水處理廠汙泥處理技術

無論哪種廢水處理方法都會(hui) 產(chan) 生沉澱物、顆粒物和漂浮物，這些物質與(yu) 廢水分離之後就形成了汙泥。汙泥是一種介於(yu) 液體(ti) 和固體(ti) 之間粘稠物，懸浮物濃度1～10%；不同的廢水處理工藝中汙泥的體(ti) 積占所處理廢水的比例是不同的，城市汙水活性汙泥法處理所產(chan) 生的汙泥體(ti) 積約占處理水量的0.5～1.0%，但處理和處置設施的投資卻占整個(ge) 汙水處理廠的30～40%，有的甚至超過50%；

汙泥的處理與(yu) 處置就是通過適當的技術措施，使汙泥無害化，得到利用或返回自然環境。汙泥處理與(yu) 處置的方法包括：降低含水率，縮小體(ti) 積，變流態為(wei) 固態，便於(yu) 運送；穩定有機物，使其不易腐化，不造成二次汙染；作為(wei) 有機肥料、製磚、養(yang) 殖蚯蚓等綜合利用；用於(yu) 廢棄坑道、采石後留下窪地的回填等。

一、汙泥的來源、分類、性質

1、汙泥的來源

截留廢水中懸浮物；

廢水中有機物在生物處理工藝中轉化為(wei) 生物體(ti) ；

投加化學藥劑形成的沉澱物；

2、汙泥的分類

按來源分類：生活汙水汙泥；工業(ye) 廢水汙泥；給水汙泥；按處理工藝分類：沉澱汙泥：物理沉澱汙泥，混凝沉澱汙泥，化學沉澱汙泥；生物處理汙泥：活性汙泥法剩餘(yu) 汙泥，生物膜法汙泥；

目前的城市汙水處理廠的汙泥是沉澱汙泥和生物處理汙泥的混合物；按汙泥成分分類：有機汙泥：有機物含量高(60～80%)，顆粒細（0.02～0.2㎜)，密度小（1.002～1.006g/mL)，呈膠體(ti) 結構，親(qin) 水性好，易管道輸送，脫水性差；無機汙泥：有機物含量少，顆粒粗，密度大，含水率低，一般呈疏水性，易脫水，流動性差，不易管道輸送。

3、表征汙泥性質的參數

含水率Pw：單位質量汙泥所含水分的質量百分數；

含固率Ps：單位質量汙泥所含固體(ti) 物質的質量百分數；

揮發性固體(ti) （VSS)：600℃條件下燃燒並以氣體(ti) 逸出的固體(ti) 物質的量；一般作為(wei) 汙泥中有機物含量的表征；

有毒有害物質：病菌、病毒、寄生蟲卵；重金屬，有毒有害有機物。

初沉汙泥量： V=100ρ₀ηq_v /103(100-P)ρ； 

 V=SN/1000；

剩餘(yu) 活性汙泥量：以VSS計： Px=Yq_v(ρ_so-ρ_se)-K_dρ_xV；

以SS計：  P_ss=P_x/f；

以體(ti) 積計：V_ss=100P_ss/(100-P)ρ

汙泥中的水分：遊離水：存在於(yu) 汙泥顆粒間隙中的水，約占汙泥水分70%；毛細水：存在於(yu) 汙泥顆粒間的毛細管中的水，約占汙泥水分20%；內(nei) 部水：粘附於(yu) 汙泥顆粒表麵的附著水和存在於(yu) 汙泥內(nei) 部的水（包括細胞內(nei) 水），約占汙泥水分10%；濃縮處理可去除一部分遊離水，其他遊離水和毛細水可通過其他物理方法去除，但內(nei) 部水隻能通過幹化除去一部分。

二、汙泥的處置及其前處理

1、汙泥處理處置的一般原則：

（1）減量化：Pw大於(yu)  95% ，體(ti) 積龐大，須濃縮以縮小體(ti) 積；Pw大於(yu) 85%，可以用泵輸送；Pw小於(yu) 80%失去流態，便於(yu) 運輸。70～75%，呈柔軟狀；60～65%，呈固體(ti) 狀；板框壓濾機可使Pw小於(yu) 60%，適於(yu) 填埋。34～40%，呈離散狀；10～15%，則呈粉末狀；右圖顯示汙泥含水率與(yu) 汙泥狀態的關(guan) 係。

（2）穩定化：汙泥中的有機物含量高達60～70%，易厭氧分解而產(chan) 生惡臭；終止汙泥中微生物的活動或使易分解的有機物轉化為(wei) 穩定的物質的措施稱穩定化；采用好氧或厭氧工藝使汙泥中可生物降解的有機物轉化為(wei) 穩定的無機物質；投加石灰，提高汙泥pH，終止汙泥中微生物的活動，同時殺滅病原體(ti) 。但化學處理穩定的汙泥長時間放置後pH值下降仍會(hui) 導致微生物恢複活性，產(chan) 生汙泥腐bai而失去穩定性。

