《水质工程学（二）》课程

《水质工程学（二）》课程 第四章污泥处理曹秀芹北京建筑工程学院

4.1 概述——污泥分类及性质 (1) 污泥处理的目的产量大、成分复杂、费用高 (a).污水处理厂的重要组成部分； (b).避免对环境的二次污染； (c).污泥资源化、减量化、稳定化、无害化。

4.1 概述——污泥分类及性质 城镇污水处理厂工艺流程——典型工艺

4.1 概述——污泥分类及性质 (2) 污泥分类与性质 (a).污泥分类 1）初沉污泥 2）二沉污泥（剩余污泥/腐殖污泥） 3）消化污泥 4）化学污泥

4.1 概述——污泥分类及性质 (2) 污泥分类与性质 (b). 污泥性质——指标 1）含水率：水分所占污泥总重量的百分比 2）污泥中挥发性固体（有机物）和灰分（无机物） 3）污泥可消化程度 pv:污泥中有机物的含量（%） ps:污泥中无机物的含量（%）

4.1 概述——污泥分类及性质 (2) 污泥分类与性质 (b). 污泥性质——指标 4）干、湿污泥的比重 pv:污泥中有机物的含量（%） p :污泥含水率（%）

4.1 概述——污泥分类及性质 (2) 污泥分类与性质 (b). 污泥性质——指标 5）污泥中重金属离子二级处理后污水中的重金属离子约有50%以上转移到污泥中；污泥作肥料用时，农林业部：《污泥农用标准（GB4284-84）》住房与建设部《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质(CJ/T309-2009)》

4.1 概述——污泥分类及性质 (2) 污泥分类与性质 (c).污泥量的计算 1）初沉污泥量式中： Qw : 初沉污泥量（m3/d） C0,Ce:进出水悬浮固体浓度(mg/L) p: 污泥含水率 ρ: 污泥密度1000kg/m3 2）二沉池剩余污泥量

4.1 概述——污泥分类及性质 (3) 污泥的输送 (a) 污泥流动特征 1）污泥在管中流动阻力随流速而变化； 2）污泥在管中流动阻力随含水率而变化；初沉污泥：95-97%；二沉污泥：99-96% (b) 污泥的输送污泥管道一般用铸铁管，管径不小于200mm。重力流：1-2%；压力流根据计算而定。P336-337 污泥管道的水头损失：可以按清水计算，取2-4倍的系数。污泥泵：螺旋泵、隔膜泵、离心泵

4.2 污泥浓缩 污泥所含水分 (1) 污泥浓缩的目的 (a) 污泥流动特征在重力作用下，挤压污泥中的空隙水，达到减少污泥体积的目的，进而减少后续设备的容积及运行费用。污泥浓缩的方法：重力浓缩和气浮浓缩

4.2 污泥浓缩 (2) 重力浓缩法 (a) 浓缩池的工况及特点清水区、等浓区、压缩区以浓缩为主，澄清为辅浓缩时间长，>12h (b) 浓缩池的表面积极限固体通量GL: 30 ~ 60 kg/(m2·d)

4.2 污泥浓缩 70’s, 迪克提出固体通量理 p340 (肯奇、柯伊-克里维什理论) 底部排泥自重压密总固体通量

4.2 污泥浓缩 (c) 浓缩池的高度式中：h1：超高，0.5m h2：有效水深，≥ 4.0m h3：池底坡高及斗高，i ≥ 5%

4.2 污泥浓缩 (d) 重力浓缩池的构造与类型连续式：类似辐流式沉淀池，带有搅拌与刮泥装置。刮泥机外缘线速度已不影响浓缩过程为宜，一般1-2m/min. 间歇式：停留时间> 12h; 不同高度有上清液排放装置

4.2 污泥浓缩 (3) 污泥气浮浓缩法 (a) 气浮浓缩原理一定压力的空气通入池中，所溶的空气在常压下即变成微细气泡释放，大量微细气泡附着在污泥颗粒的周围是颗粒比重减少而强制上浮，达到浓缩的目的。 • 气浮浓缩优缺点效率高、停留时间短；设备复杂、耗电大、管理复杂

4.2 污泥浓缩 污泥气浮浓缩工艺流程（无回流/有回流）

4.2 污泥浓缩 污泥气浮浓缩（无回流/有回流）无回流有回流

4.3 污泥消化 • 概述 • 厌氧消化的目的：稳定污泥；回收能源 • 厌氧消化的分类 1）按温度分类：中温：30~36℃；高温：50~53℃ 温差波动：±1.5~2.0℃ 2）按机理及运行方式两级消化：一级加热、搅拌、集气；二级不加热不搅拌排上清液两相消化：按机理分成两个阶段分别在两个池中完成

