污水厂污泥计算.docx
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污水厂污泥计算
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0.5~1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1.02~1.006），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。
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）
60
1.5
初沉池污泥
14~25
95~97.5
1.015~1.02
（1.31~2.11）X
1010
活性污泥法污
泥
7~19
96~98
1.02
2.80X1010
生物膜法污泥
10~21
99.2~99.6
1.005~1.008
（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：
Vi/V2=W1/W2=（100-p2）/（100-p1）=C2/Ci（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）V可见污泥含水率从97.5%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）]X100
（8-2）
式中：
Rd――可消化程度，%；
psi、PS2分别表示生污泥及消化污泥的无机物含量，%；
pvi、pvi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=Vi（100-p1）/（100-pd）[（1-pvi/100）+pvi/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冋
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，湿污泥比重（丫）和干污泥比重（丫s）的计算公式分别为：
Y=（100y）/[yp+（100-p）]（8-4）
或丫=25000/[250p+（100-p）（100+1.5pv）]（8-8）
Y=250/（100+1.5pv）（8-7）
式中：
丫一一湿污泥比重；
Y――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K20计）%
有机物%
初沉污泥
2~3
1~3
0.1~0.5
50~60
活性污泥
3.3~7.7
0.78~4.3
0.22~0.44
60~70
消化污泥
1.6~3.4
0.6~0.8
25~30
（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
铅
As砷
Zn
锌
Cu
铜
Ni
镍
含量范围
4.63
3.6
9.2
85~
12.4
300
55
30
240
138
24.
540
0
560
111
46
47.
1
9
0
5
农林业部农用污泥
酸性土壤PH
5
5
600
300
75
500
25
100
标准（GB4284-84）
V6.5
0
中性和碱性
15
20
100
100
75
100
50
200
土壤PH>
0
0
0
0
6.5
（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=100ConQ/1000（100-p）p（8-9）
式中：
V初次沉淀污泥量，m3/d;
Q――污水流量，m3/d;
n――去除率，%;（二次沉淀池n以80%计）
Co――进水悬浮物浓度，mg/L;
P――污泥含水率，%;
P沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。
2剩余活性污泥量的计算公式:
式中：
Qs=AX/fXr（4-113）
Qs――每日从系统中排除的剩余污泥量，m3/d;
AX――挥发性剩余污泥量（干重），kg/d;
f=MLVSS/MLSS，生活污水约为0.75，城市污水也可冋此；
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X。
为100，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ri=90%；
消化池为「2=80%;悬浮物减量为rg=30%;机械脱水为「3=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：
Xi=AX+Xr（8-10）
Xr=X2+X3+X4（8-11）
式中：
X1——进入浓缩池的固体物量；
AX――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。
进入消化池的悬浮物量：
X2=X1r1（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=X1r1rg（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=X3r3
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+r1r2「3rg）
（X1-Xr）/X1=r1rg+r1r2r3-r1r2r3rg=AX/X1
X1=AX/r1[rg+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：
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：
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：
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
1
1
1
驳船输送
0.82~1.30
2.60~4.00
6
卡车输送
2.25~7.00
27.0~34.0
30
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1.4m/s。
污泥压力
管道的最小设计流速为1.0~2.0m/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8-5）
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t浓缩t消化t自然干化t最终处置
（2）生污泥T浓缩T自然干化T堆肥T最终处置