（3）無害化：汙泥中有害物質：病菌、病毒、寄生蟲卵；重金屬，有毒有害有機物；汙水中的病菌在10分鍾內(nei) 95%吸附於(yu) 活性汙泥，吸附過程符合吸附等溫式；重金屬和有毒有害有機物會(hui) 滲出汙泥產(chan) 生二次汙染；無害化處理：殺菌、沉澱重金屬、固定有毒有害有機物。

2、汙泥的處置

按照有關(guan) 法規，采取適當的技術措施，在環境和經濟允許的條件下妥善解決(jue) 汙泥的出路，使汙泥得到綜合利用或安全地回到環境中去。

(1) 農(nong) 業(ye) 利用：汙泥中的N、P、K是農(nong) 作物的肥料，腐殖質良好的土壤改良劑，采用堆肥、厭氧消化等技術措施消除病原體(ti) 和寄生蟲卵，達到衛生要求後使用。重金屬是限製農(nong) 業(ye) 應用的主要因素：

(2)填埋：穩定處理之後單獨填埋或與(yu) 垃圾混合填埋；根據水文地質和土壤條件選擇填埋場位置，避免地下水汙染；填埋場滲濾液應妥善處理；定期檢測填埋場附近的地表水、地下水和土壤的汙染狀況。

（3）焚燒：可以大幅度減少體(ti) 積，並可滅菌。灰分可填埋或利用；尾氣應處理；設備投資和運行費用高。

（4）投放海洋：投入遠洋，後果尚無定論。

3、汙泥處理處置的基本工藝流程

（1）       濃縮→前處理→脫水→好氧消化→土地還原；

（2）       濃縮→前處理→脫水→幹燥→土地還原；

（3）       濃縮→前處理→脫水→焚燒（或熱分解）→灰分填埋；

（4）       濃縮→前處理→脫水→幹燥→熔融燒結→建材；

（5）       濃縮→前處理→脫水→幹燥→燃料；

（6）       濃縮→厭氧消化→前處理→脫水→土地還原；

（7）       濃縮→蒸發幹燥→燃料；

（8）       濃縮→濕法氧化→脫水→填埋。

汙泥濃縮：減少汙泥的遊離水，降低含水率，減少汙泥體(ti) 積，為(wei) 後續處理創造有利條件，節省設備投資，降低運行費用，是常用的前處理工藝；常用的方法有：重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮、和水力旋流濃縮等。

沉降法：間歇式汙泥濃縮池，主要設計參數為(wei) 停留時間（9～12h）；時間過長產(chan) 生厭氧發酵。連續時汙泥濃縮池；固體(ti) 通量：單位時間內(nei) ，通過濃縮池某一斷麵的幹固體(ti) 量；主要設計參數有固體(ti) 同量、水力負荷，停留時間等。氣浮濃縮法，適應條件：密度接近於(yu) 水，疏水性；設計參數：汙泥負荷、氣固比、水力負荷、回流比。

離心濃縮法：基本原理：利用汙泥中固、液兩(liang) 相的密度差，在高速旋轉的離心力作用下使兩(liang) 相分離，達到濃縮目的；固體(ti) 回收率：離心機出口和進口汙泥中的固體(ti) 總量的比值；改製反映離心分離效果和分離液中的SS濃度；為(wei) 提高分離效果，分離前進行混凝處理；工作效率高，占地小，衛生條件好，但能耗大。

常用離心濃縮機：

籠形立式離心濃縮機：圓錐形籠框內(nei) 側(ce) 麵鋪上濾布。汙泥從(cong) 籠筐底部流入，沿籠筐徐徐向上，分離水通過濾布進入濾液時，濃縮液通過上邊沿排出，完成濃縮過程；過濾和離心雙重作用，效果好；

轉速較低（900r/min)，操作方便。

臥式螺旋離心濃縮機：以汙泥供給管為(wei) 中心，外筒轉速快，起離心分離作用；內(nei) 部螺杆轉速慢，起輸送濃縮汙泥作用；濃縮液從(cong) 左邊出口排出，分離水從(cong) 右邊出口排出。

水力旋流濃縮：基本原理：利用汙泥本身產(chan) 生旋流的離心力和汙泥中固、液密度差達到固液分離目的；工作過程：汙泥從(cong) 進泥管以切線方向高速進入圓筒，形成旋流，並沿錐體(ti) 下降成為(wei) 濃縮液；分離液沿旋流器中央形成漩渦竟中心管上升，由出水管溢出；處理量小，易堵塞，操作困難。

