污水厂污泥计算.doc
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1、污泥是水处理过程的副产物,包括筛余物、沉泥、浮渣和剩余污泥等。污泥体积约占处理 水量的 0.3%0.5%左右,如水进行深度处理,污泥量还可能增加 0.51 倍。是使污泥减量、稳定、无害化及综合利用。 (1)确保水处理的效果,防止二次污染; (2)使容易腐化发臭的有机物稳定化; (3)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。(1)按成分不同分: 污泥:以有机物为主要成分。其主要性质是易于腐化发臭,颗粒较细,比重较小(约 为 1.021.006) ,含水率高且不易脱水,属于胶状结构的亲水性物质。初次沉淀池与二次沉 淀池的沉淀物均属污泥。 沉渣:以无机物为主要成分
2、。其主要是颗粒较粗,比重较大(约为 2 左右) ,含水率较 低且易于脱水,流动性差。沉砂池与某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。 (2)按来源不同分: 初次沉淀污泥(也称生污泥或新鲜污泥):来自初次沉淀池。 剩余活性污泥(也称生污泥或新鲜污泥):来自活性污泥法后的二次沉淀池。 腐殖污泥(也称生污泥或新鲜污泥):来自生物膜法后的二次沉淀池。 消化污泥(也称熟污泥):生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后的污泥。 化学污泥(也称化学沉渣):用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物。例如,用混凝 沉淀法去除污水中的磷;投加硫化物去除污水中的重金属离子;投加石灰中和酸性污水产 生的沉渣以及酸、碱污水中和处理产生
3、的沉渣等均称为化学污泥。 (3)城市污水厂污泥的特性见表 8-1表 8-1 城市废水厂污泥的性质和数量污泥种类污泥量 g/(L.d)含水率 %相对密度比阻 s2/g沉砂池沉渣0.03(L/m3)601.5 初沉池污泥14259597.51.0151.02(1.312.11)1010活性污泥法污 泥71996981.022.801010生物膜法污泥102199.299.61.0051.008 (1)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称为污泥含水率。 1 污泥中水的存在形式有: 空隙水,颗粒间隙中的游离水,约 70%,可通过重力沉淀(浓缩压密)而分离; 毛细水,是在高度密集的
4、细小污泥颗粒周围的水,由毛细管现象而形成的,约 20%, 可通过施加离心力、负压力等外力,破坏毛细管表面张力和凝聚力的作用力而分离; 颗粒表面吸附水和内部结合水,约 10%。表面吸附水是在污泥颗粒表面附着的水分, 起附着力较强,常在胶体状颗粒,生物污泥等固体表面上出现,采用混凝方法,通过胶体 颗粒相互絮凝,排除附着表面的水分;内部结合水,是污泥颗粒内部结合的水分,如生物 污泥中细胞内部水分,无机污泥中金属化合物所带的结晶水等,可通过生物分离或热力方 法去除。 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。2 污泥体积、重量及所含固体物浓度之间的关系: V
5、1/V2=W1/W2=(100-p2)/(100-p1)=C2/C1 (8-1) 式中: p1、V1、W1、C1污泥含水率为 p1时的污泥体积、重量与固体物浓度;p2、V2、W2、C2污泥含水率为 p1时的污泥体积、重量与固体物浓度; 说明:式(8-1)适用于含水率大于 65%的污泥。因含水率低于 65%以后,体积内出现 很多气泡,体积与重量不在符合式(8-1)的关系。 例题 8-1:污泥含水率从 97.5%降低至 95%时,求污泥体积。 解:由式(8-1)V2= V1(100-p1)/(100-p2)= V1(100-97.5)/(100-95)=(1/2)V1 可见污泥含水率从 97.5%
