1、污 泥 浓 缩污泥处理系统产生的污泥，含水率很高，体积很大，输送、处理或处置都不方便。污泥浓缩可使污泥初步减容，使其体积减小为原来的几分之一，从而为后续处理或处置带来方便。首先，经浓缩之后，可使污泥管的管径减小，输送泵的容量减小。浓缩之后 采用消化工艺时，可减小消化池容积，并降低加热量；浓缩之后直接脱水，可减少脱水机台数，并降低污泥调质所需的絮凝剂投加量。 污泥浓缩使体积减小的原因，是浓缩将污泥颗粒中的一部分水从污泥中分离出来。从微观看，污泥中所含的水分包括空隙水、毛细水、吸附水和结合水四部分，如图 1 所示。空隙水系指存在于污泥颗粒之间的一部分游离水，占污泥中总含水量的 6585%之间；污泥
2、浓缩可将绝大部分空隙水从污泥中分离出来。毛细水系指污泥颗粒之间的毛细管水，约占污泥中总含水量的 1525%之间；浓缩作用不能将毛细水分离， 必须采用自然干化或机械脱水进行分离。吸附水系指吸附在污泥颗粒上的一部分水分，由于污泥颗粒小，具有较强的表面吸附能力，因而浓缩或脱水方法均难以使吸附水与污泥颗粒分离。结合水是颗粒内部的化学结合水，只有改变颗粒的内部结构，才可能将结合水分离。吸附水和结合水一般占污泥总含水量的 10%左右，只有通过高温加热或焚烧等方法，才能将这两部分水分离出来。 污泥浓缩主要有重力浓缩，气浮浓缩和离心浓缩三种工艺形式。国内目前以重力浓缩为主， 但随着氧化沟、A 2/O 等污水处
3、理新工艺的不断增多，气浮浓缩和离心浓缩将会有较大的发展。事实上，这两种浓缩方法在国外早已有了非常成熟的运行实践经验。 一、重力浓缩工艺 1.工艺原理及过程 重力浓缩本质上是一种沉淀工艺，属于压缩沉淀。浓缩前由于污泥浓度很高，颗粒之间彼此接触支撑。浓缩开始以后，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出界面，颗粒之间相互拥挤得更加紧密。通过这种拥挤积压缩过程，污泥浓度进一步提高， 从而实现污泥浓缩。 污泥浓缩一般采用圆形池，如图 1 所示。进泥管一般在池中心，进泥点一般在池深一半处。排泥管设在池中心底部的最低点。上清液自液面池周的溢流堰溢流排出。较大的浓缩池一般都设有污泥浓缩机，如图 2
4、所示。污泥浓缩机系一底部带刮板的回转式刮泥机。底部污泥刮板可将污泥刮至排泥斗，便于排泥。上部的浮渣刮 板可将浮渣刮至浮渣槽排出。刮泥机上装设一些栅条，可起到助浓作用。主要原理是， 随着刮泥机转动，栅条将搅拌污泥，有利于空隙水与污泥颗粒的分离。对浓缩机转速的要求不像二沉池和初沉池那样严格，一般可控制在 14r/h，周边线速度一般控制在 14m/min。浓缩池排泥方式可用泵排，也可直接重力排泥。后续工艺采用厌氧消化时，常用泵排，因可直接将排除的污泥泵送至消化池。 2.工艺控制 (1)进泥量的控制 对于某一确定的浓缩池和污泥种类来说，进泥量存在一个最佳控制范围。进泥量太大，超过了浓缩能力时，会导致上
5、清液浓度太高，排泥浓度太低，起不到应有的浓缩效果；进泥量太低时，不但降低处理量，浪费池容，还可导致污泥上浮，从而使浓缩不能顺利进行下去。污泥在浓缩池发生厌气分解，降低浓缩效果表现为两个不同的阶段:当污泥在池中停留时间较长时，首先发生水解酸化，使污泥颗粒粒径变小，比重减轻，导致浓缩困难；如果停留时间继续延长，则可厌氧分解或反硝化，产生 C02和 H2S 或 N2，直接导致污泥上浮。浓缩池进泥量可由下式计算:Qi=qsA/Ci (1)式中，Q i为进泥量(m 3/d)；C i为进泥浓度(kg/m 3)；A 为浓缩池的表面积(m 2)；q s为固体表面负荷kg/ (m 2d)。 固体表面负荷 qs系