4.3 污泥消化 (2) 厌氧消化的机理 (a) 厌氧消化的三阶段理论 1979，Bryant根据微生物的生理种群提出三阶段理论。 1）模式示意图

4.3 污泥消化 2）三个阶段的作用水解与发酵阶段产氢产乙酸阶段产甲烷阶段一组：氢和二氧化碳转化成甲烷(1/3) 4H2+CO2 CH4+2H2O 一组：乙酸脱羧产生甲烷(2/3) 2CH3COOH 2CH4+2CO2

4.3 污泥消化 3）三个阶段的特点产甲烷阶段：是整个厌氧消化阶段的控制步骤。产甲烷菌：甲烷杆菌、球菌、八叠球菌、螺旋菌

4.3 污泥消化 (b) 厌氧消化的反应动力学 1）产甲烷阶段是整个厌氧消化阶段的控制步骤； 2）好氧条件下有机物降解的反应动力学L-M方程同样适用于厌氧条件

4.3 污泥消化 温度（℃） (3) 厌氧消化的影响因素 (a) 温度与负荷中温甲烷菌(30～36℃) 高温甲烷菌(50～53℃)

4.3 污泥消化 50～53℃ 30～36℃ 10～15d 20～30d 消化时间（d） (2) 厌氧消化的机理 (b) 消化时间：生物固体停留时间（水力停留时间）

4.3 污泥消化 1）投配率 n: 污泥投配率(1/d) V: 消化池的有效容积(m3) V’: 每天投加的新鲜污泥体积（m3/d） t: 消化时间（d） 2）投配率的意义及取值消化池设计及运行的重要参数。中温两级消化，n: 3~5 %；t: 20~30 d V1 : V2 = 2 : 1

4.3 污泥消化 3）负荷

4.3 污泥消化 (c) 搅拌、混合 1）加速热量传递、加强新、老污泥混合； 2）破坏浮渣层、加速沼气释放。 (d) C/N比 C/N比：（10 ~ 20）：1 C、N是细胞构成的主要元素。同时N的多少决定消化液的缓冲能力

4.3 污泥消化 (e) 有毒物质：重金属、有毒的无机和有机物产甲烷菌；毒阈浓度 p359 表8-15 (f) 酸碱度消化液的缓冲能力： 6.6~7.5 碱度：> 2000 mg/L 脂肪酸：2000 mg/L (g) 厌氧条件：绝对厌氧

4.3 污泥消化 (4)厌氧消化的优缺点优点：能耗少，产泥少，能回收能量；缺点：池容大，运行条件严格，启动时间长，加热耗能 (5)消化池的构造与设计 (a)一般规定中温二级消化：一级加热、搅拌、集气；含水率：96-97% 二级不加热不搅拌排上清液。含水率：92% 主要参数： n: 3~5 %； t: 20~30 d ；V1 : V2 = 2 : 1

4.3 污泥消化 (b)构造 1) 池形：圆柱形、卵形 2) 组成：集气罩、池盖、池体、下锥体四部分组成

4.3 污泥消化 3)工艺尺寸池体：钢筋混凝土结构 D = 6～35m; 柱体 h=1/2 D; H≈D 池盖：应严密，不透气 ① 池盖分为固定盖与浮动式； ② 池顶装有集气罩，池盖倾角α=15～20°； ③池内泥面一般位于池盖的 1/2～2/3高度处。

4.3 污泥消化 集气罩 h1=1~3m, d1=2~5m 集气罩通过管道与沼气贮气柜直接连通，防止产生负压。下锥体 i=8%；d2=0.5～2m

4.3 污泥消化 (c)消化池容积计算 (1) 污泥消化池一般不少于2座; (2)二级中温消化池，池容比为V1∶V2=2∶1; (3 )消化池池容按污泥投配率计算

4.3 污泥消化 (6)消化池的加热与热工计算 (a)加热目的与方法 1）目的：新泥加热；补偿热损失 2）方法：池内直接加热法蒸气或盘管。目前很少使用。池外间接加热法套管式热交换器，里面小管走污泥， V=1～2m/s，外部大管走热水 V=2～4m/s，多用逆向流。

4.3 污泥消化 (b)热工计算 1) 总耗热量计算 ①新泥所需热量式中：Q1 —— 生污泥的温度升高到消化温度的耗热（KJ/h）； V’ —— 每天投入消化池的生污泥量（m3/d）； TD —— 消化温度（℃），TD=35℃； TS —— 生污泥原温度(℃)。用全年平均污水温度时， Q1全年平均耗热量；用日平均最低污水温度时， Q1为最大耗热量。

4.3 污泥消化 ②池体散热量式中：Q2—— 池体散热量（KJ/h）； F —— 池盖、池壁、池底散热面积（m2）； TA——池外介质（空气或土壤）温度。当池外介质为大气时，计算全年平均耗热量，须按全年平均气温计算。式中： α1——消化池内壁热转移系数； α2——消化池外壁热转移系数； δ——池体各部结构层，保温层厚度m； λ——池体各部结构层，保温层导热系数。 K——池盖、池壁、池底的传热系数KJ/（m2·h·℃）