6、降低至 95%时,污泥体积减少一半。 (2)挥发性固体(或称灼烧减重)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。 (3)可消化程度:表示污泥中可被消化降解的有机物数量。 消化对象:污泥中的有机物。一部分是可被消化降解的(或称可被气化,无机化) ;另 一部分是不易或不能被消化降解的,如脂肪、合成有机物等。 消化程度的计算公式:Rd=1-(pV2pS1)/(pV1pS2) 100 (8-2) 式中:Rd可消化程度,%;pS1 、pS2分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量,%;pV1 、pV1分别表示生污泥及消化污泥的有机物含量,%。 消化污泥量的计算公式:Vd=
7、 V1(100-p1)/(100-pd)(1- pV1/100)+ pV1/100(1- Rd/100) (8-3) 式中:Vd消化污泥量,m3/d;pd消化污泥含水率,%,取周平均值;V1生污泥量,m3/d;p1生污泥含水率,%,取周平均值;pV1生污泥有机物含量,%;Rd可消化程度,%,取周平均值; (4)湿污泥比重与干污泥比重: 湿污泥重量等于污泥所含水分重量与干固体重量之和。湿污泥比重等于湿污泥重量与 同体积的水重量之比值。干固体物质包括有机物(即挥发性固体)和无机物(即灰分) 。确 定湿污泥比重和干污泥比重,对于浓缩池的设计、污泥运输及后续处理,都有实用价值。 经综合简化后,湿污泥比
8、重()和干污泥比重(s)的计算公式分别为: =(100s )/s p+(100-p) (8-4) 或 =25000/250p+(100-p) (100+1.5pV) (8-8) s=250/(100+1.5pV) (8-7) 式中:湿污泥比重;s污泥中干固体物质平均比重,即干污泥比重;p湿污泥含水率,%;pV污泥中有机物含量,%; (5)污泥肥分:污泥中含有大量植物生长所必需的肥分(N、P、K) 、微量元素及土壤改 良剂(有机腐殖质) 。我国城市污水处理厂各种污泥所含肥分见表 8-2。 表 8-2 我国城市污水处理厂污泥肥分表污泥类别总氮 %磷(以 P2O5计)%钾(以 K2O 计)%有机物
9、%初沉污泥23130.10.55060活性污泥3.37.70.784.30.220.446070消化污泥1.63.40.60.8 2530(6)污泥重金属离子含量:污泥中重金属离子含量,决定于城市污水中工业废水所占比例及工业性质。污水经二级处理后,污水中重金属离子约有 50%以上转移到污泥中。若污泥 作为肥料使用时,要注意重金属是否超过我国农林业部规定的农用污泥标准 (GB4284- 84) 。表 8-3 列举我国北京、上海、天津、西安、兰州、沈阳、黄石等几个城市污水处理厂 污泥中重金属含量的范围。 表 8-3 我国城市污水处理厂污泥中重金属成分及含量重金属离子名称Hg 汞Cd 镉Cr 铬Pb
10、 铅As 砷Zn 锌Cu 铜Ni 镍含量范围4.63 138 3.6 24.19.2 54085 240012.4 560300 111955 46030 47.5酸性土壤 PH6.55560030075500250100农林业部农用污泥 标准(GB4284- 84)中性和碱性土壤PH6.5152010001000751000500200(1)污泥量计算 1 初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量的计算公式:V=100C0Q/1000(100-p) (8-9) 式中:V初次沉淀污泥量,m3/d;Q污水流量,m3/d;去除率,%;(二次沉淀池 以 80%计)C0进水悬浮物浓度,mg/L;P污泥含水率,%
11、;沉淀污泥密度,以 1000kg/m3计。 2 剩余活性污泥量的计算公式:Qs=X/fXr (4-113) 式中:Qs每日从系统中排除的剩余污泥量,m3/d;X挥发性剩余污泥量(干重) ,kg/d; f=MLVSS/MLSS,生活污水约为 0.75,城市污水也可同此; Xr回流污泥浓度,g/L。 3 消化污泥量的计算公式:见公式(8-3) 。 (2)污水处理厂干固体物质平衡: 污水处理厂内部存在着固体物质的平衡问题,通过固体物质的平衡计算,有助于污泥 处理系统的设计与管理。污水处理厂固体物质平衡的典型计算,可根据图 8-1 进行。 (见 P332 图 8-1) 设原污水悬浮物 X0为 100,