6、指浓缩池单位表面积在单位时间内所能浓缩的干固体量。也的大小与污泥种类及浓缩池构造和温度有关系，是综合反映浓缩池对某种污泥的浓缩能力的一个指标。温度对浓缩效果的影响体现在两个相反的方面:当温度较高时，一方面污水容易水解酸化(腐败)，使浓缩效果降低；但另一方面，温度升高会使污泥的粘度降低，使颗粒中的空隙水易于分离出来，从而提高浓缩效果。在保证污泥不水解酸化的前提下，总的浓缩效果将随温度的升高而提高。综上所述，当温度在 1520时，浓缩效果最佳。初沉污泥的浓缩性能较好，其固体表面负荷 qs一般可控制在 9015Okg/(m 2d)的范围内。活性污泥的浓缩性能很差，一般不宜单独进行重力浓缩。如果进行重
7、力浓缩，则应控制在低负荷水平，q s一般在 103Okg/(m 2d)之间。常见的形式是初沉污泥与活性污泥混合后进行重力浓缩，其 qs取决于二种污泥的比例。如果活性污泥量与初沉污泥量在 1:22:1 之间，q s可控制在 258Okg/(m 2d)，常在 607Okg/(m 2d)之间。即使同一种类型的污泥，q s值的选择也因厂而异，运行人员在运行实践中，应摸索出本厂的 qs最佳控制范围。 由式(1)计算确定的进泥量还应当用水力停留时间进行核算。水力停留时间计算如下:T=V/Qi=AH/Qi (2)式中，A 为浓缩池的表面积(m 2)；H 为浓缩池的有效水深，通常指直墙深度(m)。 水力停留时
8、间一般控制在 1230h 范围内。温度较低时，允许停留时间稍长一些； 温度较高时，不应使停留时间太长，以防止污泥上浮。 【实例计算】 某处理厂的污水处理系统每天产生含水率为 98%的混合污泥 1500m3。该厂污泥处理系统中有 4 座直径为 14m、有效水深为 4m 的圆形重力浓缩池。 该厂在运行中发现固体表面负荷宜控制在 7Okg /(m2d)左右。试计算该厂需投运的浓缩池数量及每池的进泥量，并对水力停留时间进行核算。 【解】浓缩池的面积 A=3.1477=154m2，浓缩池的有效容积 V=1544=615m3。污泥的含水率为 98%，则含固量为 2%，C i=20kg/m3。将 A、C i
9、及 qs值代人式(1)， 得每座浓缩池的进泥量Qi=70154/20=540m3/d将 V 和 Qi代人式(2)，得水力停留时间T=615/540=1.13d=27h2.020045/（50020）=90%90%F=(500-200)/500=60%经计算可知，该浓缩效果较好。污泥被浓缩了 2.25 倍，有 90%的污泥固体随排泥进入后续污泥处理系统，只有 10%的污泥固体随上清液流失。经浓缩之后，60%的上清液中携带10%的固体从污泥中分离出来。(3)排泥控制 浓缩池有连续和间歇两种运行方式。连续运行是指连续进泥连续排泥，这在规模较大的处理厂比较容易实现。小型处理厂一般只能间歇进泥并间歇排泥
10、，因为初沉池只能是间歇排泥。连续运行可使污泥层保持稳定，对浓缩效果比较有利。无法连续运行的处理厂应“勤进勤排”，使运行尽量趋于连续，当然这在很大程度上取决于初沉池的排泥操作。不能做到“勤进勤排”时，至少应保证及时排泥。一般不要把浓缩池作为储泥池使用，虽然在特殊情况下它的确能发挥这样的作用。每次排泥一定不能过量，否则排泥速度会超过浓缩速度，使排泥变稀，并破坏污泥层。 3.日常维护管理 浓缩池的日常维护管理，包括以下内容: (1)由浮渣刮板刮至浮渣槽内的浮渣应及时清除。无浮渣刮板时，可用水冲方法，将浮渣冲至池边，然后清除。 (2)初沉污泥与活性污泥混合浓缩时，应保证两种污泥混合均匀，否则进入浓缩池
