污水厂污泥计算Word文档下载推荐.docx
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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:
V1/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%降低至95%时,求污泥体积。
解:
由式(8-1)
V2=V1(100-p1)/(100-p2)=V1()/(100-95)=(1/2)V1可见污泥含水率从%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=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,湿污泥比重(γ)和干污泥比重(γs)的计算公式分别为:
γ=(100γs)/[γsp+(100-p)](8-4)
或γ=25000/[250p+(100-p)(100+)](8-8)
γs=250/(100+)(8-7)
γ——湿污泥比重;
γs——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%
初沉污泥
2~3
1~3
50~60
活性污泥
60~70
消化污泥
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
Cd
Cr
Pb
As
Zn
Cu
Ni
汞
镉
铬
铅
砷
锌
铜
镍
含量范围
85~
300~
55~
30~
138
540
2400
560
1119
460
农林业部农用污泥
酸性土壤PH<
5
600
300
75
500
250
100
标准(GB4284-84)
中性和碱性土
15
20
1000
200
壤PH≥
(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=100C0ηQ/1000(100-p)ρ(8-9)
3式中:
V——初次沉淀污泥量,m/d;
Q——污水流量,m3/d;
η——去除率,%;
(二次沉淀池η以80%计)
C0——进水悬浮物浓度,mg/L;
P——污泥含水率,%;
ρ——沉淀污泥密度,以1000kg/m3计。
2剩余活性污泥量的计算公式:
Qs=ΔX/fXr(4-113)
Qs——每日从系统中排除的剩余污泥量,m3/d;
ΔX——挥发性剩余污泥量(干重),kg/d;
f=MLVSS/MLSS,生活污水约为,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,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=ΔX+XR(8-10)
XR=Xˊ2+Xˊ3+Xˊ4(8-11)
X1——进入浓缩池的固体物量;
ΔX——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Xˊ2,消化池上清液悬浮物量Xˊ3,机械脱
水上清液悬浮物量Xˊ4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:
Xˊ2=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:
Xˊ3=(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:
Xˊ4=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=Xˊ2+Xˊ3+Xˊ4=X1(1-r1rg-r1r2r3+r1r2r3rg)
(X1-XR)/X1=r1rg+r1r2r3-r1r2r3rg=ΔX/X1
X1=ΔX/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
驳船输送
6
卡车输送
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s,上临界速度约为m/s。
污泥压力管道的最小设
计流速为~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8-5)
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、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
械
压滤法
板框压滤机
45~80
脱
滚压带法
滚压带式压滤机
78~86
水
离心法
离心机
80~85
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;
占地面积、运行费用小于
较好,浓缩后污泥含水
重力浓缩法;
污泥贮存能
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、操作要求高于重力
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
专用离心机价格高;
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~,池底坡,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FˊS,与用水力负荷计算的浓缩池
表面积FˊW进行比较,取其大者。
按固体通量,计算浓缩池表面积Fˊs(m2):
Fˊs=Qω/qs按水力负荷计算的浓缩池表面积Fˊw(m2):
Fˊw=Q/qw则F=max(Fˊs,Fˊw)式中:
Q——污泥量,m3/d;
ω——污泥含固量,kg/m3;
qs——选定的固体通量,kg/();
qw——水力负荷,m3/();
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Wˊ,根据Wˊ复核污泥在池中停留时间tˊ。
若tˊ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Wˊ(m3):
Wˊ=Fh2
复核停留时间tˊ(h):
tˊ=Wˊ/Q
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。
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),生物过滤法污泥(相对密度),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%,可回流到污水处理厂的入流泵房。
(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:
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。
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
适用条件
厌氧
不需曝气,运行能耗和费用
低;
可获得部分能源(沼气)
易产生臭气;
管理水平
废水处理厂,规模不限;
多采用中温消化
要求较高
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均低于
行费用高;
消化污泥脱
别适用于无初沉池的好
厌氧消化,操作管理简便;
水性能差,有机物分解
氧生物污水处理厂
消化池中不加温,不产生臭
率较低
气
(1)厌氧消化的机理:
1979年,伯力特(Bryant)等人根据微生物的生理种群提出的厌氧消化的三阶段理论,第一阶段是在水解与发酵细菌作用下,使碳水化合物,蛋白质与脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等;
第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下,把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸;
第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组是对乙酸脱羧产生甲烷。
参与的微生物种类,参与厌氧消化第一阶段的微生物包括细菌、原生动物和真菌,统称水解与发酵细菌,大多数为专性厌氧菌,也有不少兼性厌氧菌;
参与厌氧消化第二阶段的微生物是一群极为重要的菌种——产氢产乙
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