12、初次沉淀池悬浮物去除率以 50%计,二次沉淀池去除率以 80%计,悬浮物总去除率总去除率为 90%。各处理构筑物固体回收率为:浓缩池为 r1=90%;消化池为 r2=80%;悬浮物减量为 rg=30%;机械脱水为 r3=95%(预处理所加混凝 剂的固体量略去不计) 。因此其平衡式为: 进入污泥浓缩池的悬浮物量:X1=X+XR (8-10)XR=X2+ X3+ X4 (8-11) 式中:X1进入浓缩池的固体物量; X初次沉淀池排泥的悬浮物量加二次沉淀池剩余污泥中的悬浮物量; XR等于浓缩池上清液含有的悬浮物量 X2,消化池上清液悬浮物量 X3,机 械脱水上清液悬浮物量 X4的总和。 进入消化池的
13、悬浮物量:X2= X1 r1 (8-12)浓缩池上清液悬浮物量:X2= X1(1- r1) (8-13) 消化池悬浮物减量:G= X2rg= X1 r1rg (8-14) 进入机械脱水设备的悬浮物量:X3=(X2-G)r2 (8-15) 消化池上清液悬浮物量:X3=(X2-G) (1- r2) (8-16) 脱水泥饼固体物量:X4= X3 r3 机械脱水上清液含有的悬浮物量:X4= X3(1- r3) (8-17) 回流至沉砂池前的上清液中所含悬浮物总量: XR=X2+ X3+ X4 = X1(1- r1rg-r1r2r3+r1r2r3rg)(X1- XR)/ X1= r1rg+r1r2r3-
14、r1r2r3rg=X/ X1X1=X/ r1rg+r2r3(1-rg) (8-18) (1)污泥输送的方法:管道输送(重力管道和压力管道);卡车;驳船等。管道输送管道输送:适用于污泥输送的目的地相当稳定;污泥的流动性能较好,含水率 较高;污泥所含油脂分成较少,不会粘附于管壁缩小管径增加阻力;污泥的腐 蚀性低,不会对管材造成腐蚀或磨损;污泥的流量较大,一般应超过 30m3/h。 优点,卫生条件好,没有气味与污泥外溢,操作方便并利于实现自动化控制, 运行管理费用低。缺点,一次性投资大,一旦建成后,输送的地点固定,较不 灵活。卡车输送卡车输送:适用于中、小型污水处理厂,不受运输目的地的限制,也不受污
15、泥 性质、含水率的影响,也不需经过中间转运,可以随着季节的变化或地点的变 化,把污泥直接运到进行利用或处理的地方。优点,方便灵活。缺点,运费较 高。驳船输送驳船输送:适用于不同含水率的污泥。优点,灵活方便,运行费用低。缺点, 需设中转站。对管道、卡车、驳船输送综合经济比较列于表 8-4。表 8-4 管道、卡车、驳船输送综合经济比较表建设投资运行管理费输送 1m 的成本 管道输送111 驳船输送0.821.302.604.006 卡车输送2.257.0027.034.030注:以管道输送的建设投资、运行管理费及每输送 1m 距离的成本为“1“单位。(2)污泥输送设备:输送污泥用的污泥泵在构造上必
16、须满足不易被堵塞与磨损,不易受腐蚀等基本 条件。常见的有隔膜泵、旋转螺栓泵、螺旋泵、混流泵、多级柱塞泵和离心泵 等。(1)污泥流动的水力特性: 污泥在含水率较高(高于 99%)的状态下,属于牛顿流体,流动的特性接近于水流。 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,必须克服初始剪力以 后才能开始流动。污泥流动的下临界速度约为 1.1m/s,上临界速度约为 1.4 m/s。污泥压力 管道的最小设计流速为 1.02.0 m/s。 (2)压力输泥管道的沿程水头损失(见 P336 公式(8-19)和表 8-4) (3)压力输泥管道的局部水头损失(见 P337 公式(8-20)和表 8
17、-5)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 护要求以及有关法律与法规;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。(1)生污泥浓缩消化自然干化最终处置 (2)生污泥浓缩自然干化堆肥最终处置 (3)生污泥浓缩消化机械脱水最终处置 (4)生污泥浓缩机械脱水干燥焚烧最终处置 (5)生污泥湿污泥池最终处置 (6)生污泥浓缩消化最终处置 第(1) 、 (3) 、 (6)方案,以消化处理为主体,消化过程产生的生物能即沼气(或称消 化气、污泥气) ,可作为能源利用,如用作燃料或发电;第(2) 、 (5)方案是以堆肥,农用 为主,当污泥符合农用肥料条件及附近有农