11、会由于密度流扰动污泥层，降低浓缩效果。 (3)温度较高，极易产生污泥厌氧上浮。当污水生化处理系统中产生污泥膨胀时，丝状菌会随活性污泥进入浓缩池，使污泥继续处于膨胀状态，致使无法进行浓缩。对于以上情况，可向浓缩池入流污泥中加入 Cl2、KMnO 4、0 3、H 202等氧化剂，抑制微生物的活动，保证浓缩效果。同时，还应从污水处理系统中寻找膨胀原因，并予以排除。 (4)在浓缩池入流污泥中加入部分二沉池出水，可以防止污泥厌氧上浮，提高浓缩效果，同时还能适当降低恶臭程度。 (5)浓缩池较长时间没排泥时，应先排空清池，严禁直接开启污泥浓缩机。 (6)由于浓缩池容积小，热容量小，在寒冷地区的冬季浓缩池液面
12、会出现结冰现象。此时应先破冰并使之溶化后，再开启污泥浓缩机。 (7)应定期检查上清液溢流堰的平整度，如不平整应予以调节，否则导致池内流态不均匀，产生短路现象，降低浓缩效果。 (8)浓缩池是恶臭很严重的一个处理单元，因而应对池壁、浮渣槽、出水堰等部位定期清刷，尽量使恶臭降低。 (9)应定期(每隔半年)排空彻底检查是否积泥或积砂，并对水下部件予以防腐处理。 4.异常问题分析与排除 现象一:污泥上浮。液面时泡逸出，且浮渣量增多。其原因及解决对策如下:(1)集泥不及时。可适当提高浓缩机的转速，从而加大污泥收集速度。(2)排泥不及时。排泥量太小，或排泥历时太短。应加强运行调度，做到及时排泥。(3)进泥量
13、太小，污泥在池内停留时间太长，导致污泥厌氧上浮。解决措施之一是加Cl2、0 3等氧化剂，抑制微生物活动，措施之二是尽量减少投运池数，增加每池的进泥量，缩短停留时间。(4)由于初沉池排泥不及时，污泥在初沉池内已经腐败。此时应加强初沉池的排泥操作。现象二:排泥浓度太低，浓缩比太小。其原因及解决对策如下:(1)进泥量太大，使固体表面负荷 qs增大，超过了浓缩池的浓缩能力。应降低入流污泥量。(2)排泥太快。当排泥量太大或一次性排泥太多时，排泥速率会超过浓缩速率，导致排泥中含有一些未完成浓缩的污泥。应降低排泥速率。(3)浓缩池内发生短流。能造成短流的原因有很多，溢流堰板不平整使污泥从堰板最. 较低处短路
14、流失，未经过浓缩，此时应对堰板予以调节。进泥口深度不合适，入流挡板，或导流筒脱落，也可导致短流，此时可予以改造或修复。另外，温度的突变、入流污泥含固量的突变或冲击式进泥，均可导致短流，应根据不同的原因，予以处理。5.分析测量与记录(1)分析项目如下:含水率(含固量):浓缩池进泥和排泥，每天 3 次，取瞬时样BOD 5：浓缩池上清液，每天 1 次，取连续混合样SS:浓缩池上清液，每天 3 次，取瞬时样TP:浓缩池上清液，每天 1 次，取连续混合样(2)测量项目如下:温度:进泥及池内污泥流量:进泥量与排泥量(3)计算项目如下:计算并记录 qs、T、f、F(二)气浮浓缩工艺1.工艺原理及过程初沉污泥
