污水厂污泥计算.docx

1、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 0.51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

2、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

3、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/m 3)601.5初沉池污泥14259597.51.0151.02(1.312.11 )X1010活性污泥法污泥71996981.022.80 X1010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，是在高度密集的细小污泥颗粒周围

4、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=W 1/W 2= （

5、 100-p 2）/（ 100-p 1）=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= V 1（ 100-p 1）/（ 100-p 2）= V 1（ 100-97.5 ）/（ 100-95）= （ 1/2）V 可见污泥含水率从 97.5%降低

6、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 ） X 100（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

7、计算公式： Vd= Vi( 100-p 1)/( 100-p d)( 1- pvi/100)+ pvi/100(1- R d/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

8、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= (100 y ) / y p+ (100-p ) (8-4 )或 丫=25000/250p+ (100-p ) ( 100+1.5p v) (8-8 )Y=250/ (100+1.5p v ) (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

9、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23130.10.55060活性污泥3.37.70.784.30.220.446070消化污泥1.63.40.60.82530(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

10、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4.633.69.28512.4300553024013824.54005601114647.1905农林业部农用污泥酸性土壤PH556003007550025100标准(GB4284-84 )V 6.50中性和碱性15201001007510050200土壤 PH 00006.5(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=100C onQ/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

11、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/m 3计。2剩余活性污泥量的计算公式:式中：Qs= AX/fX r (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

12、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+X r (8-10 )Xr=X 2+ X 3+ X 4 ( 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 X 2，

13、消化池上清液悬浮物量 X 3,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= X 1 r1 (8-12 )浓缩池上清液悬浮物量： X 2= X 1 (1- r 1) (8-13 )消化池悬浮物减量： G= X 2rg= X 1 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： X 3= (X2-G ) (1- r2) (8-16 )脱水泥饼固体物量：X4= X 3 r3机械脱水上清液含有的悬浮物量： X 4= X3 (1- r 3) (8-17 )回流至沉砂池前的上清液中所含悬浮物总量：Xr=X 2+ X

14、3+ X 4 = X 1 (1-r 1rg-r1r2r3+r1r23rg)(X1- Xr) / X 1 = r 1rg+r 1r2r3-r1r2r3rg= AX/ X 1X1= AX/ r 1 rg+r 2r3 (1-r g) (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 30m 3/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

15、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111驳船输送0.821.302.604.006卡车输送2.257.0027.034.030注：以管

16、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1.4 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P

17、336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

18、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9597近似糊状自然干化法自

19、然干化场、晒砂场7080泥饼状机真空吸滤法真空转鼓、真空转盘等6080泥饼状械压滤法板框压滤机4580泥饼状脱滚压带法滚压带式压滤机7886泥饼状水离心法离心机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；

20、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

21、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

22、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

23、搅拌栅通过缓慢旋转（圆周速度220cm/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

24、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1016h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=Q 3/qs按水力负荷计算的浓缩池表面积 FW (m2) : F W =Q/q w则 F=max ( F S, FQ)式中：Q 污泥量，m3/d ;3 污泥含固量， kg/m 3;qs 选定的固体通量， kg/ (m 2.d );qw 水力

25、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1016h，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 / m 3 )： W =Fh 2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

26、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 ),

27、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%

28、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P349349 ）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、

29、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、NH 4-N 均