清液分离等所有过程。产生的沼气(消化气)气泡的上升有一定的搅拌作用。池内形成三个区——上部浮渣区、中间为上清液、下部污泥区。顶部汇集消化产生的沼气并导出。经消化的污泥在池底浓缩并定期排出。上清液回流到处理厂前端，与进厂污水混合。

图20-7 低负荷率厌氧消化池 b. 高负荷率消化池

高负荷率消化池的负荷率达1.6～6.4 kgVSS/m3·d或更高，与低负荷率池的区别在于连续运行，设有加热、搅拌设备；连续进料和出料；最少停留10～15d；整个池液处于混合状态，不分层；浓度比人流污泥低。高负荷率消化池常设两级，第二级不设搅拌设备，作泥水分离和缩减泥量之用。参见图20-8。

图20-8两级高负荷率厌氧消化系统 3. 两相消化工艺

它根据厌氧分解的两阶段理论，把产酸和产沼气阶段分开、使之分别在两个池子内完成见图20-9。该工艺的关键是如何使两阶段分开，方法有投加相应的菌种抑制剂、调节和控制停留时间、回流比等。

图20-9两相厌氧消化系统

三、影响污泥消化的主要因素：

1．pH值和碱度

厌氧消化首先产生有机酸，使污泥的pH值下降，随着甲烷菌分解有机酸时产生的重碳酸盐不断增加，使消化液的pH值得以保持在一个较为稳定的范围内。

由于酸化菌对pH值的适应范围较宽，而甲烷菌对pH值非常敏感，微小的变化都会使其受抑，甚至停止生长。消化池的运行经验表明，最佳的pH值为7.0～7.3。为了保证厌氧消化的稳定运行，提高系统的缓冲能力和pH值的稳定性，要求消化液的碱度保持在2000mg/L以上(以CaCO3计)。 2．温度

污泥的厌氧消化受温度的影响很大，一般有二个最优温度区段：在33℃～35℃叫中温消化，在50℃～55℃叫高温消化。温度不同，占优势的细菌种属不同，反应速率和产气率都不同。高温消化的反应速率快，产气率高，杀灭病原微生物的效果好，但由于能耗较大，难以推广应用。在这两个最优温度区以外，污泥消化的速率显著降低。 3．负荷

厌氧消化池的容积决定于厌氧消化的负荷率。

负荷率的表达方式有二种：容积负荷(用投配率为参数)；有机物负荷(用有机负荷率为参数)。 投配率:是指日进入的污泥量与池子容积之比，在一定程度上反映了污泥在消化池中的停留时间。投配率的倒数就是生污泥在消化池中的平均停留时间。例如，投配率为5％，即池的水力负荷率为O.05m3/m3·d时，停留时间为1/0.05=20d。

有机物负荷率：是指每日进入的干泥量与池子容积之比，单位：kg干泥/m3·d。它可以较好地反映有机物量与微生物量之间的相对关系。容积负荷较低时，微生物的反应速率与底物(有机物)的浓度有关。在一定范围内，有机负荷率大，消化速率也高。

由于污泥的消化期(生污泥的平均逗留时问)是污泥消化过程的一个不可忽视的因素。因此，用有机物容积负荷计算消化池容积时，还要用消化时间进行复核。消化时间，可以是指固体平均停留时间，也可以指水力停留时间。消化池在不排出上清液的情况下，固体停留时间与水力停留时间相同。我国习惯上计算消化时间时不考虑排出上清液，因此消化时间是指水力停留时间。

4．消化池的搅拌 a. 搅拌的作用：

在有机物的厌氧发酵过程中，让反应器中的微生物和营养物质(有机物)搅拌混和，充分接触，将使得整个反应器中的物质传递、转化过程加快。通过搅拌，可使有机物充分分解，增加了产气量(搅拌比不搅拌可提高产气量20％～30％)。此外，搅拌还可打碎消化池面上的浮渣。 在不进行搅拌的厌氧反应器或污泥消化池中，污泥成层状分布，从池面到池底，越往下面，污泥浓度越高，污泥含水率越低，到了池底，则是在污泥颗粒周围只含有少量水。在这些水中饱含了有机物厌氧分解过程中的代谢产物，以及难以降解的惰性物质(尤其在池底大量积累)。微生物被这种含有大量代谢产物、惰性物质的高浓度水包围着，影响了微生物对养料的摄取和正常的生活，以致降低了微生物的活性。如果通过搅拌，则可使池内污泥浓度分布均匀，调整了污泥固体颗粒与周围水分之间的比例关系，同时亦使得代谢产物和难降解物不在池底过多积累，而是在整个反应器内分布均匀。这样就有利于微生物的生长繁殖和提高它的活性。