15、的比重平均为 1.021.03，污泥颗粒本身的比重约为 1.31.5，因而初沉污泥易于实现重力浓缩。活性污泥的比重约在 1.O1.005 之间，活性污泥絮体本身的比重约在 1.O1.01，泥龄越长，其比重越接近于 1.0。当处于膨胀状态时，其比重甚至会小于1.0。因而活性污泥一般不易实现重力浓缩。针对活性污泥絮体不易沉淀的特点，可顺其自然，设法使之上浮，以实现浓缩，此即为气浮浓缩工艺的基本原理。向污泥中强制溶入气体，气体产生的大量微小气泡附着在污泥絮体的周围，使其比重小于 1.0，从而使污泥絮体强制上浮，更好地实现了污泥的浓缩。常用的气浮工艺为加压溶气气浮系统，其流程如图 3 所示。气浮浓缩池
16、分离出的上清液(实际为下清液) 进入贮存池，部分清液排至污水处理系统进行处理，另外一部分被加压泵抽取加压。加压后的污水在管路内与空压机压人的空气混合之后，进入溶气罐。在溶气罐内，空气将大部分溶入污水中。溶气后的污水与进入的污泥在管道内混合后进入气浮池。入池后， 由于压力剧减，溶气会形成大量的细微气泡，这些气泡将附着在污泥絮体上，使絮体随之一起上升。升至液面的絮体大量积累后形成浓缩污泥，从而实现了污泥的浓缩。常用链条式刮泥机将污泥刮至积泥槽，然后进入脱气池搅拌脱气。脱气的目的是将污泥中的溶气全部释放出来，否则会干扰后续的厌氧消化或脱水。气浮池有矩形和圆形两种，泥量较少时常采用矩形池，泥量较大时常
17、采用圆形辐流气浮池。对于含固量在 0.5%左右的活性污泥，经气浮浓缩后含固量可超过 4%。由于气浮池中的污泥含有溶解氧，因而其恶臭要较重力浓缩低得多。另外，好氧消化后的污泥重力浓缩性很差，也可用气浮浓缩工艺进行泥水分离，对于氧化沟或硝化等大泥龄工艺所产生的剩余活性污泥，气浮浓缩的优势将更加突出。2.工艺控制(1)进泥量控制 在运行管理中，必须控制进泥量。如果进泥量太大，超过气浮浓缩系统的浓缩能力，则排泥浓度将降低；反之，如果进泥量太小，则造成浓缩能力的浪费。进泥量可用下式计算: Qi=qsA/Ci (6)式中，q s为气浮池的固体表kg/(m 2d)；A 为气浮池表面积(m 2)；C i为入流
18、污泥浓度(kg/m3)。当浓缩活性污泥时，q s一般在 50120kg/(m 2d)范围内，其值与活性污泥的 SVI 值等性质有关系。q s可由实验确定，也可在运行实践中得出适合本厂污泥的负荷值。(2)气量的控制气量控制将直接影响排泥浓度的高低。一般来说，溶入的气量越大，排泥浓度也越高，但能耗也相应增高。气量可用下式计算:Qa=QiCiA/(S/) (7)式中，Q i和 Ci分别为入流污泥的流量和浓度； 为空气容重(kg/m 3)，与温度有关，见表 1；A/S 为气浮浓缩的气固比，系指单位重量的干污泥量在气浮浓缩过程中所需要的空气重量。 A/S 值与要求的排泥浓度有关系，A/S 越大排泥浓度越
19、高。空气在水中的溶解度及容重(1atm) 表 1温度（） 溶解氧(m 3/m3) 容重(kg/m 3)0 0.0288 1.25210 0.0226 1.20620 0.0187 1.16430 0.0161 1.12740 0.0142 1.092对于活性污泥，A/S 一般在 0.010.04 之间。A/S 值与污泥的性质关系很大，当活性污泥的 SVI350 时，即使 A/S0.06，也不可能使排泥含固量超过 2%。当 SVI 在 100 左右时，污泥的气浮浓缩效果最好。表 2 为不同的 A/S 值对应的排泥浓度。处理厂可通过试验或运行实际，并针对后续处理工艺对浓缩的要求，确定出适合本厂情况