（3）生污泥T浓缩T消化T机械脱水T最终处置
（4）生污泥T浓缩T机械脱水T干燥焚烧T最终处置
（5）生污泥T湿污泥池T最终处置
（6）生污泥T浓缩T消化T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、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
95~97
近似糊状
自然干化法
自然干化场、晒砂场
70~80
泥饼状
机
真空吸滤法
真空转鼓、真空转盘等
60~80
泥饼状
械
压滤法
板框压滤机
45~80
泥饼状
脱
滚压带法
滚压带式压滤机
78~86
泥饼状
水
离心法
离心机
80~85
泥饼状
干燥法
各种干燥设备
10~40
粉状、粒状
焚烧法
各种焚烧设备
0~10
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
占地面积较大；浓缩效果
主要用于浓缩初沉污
小；运行费用低，操作
较差，浓缩后污泥含水率
泥；初沉污泥和剩余活
简便
高；易发酵产生臭气
性污泥的混合污泥
气浮浓缩法
占地面积小；浓缩效果
占地面积、运行费用小于
主要用于浓缩初沉污
较好，浓缩后污泥含水
重力浓缩法；污泥贮存能
泥；初沉污泥和剩余活
率较低；能同时去除油
力小于重力浓缩法；动力
性污泥的混合污泥。
特
脂，臭气较少
消耗、操作要求咼于重力
别适用于浓缩过程中
浓缩法
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
专用离心机价格咼；电耗
目前主要用于难以浓
力大；浓缩后污泥含水
是气浮法的10倍；操作
缩的剩余活性污泥和
率低，全封闭，无臭气
管理要求高
场地小，卫生要求高，
发生
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Qo、Co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
2~20cm/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12~24h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1~1.5m，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
效水深按沉淀部分的上升流速不大于0.1mm/s进行复核。
池容积按浓缩10~16h核算。
当
采用定期排泥时，两次排泥间隔可取8h。
浓缩池的上清液应回送初沉池或调节池重新处理。
（4）设计计算：
浓缩池表面积F:
选定固体通量，计算浓缩池表面积F&与用水力负荷计算的浓缩池
表面积FW进行比较，取其大者。
按固体通量，计算浓缩池表面积FS（m2）:
FS=Q3/qs
按水力负荷计算的浓缩池表面积FW（m2）:
FW=Q/qw
则F=max（FS,FQ）
式中：
Q污泥量，m3/d;
3污泥含固量，kg/m3;
qs选定的固体通量，kg/（m2.d）;
qw水力负荷，m3/（m2.d）;
浓缩池有效池容W和停留时间t:
根据确定的池表面积F,计算浓缩池的有效容积W根据W/复核污泥在池中停留时间t‘°若t/大于10~16h，则修定固体通量，重新计算上述各值，最终确定浓缩池设计表面积F、有效容积W和停留时间t°
计算有效容积W/m3）：
W=Fh2
复核停留时间t/h）：
t=W/Q
式中：
h2有效水深，m。
（5）运行管理：
在浓缩池的运行管理中，应经常对浓缩效果进行评价，并随时予以调节。
浓缩效果通常
用浓缩比（排泥浓度/入流污泥浓度）、固体回收率（浓缩到排泥中的固体/入流总固体）和
分离率（上清液量/入流污泥量）三个指标进行综合评价。
一般来说，浓缩初沉污泥时，浓缩比应大于2，固体回收率应大于90%;浓缩活性污泥与初沉污泥组成的混合污泥时，浓缩比大于2，分离率应大于85%。
如果某一指标低于以上数值，应分析原因，检查进泥量是否合适，控制的qs是否合理，浓缩效果是否受到了温度等因素的影响。
（1）原理：
采用压力溶气浮选方法，通过压力溶气罐溶入过量空气，然后突然减压释放出大量的微小气泡，并附着在污泥颗粒周围，使其相对密度减小而强制上浮，从污泥表层获得
浓缩。
（2）适用条件：
适用于相对密度接近1的活性污泥的浓缩污泥，如活性污泥（相对密度1.005）,生物过滤法污泥（相对密度1.025）,尤其是采用接触氧化法时，脱落的生物膜含大量气泡，比重更接近于1，用浮选浓缩较为有利。
（3）气浮浓缩的工艺流程（见P347图8-16）,可分为无回流，用全部污泥加压气浮；有
回流水，用回流水加压气浮两种方式运行。
进水室的作用，是使减压后的溶气水大量释放出微细气泡，并迅速附着在污泥颗粒上。
气浮池的作用，是上浮浓缩，在池表面形成浓缩污泥层由刮泥机刮出池外。
不能上浮的颗粒沉至池底，随设在池底的清液排水管一起排出；部分清液回流加压，并
在溶气罐中压入压缩空气，使空气大量地溶解在水中。
减压阀的作用，是使加压溶气水减压至常压，进入进水室起气浮作用。
气浮浓缩可以使污泥含水率从99%以上降低到95%~97%，澄清液的悬浮物浓度不超
过0.1%，可回流到污水处理厂的入流泵房。
（4）设计计算：
（详见P349~349）
气浮浓缩池的设计内容主要包括气浮浓缩池所需气浮面积、深度、空气量、溶气罐压力
等。
溶气比的确定：
气浮时有效空气重量与污泥中固体物重量之比或气固比，用Aa/S表示。
气浮浓缩池表面水力负荷：
回流比R的确定：
气浮浓缩池的表面积：
（1）原理：
是利用污泥中的固体、液体的比重差，在离心力场所受到的离心力的不同而被分离。
（2）适用条件：
主要用于浓缩剩余活性污泥等难脱水污泥或场地狭小的场合。
（3）离心机的种类：
连续式离心机、间歇式离心机、盘式和篮式离心机。
（4）主要参数：
入流污泥浓度、排出污泥含固量、固体回收率、高分子聚合物的投加量等。
离心机的运行参数列于（P352表8-12）。
高浓度有机污泥通过厌氧或好氧消化，污泥中的挥发性固体变为稳定的腐殖质，同时减
少污泥体积60%左右，并改善污泥性状，控制致病微生物，为污泥的后续处理做好准备。
经济的污泥处理系统是：
厌氧消化处理初沉池污泥；好氧消化处理剩余活性污泥。
表8-10污泥厌氧与好氧消化的比较
消化方
法
优点
缺点
适用条件
厌氧
不需曝气，运行能耗和费用
易产生臭气；管理水平
废水处理厂，规模不限；
低；可获得部分能源（沼气）
要求较咼
多米用中温消化
好氧
中小规模时，投资少、上清
供氧消耗的能量大，运
中小规模废水处理厂，特
液中BOD、SS、NH4-N均
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