通过搅拌时产生的振动可使得污泥颗粒周围原先附着的小气泡(有时由于不搅拌还可能形成一层气体膜)被分离脱出。此外，微生物对温度和pH值的变化也非常敏感，通过搅拌还能

使这些环境因素在反应器内保持均匀。

搅拌采用间断运行，在污泥消化池的实际运行中，采用每隔2 h搅拌一次，约搅拌25 min左右，每天搅拌12次，共搅拌5 h左右。

四、消化池的构造：

厌氧消化系统的主要设备是消化池及其附属设备。

消化池的构造：消化池一般是一个锥底或平底的圆池，四周为垂直墙体。平底或池底坡度较小时需要设置刮泥装置。大型消化池由现浇钢筋混凝土制成，体积较小的消化池一般用预制构件或钢板制成。整个池子由集气罩、池盖、池体与下锥体四部分组成，见图20-10。圆形消化池的直径一般在6～30 m，柱体的高约为直径的一半，而总高接近直径。

图20-10消化池构造 密封顶盖的形式：

为防止甲烷与空气混合而产生强烈爆炸的可能性，必须采取严防空气进入消化池系统。所以消化池必须采用密封顶盖，其形式有两种：

①浮动式顶盖见图20-11可以随着污泥体积和气体体积的变化而上下浮动，为了防止空气进入消化池，池顶也可作为浮动式储气罐使用； ②固定式顶盖见图20-12。

a·浮动盖(不带气体储存)b．储气盖(带气体储存)

图20-11浮动式盖消化池

图20-12固定式盖池化池

消化池的附属设备：有加料、排料、加热、搅拌、破渣、集气、排液、溢流及其他监测防护装置。

加料：新污泥一般由泵提升，经池顶进泥管送入池内。如果污泥含固率太高(例如超过4％～5％)，泵送可能会有困难，如果污泥的含水率高，不含粗大的固体，传统的离心式污水泵就可很好地运行。如果污泥中含有粗大的固体(如破布、绳索、木片等)及浓度较高时，一般用螺杆式泵。

排料：排料时，污泥沿池底排泥管排出。进泥、排泥管的直径不应小于200mm。进泥和排泥可以连续或间歇进行。操作顺序一般是先排泥到计量槽，再将相等数量的新污泥加入池中。进泥过程中要充分混合。

加热：消化池的加热方法分为池外加热和池内加热两种。池外加热法是将污泥水抽出，通过安装在池外的热交换器加热，然后循环回到池内。池内加热法可以将低压蒸汽直接投加到消化池的底部或与生污泥一起进入消化池；也可以在消化池内采用盘管间接加热，盘管内通以70℃以下的热水，盘管加热法因维修困难和效率低而使用不多。 搅拌：消化池的搅拌方法主要有三种，即螺旋浆搅拌、鼓风机搅拌、射流器搅拌。

图20-13螺旋浆搅拌的消化池

a·气体升液器式b．气体扩散式c．利用池底配管压入气体方法

图20-14用鼓风机搅拌 破渣：破碎消化池表面积累的浮渣，减少浮渣占用消化池的有效容积，有利于污泥气的释放。 常用的方法有：

①用自来水或污泥上清液喷淋；

 

将循环污泥或污泥液送到浮渣层上；

用鼓风机或用射流器抽吸污泥气进行搅拌时，只要抽吸的气体量足够，由于造成池面的搅动较剧烈，也可达到破碎浮渣层效果。

集气：浮动式顶盖消化池的集气容积较大。而固定式顶盖消化池的集气容积较小，在加料和排料时，池内压力波动较大，此时宜设单独的污泥气贮气罐。

排液：上清液应及时排出，这有利于增加消化池的有效容积并减少热量消耗。上清液污染严重，悬浮固体、观、和氨氮的浓度都很高，不能直接排放，应回流到污水生物处理设备中。 其它装置：消化池的监测防护装置应包括安全阀、温度计等。