20、的 A/S 值。 不同气固比 A/S 对应的排泥浓度(SVI=100) 表 2气固比 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.040排泥浓度(%) 1.5 2.0 2.8 3.3 3.8 4.5(3)加压水量控制 加压水量应控制在合适范围内。水量太少，溶不进气体，不能起到气浮效果；水量太多，不仅能起升高，也可能影响细气泡的形成。加压水量可由下式计算:Qw=(QiCiA/S)/Cs(P-1) (8) 式中，Q w为加压水量(m 3/d)；Q i为入流污泥量(m 3/d)；C i为入流污泥的浓度(kg/m 3)；Cs为 1 大气压下空气在水中的饱合溶解度(kg/m 3)；P
21、 为溶气罐的压力，一般控制在35atm； 为溶气效率，即加压水的饱和度，与压力有关系，在 35abn 下，可一般在5080%之间。 (4)水力表面负荷的控制 通过以上各步确定了进泥量、空气量及加压水量之后，还应对气浮池进行水力表面负荷的核算。水力表面负荷 qh可用下式计算:qh=(Qi+Qw)/A (9)式中，Q i和 Qw分别为入流污泥和加压水的流量(m 3/d)；A 为气浮池的表面积(m 2)。对活性污泥，q h一般应控制在 120m3/(m2d)以内，q h如果太高，使上清液的固体浓度明显升高。另外，污泥在气浮池内的停留时间也影响浓缩效果。停留时间 T 可计算如下:T=AH/(Qi+Qw
22、) (10)式中，H 为气浮池的有效深度(m)；其它参数同前。对活性污泥，要得到较好的气浮浓缩效果，一般应控制 T20min。【实例计算】某处理厂设有 4 座气浮浓缩池，每座池的尺寸为BLH=12m3m4m。该厂污水处理产生的剩余活性污泥含固量为 0.5%，欲将其浓缩至 4%，则气浮池的固体表面负荷 qs应为 8Okg/(m2d)，气固比 A/S 为 0.035，溶气罐内压力应保持在 4 个大气压，此时溶气效率可为 75%。试计算 20，剩余污泥产量为 1700m3/d 时，应投运的气浮池数量及每池的溶气量和加压水量。 【解】已有数据整理如下:Q i=1700m3/d，C i=0.5%=5kg
23、/m3，q s=8Okg/(m2d)，A/S=0.035，P=4atm，=75%，A=123=36m 2，H=4m。 查表 1，得 20时，=1.164kg/m 3，C s =1.1640.0187=0.02kg/m3将 Ci，A 和 qs值代入式(6)，得每池的允许进泥量。Qi=8036/5=576m3/d需投运气浮池的数量 n=1700/576=2.953 座将 Qi、C i、A/S、 代人式(7)，得每池所需溶气量Qa=57650.035/1.146=88m3/d将 Qi、A/S，C i、C s、P 值代入式(8)，得每池所需溶气水量 Qw=5760.0355/0.02(0.754-1)
24、=2520m3/d将 Qi、Q w、A 值代入式(9)，得水力表面负荷qh=(576+2520)/36=86m3/(m2d)20min因此，该厂需将 3 座气浮池投入运行，每池所需溶气量为 88m3/d，所需加压水量为2520m3/d。(5)刮泥控制运行正常的气浮池，液面之上会形成很厚的污泥层。污泥层厚度与刮泥周期有关，刮泥周期越长(即刮泥次数越少)，泥层越厚，污泥的含固量也越高。泥层厚度常在0.20.6m 之间，越往上层，含固量越高，平均含固量一般在 4%以上。一般情况下，泥层厚度增至 0.4m 时，即应开始刮泥。虽然使厚度增高，可继续提高含固量，但高含固量的污泥不易刮除。刮泥机的刮泥速度不