4.3 污泥消化 ③管道及热交换器等散热量式中：Q3——管道、热交换器的散热（KJ/h）； K——管道、热交换器的传热系数KJ/ （m2·h·℃） F—— 管道、热交换器的表面积（m2）； T——锅炉出口和入口的热水温度平均值，或锅炉出口和池子入口蒸气温度的平均值（℃）. 总耗热量：

4.3 污泥消化 2) 热交换器的设计及锅炉选择 ①热交换器的设计:热交换管的长度、所需热水量等。热交换管的总长：式中：L——套管总长度(m); Qmax——消化池的最大耗热量(KJ/h); D——内管外径(m); K——传热系数。 ∆Tm —— 平均温差的对数(℃), p365-366

4.3 污泥消化 所需热水量：全日供热时式中：QW——所需热水量（m3/h）； TW——热交换器入口热水温度，一般取TW=60～90°C； Tw’——热交换器出口热水温度。

4.3 污泥消化 ②热水锅炉的选择锅炉的加热面积为式中：F——锅炉的加热面积(m2); E——锅炉加热面的发热强度(KJ/m2.h), 根据锅炉样本选用； 1.1～1.2——热水供应系统的热损失系数。

4.3 污泥消化 (7) 消化池的搅拌、混合 (a) 搅拌的作用、方法及要求作用：加速热交换，新老污泥搅拌均匀；防止池内污泥分层和形成浮渣，有利于污泥分解方法：沼气搅拌；泵或射流器搅拌；联合搅拌等要求：连续；间歇：5～10小时内，将全池污泥搅拌1次

4.3 污泥消化 (b)沼气搅拌 1）优点：（1）无机械部件，运行安全可靠；（2）搅拌力大，不受池内液面变化影响；（3）可促进厌氧分解。 2）搅拌方式：沼气通过池顶配气环管，经立管进入池内；沼气v=7～15m/s，立管末端距池底1～2m；搅拌气量为每1000m3，池容5～7m3/min。

4.3 污泥消化 (c)泵或射流器混合搅拌 1）泵搅拌：适用于小池；或大池的辅助搅拌方法。 2）射流器式混合搅拌法生泥经泵加压0.2Mpa打入射流器，吸入室产生负压，使污泥从池液面处吸入室内，经混合室后从池下部排出. 水射器的顶端在池泥面下0.2～0.3m，生污泥与水射器吸入污泥量之比为1:(3—5).

4.3 污泥消化 (8)进泥、排泥及溢流系统 (a)进泥管：进泥管一般布置在泥面以上。小型池：一般1根，大型池：一般2根以上， D≥150mm，一般均用PW，PWL型污水泵抽送。 (b)排泥管：一般布置在池底， D≥150mm ，也可与放空管共用

4.3 污泥消化 (c)溢流管作用：安全运行。当泥位上升池内沼气受压，为防池顶受力破坏，泥从溢流管溢出，保证压力不变。方式：P362 水封式、大气压式、倒虹管式要求： 1）溢流管高度一般在正常泥位以上0.6m。 2）溢流管管径D≥200mm。

4.3 污泥消化 (9)沼气的收集、输送与贮存 (a)收集：消化池产生的沼气聚集在池顶的集气罩内，可通过出气管与贮气柜连通。 (b)输送：沼气管直径按日平均产气量计算。管内vmax=7～8m/s计，平均5m/s，当采用沼气搅拌，管内流量包括沼气搅拌循环流量，管内压力一般为200～300mm水柱。

4.3 污泥消化 (c)贮存贮气柜容积按平均日产气量25～40%，即6～10 小时的产气量计算，有低压湿式和高压球形罐。产气量： q: m3/d 气体成分 CH4: 50 ~ 75 %; CO2: 20 ~ 30 % 发热量：5000~6000 千卡/立方米

4.3 污泥消化 (10) 消化池的运行与管理 (a)消化池的验收 1)校对各部位尺寸及管线。进行闭水、闭气试验。 2)对加热、搅拌等附属构筑物及仪表等进行验收。 (b)甲烷菌的培养与驯化 1)培养：接种培养法：接种量95%以上,可用干泥,其成活率在50～60%以上,升温1℃/h. 直接培养法 ① 逐步培养法：投加生泥；升温1℃/h至消化温度；逐日加新鲜污泥到液面；成熟后，有沼气产生投入运行 ② 一次培养法：一次投加V/10塘泥，以后每日投加生泥至设计泥面。升温1℃/h；控制池内pH=6.5～7.5。 2)驯化： ①逐步驯化（逐步换泥）； ② 一次驯化。

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