18、、林、牧或蔬菜基地时可考虑采用;第(4)方 案是以干燥焚烧为主,当污泥不适于进行消化处理、或不符合农用条件,或受污水处理厂 用地面积的限制等地区可考虑采用。焚烧产生的热能,可作为能源。污泥最终处理方法包 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。不同脱水方法及脱水效果列于表 8-7。 表 8-7 不同脱水方法及脱水效果表脱水方法脱水装置脱水后含水率%脱水后状态浓缩法重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩9597近似糊状自然干化法自然干化场、晒砂场7080泥饼状真空吸滤法真空转鼓、真空转盘等6080泥饼状压滤法板框压滤机4580泥饼状滚压带法滚压带式压滤机7886泥饼
19、状机 械 脱 水离心法离心机8085泥饼状干燥法各种干燥设备1040粉状、粒状焚烧法各种焚烧设备010灰状(1)污泥浓缩的目的是降低污泥含水率,减少污泥体积,以利于后续处理与利用。 (2)常用浓缩方法的特点见表 8-8。 表 8-8 常用污泥浓缩方法及比较浓缩方法优点缺点适用范围重力浓缩法贮泥能力强,动力消耗 小;运行费用低,操作 简便占地面积较大;浓缩效 果较差,浓缩后污泥含 水率高;易发酵产生臭 气主要用于浓缩初沉污 泥;初沉污泥和剩余 活性污泥的混合污泥气浮浓缩法占地面积小;浓缩效果 较好,浓缩后污泥含水 率较低;能同时去除油 脂,臭气较少占地面积、运行费用小 于重力浓缩法;污泥贮 存能
20、力小于重力浓缩法; 动力消耗、操作要求高 于重力浓缩法主要用于浓缩初沉污 泥;初沉污泥和剩余 活性污泥的混合污泥。 特别适用于浓缩过程 中易发生污泥膨胀、 易发酵的剩余活性污 泥和生物膜法污泥离心浓缩法占地面积很小;处理能 力大;浓缩后污泥含水 率低,全封闭,无臭气 发生专用离心机价格高;电 耗是气浮法的 10 倍;操 作管理要求高目前主要用于难以浓 缩的剩余活性污泥和 场地小,卫生要求高, 浓缩后污泥含水率很 低的场合(1)原理:重力浓缩是一种重力沉降过程,依靠污泥中的固体物质的重力作用进行沉降与 压密。 (2)分类:根据运行情况分为间歇式和连续式两种。 间歇式重力浓缩池:是一种圆形水池,底
21、部有污泥斗。工作时,先将污泥充满全池, 经静置沉降,浓缩压密,池内将分为上清液、沉降区和污泥层,定期从侧面分层排出上清 液,浓缩后的污泥从底部泥斗排出。 (见 P347 图 8-15)间歇式浓缩池主要用于污泥量小的 处理系统。浓缩池一般不少于两个,一个工作,另一个进入污泥,两池交替使用。 连续式重力浓缩池:分为竖流式和辅流式两种。其运行基本工作状况及固体与液体平 衡关系(见 P339 图 8-6) 。剩余活性污泥经浓缩池中心管流入,入流污泥流量及其固体浓 度分别以 Q0、C0表示。上清液由溢流堰溢出称为出流,其流量与固体浓度分别以 Qe、Ce 表示。浓缩污泥从池底排出称为底流,底流流量与固体浓
22、度分别以 Qu、Cu表示。浓缩池中 存在着三个区域,即上部澄清区;中间阻滞区(当污泥连续供给时,该区的固体浓度基本 恒定,不起浓缩作用,但其高度将影响下部压缩区污泥的压缩程度) ;下部为压缩区。单位 时间内进入浓缩池的固体重量,等于排出浓缩池的固体重量(上清液所含固体重量忽略不 计) 。通过浓缩池任一断面的固体通量,由两部分组成,一部分是浓缩池底部连续排泥所造 成的向下流固体通量;另一部分是污泥自重压密所造成的固体通量。 连续式重力浓缩池的基本构造(见 P346 图 8-12) 。其特点是装有与刮泥机一起转动的 垂直搅拌栅,能使浓缩效果提高 20%以上。因为搅拌栅通过缓慢旋转(圆周速度 220
23、cm/s) ,可形成微小涡流,有助于颗粒间的凝聚,并可造成空穴,破坏污泥网状结构, 促使污泥颗粒间的空隙水与气泡逸出。 (3)设计要点: 小型污水处理厂采用方形或圆形间歇式浓缩池;大、中型污水处理厂采用竖流式和辐 流式连续式浓缩池; 间歇式浓缩池的主要设计参数是水力停留时间,停留时间由试验确定。时间过短,浓缩效果差;过长会造成污泥厌氧发酵。无试验数据时,可按 1224h 设计。当以浓缩后的湿 污泥作肥料时,污泥浓缩和贮存可采用方或圆形湿污泥池,有效水深采用 11.5m,池底坡 0.01,坡向一端。 连续式浓缩池的主要设计参数有:固体通量和水力负荷。有效水深采用 4m,竖流式有 效水深按沉淀部分
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