25、宜太快，一般应控制在 05m/min 以下。每次刮泥深度不宜太深，可浅层多次刮除。如果总泥层厚度为 0.4m，则刮至 0.2m 时即应停止，否则可使泥层底部的污泥，带着水分翻至表面，影响浓缩效果。入流污泥中的固体，并不全部被浮至表面，约有近 1/3 的泥量仍继续沉至气浮池底部，这部分主要是一些无机成分，包括沉砂池未去除的一些细小沉砂。一些不设初沉池的延时曝气工艺系统，例如氧化沟工艺，其产生的剩余活性污泥中，沉至气浮池底的污泥可能还会超过 1/3。由于以上原因，气浮池底部一般也必须设置刮泥机，将沉下的污泥及时刮除。3.异常问题的分析及排除现象一:气浮污泥的含固量太低。其原因及解决对策如下:(1)
26、刮泥周期太短，刮泥太勤，不能形成良好的污泥层，应降低刮泥频率，延长刮泥周期。(2)溶气量不足。溶气不足,导致气固比降低,因此气浮污泥的浓度也降低，应增大空压机的供气量。(3)入流污泥超负荷。入流污泥量太大或浓度太高，超过了气浮浓缩能力，应降低进泥量。(4)入流污泥 SVI 值太高。SVI 值为 100 左右时，气浮效果最好，这一点与重力浓缩是一致的。当 SVI 值大于 200 时，浓缩效果将降低。此时应采取的措施之一是向入流污泥中投入适量混凝剂，暂时保证浓缩效果；措施之二是从污水处理系统中寻找 SVI 值升高的原因，针对原因，予以排除。现象二:气浮分离清液含固量升高。正常运行时，分离液的 SS
27、 应在 500mg/L 之下，当超过 500mg/L 时，即属异常。其原因及解决对策如下:(1)超负荷。入流污泥量太多或含固量太高，超过了系统浓缩能力，应适当降低入流污泥量。(2)刮泥周期太长。如果长时间不刮泥，使气浮污泥层过厚，也将影响浓缩效果，导致分离液 SS 升高，此时应立即刮泥。 (3)溶气量不足。气固比太低，应增大溶入的气量。 (4)池底积泥，腐败酸化。池底的排泥常常得不到重视。池底积泥时间太长，会影响浓缩效果直接导致分离液 SS 升高，应加强池底积泥的排除。 4.分析测量与记录 (1)分析项目如下: 含水率(含固量):气浮池的进泥和排泥，每天数次瞬时样BOD 5:分离清液，每天 1
28、 次，取连续混合样 SS:分离清液，每天 3 次，取瞬时样(2)测量项目如下: 温度：环境温度和污泥温度流量:溶入每池的空气流量，加压水量，进泥量和排泥量 (3)计算项目如下: 计算并记录:q s、q h、S/A、T 等参数值 三、离心浓缩工艺 重力浓缩的动力是污泥颗粒的重力，气浮浓缩的动力是气泡强制施加到污泥颗粒上的浮力，而离心浓缩的动力是离心力。由于离心力是重力的 5003000 倍，因而在很大的重力浓缩池内要经十几小时才能达到的浓缩效果，在很小的离心机内就可以完成，且只需十几分钟。对于不易重力浓缩的活性污泥，离心机可借其强大的离心力，使之浓缩。活性污泥的含固量在 0.5%左右时，经离心浓缩，可增至 6%。离心浓缩过程封闭在离心机内进行，因而一般不会产生恶臭。对于富磷污泥，用离心浓缩可避免磷的二次释放，提高污水处理系统总的除磷率。离心浓缩工艺最早始 20 世纪 20 年代初，当时采用的是最原始的筐式离心机。后经过盘嘴式等几代更换，现在普遍采用的为卧螺式离心机。离心脱水也是一种常用的污泥脱水工艺，采用的离心机与用于浓缩的离心机的原理和形式基本一样，其差别在于离心浓缩机用于浓缩活性污泥时，一般不需加入絮凝剂调质，而离心脱水机则要求必须加入絮凝剂进行调质。当然，如果要求浓缩污泥含固量大于 6%，则可适量加入部分絮凝剂，以提高含固量；但切忌加药过量，否则易造成浓缩污泥泵送困难。