汙泥的穩定：采取措施使汙泥中易生物降解的有機物轉化為(wei) 穩定物質或暫時不產(chan) 生分解的過程；汙泥的穩定方法：（1）生物穩定法：汙泥中的有機物在微生物作用下降解為(wei) 穩定的無機物或變成不易生物降解的有機物的過程；（2）厭氧生物處理法；（3）好氧生物處理法；（4）化學穩定法：采用化學藥劑殺滅導致汙泥腐bai的微生物，使汙泥中的有機物短期內(nei) 不致腐bai的過程；如氯穩定法：殺滅微生物；石灰穩定法：提高pH，殺滅微生物，沉澱重金屬；

汙泥的好氧消化：在不投加底物的條件下，對汙泥進行較長時間的曝氣，使汙泥中的微生物處於(yu) 內(nei) 源呼階段進行自身氧化。該方法可以去除微生物體(ti) 中的可生物降解部分（約占80%），所以消化程度高，剩餘(yu) 消化汙泥量少；

由於(yu) 有酸性物質產(chan) 生，汙泥必須有足夠的堿度以保持消化池內(nei) 溶液中性，以維持反應正常進行，控製消化液中DO≥2mg/L；控製95%左右，以便於(yu) 攪拌；優(you) 點：汙泥中有機物降解程度高；上清液BOD濃度低；消化汙泥量少、穩定、易脫水、肥分高、運行管理簡單、基建費用低；缺點：能耗和運行費用高；不能回收沼氣；上清液SS濃度高；運行過程受氣溫影響大。

汙泥的厭氧消化：在無氧條件下，汙泥在厭氧微生物的作用下分解成穩定物質，殺滅病菌和寄生蟲卵，達到汙泥穩定、減量和無害化。厭氧微生物可分為(wei) 兩(liang) 類，分別在酸性消化階段和堿性消化階段其作用：酸性消化階段：產(chan) 酸菌（兼性厭氧菌）起作用，代謝產(chan) 物都具酸性，且有大量的氫氣產(chan) 生，故亦稱酸性發酵或氫發酵；堿性消化階段：甲烷菌（專(zhuan) 性厭氧菌）起作用，將酸性發酵階段的代謝產(chan) 物分解為(wei) CO2、CH4和NH3， CO2、CH4大量溢出（故稱甲烷發酵），而NH3則中和酸性消化階段產(chan) 生的酸性物質，創造甲烷菌生存的弱堿性環境；

影響汙泥消化的因素：pH製和堿度；酸性發酵佳pH值5.8，堿性發酵佳pH值7.8，其中甲烷菌對pH值敏感，pH值的微小變化都會(hui) 抑製甲烷菌生長。因此，兩(liang) 個(ge) 階段同時進行時，控製pH值7.0～7.6；為(wei) 使消化液的pH值穩定，要求消化液有較大的堿度；堿性發酵階段的產(chan) 生的CO₂和NH₃，可以提高消化液的堿度，增大消化液的酸堿緩衝(chong) 容量；溫度：由於(yu) 消化池的微生物（尤其是甲烷菌）對溫度敏感，所以溫度是影響消化的重要因素。溫度變化大於(yu) 1℃/d時，就會(hui) 對消化過程產(chan) 生影響。一般設計溫度的變化範圍不大於(yu) 0.5 ℃/d；消化池中各種微生物種群均有佳生長溫度範圍。因此，根據利用微生物種群的不同，可分為(wei) 中溫消化和高溫消化，對應的溫度範圍如圖20-10所示；高溫消化反應速率快，產(chan) 氣率高，殺滅病原菌的效果好，浮渣少，消化汙泥脫水性能好，但能耗高，設備結構複雜；中溫消化控製溫度35℃左右。，該溫度下產(chan) 氣量比較大，生成浮渣也較少，消化液與(yu) 汙泥易分離，能耗相對較低，是目前常用的汙泥消化係統。

影響汙泥消化的因素：

投配率：每日處理新鮮汙泥體(ti) 積與(yu) 消化池體(ti) 積之比，以百分數計；有機負荷率：每日處理新鮮汙泥中的幹汙泥量與(yu) 消化池體(ti) 積之比；投配率的倒數是水力停留時間，有機負荷率才真正反映有機物的降解速率。以有機負荷率作為(wei) 設計依據時，要複核汙泥中固體(ti) 的平均停留時間，以保證汙泥的降解時間；工程設計時，有機負荷率小，有機物降解程度高，產(chan) 氣率增加，但是所需消化池容積大；有機負荷率大，有機物降解程度低，產(chan) 氣率減少，但是所需消化池容積小；運行過程中，有機負荷濾過大，消化池中有機酸類機，pH值和池溫降低，甲烷菌生長受抑製，可能破壞消化池的正常運行。中溫消化式的生活汙泥投配率控製6～8%。