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谈一谈污泥脱水的干湿平衡法计算
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谈一谈污泥脱水的干湿平衡法计算

作者:周世建    发布时间:2023-09-21 08:58:30     浏览次数 :


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固液分离设备产生的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。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。压滤机的过滤面积选型主要是的依据就是根据物料的脱水前的含固率(原浆的含固率)和脱水后的含固率的浓缩比,而“固相物“恒等不变的原理,即:干湿平衡法:

1) 参数设定:

原浆(处理前的悬浮液)体积为:V1(M3)

原浆含固率(干灰):δ1(%)

滤饼含固率:δ2(%)

滤饼的体积:V2(m3)

过滤浓缩比:Δ=δ1(%)÷δ2(%)

压滤机单位容积:v( 15L/ m2)

压滤机的过滤速度:s(L/h×m2

压滤机过滤面积:M(m2)

压滤机的过滤周期:T

2)公式计算:

∵ V2(m3) ×δ2(%)= V1(m3) ×δ1(%)

∴ V2(m3)= V1(M3) ×δ1(%)÷δ2(%)=V1(M3) ×Δ

即:滤饼的体积=原浆的体积×浓缩比

∵ 滤饼的体积V2(M3) ÷压滤机单位容积v( 0.015 M3/ m2)=过滤面积M(m2)

∴ 过滤周期T=滤饼的体积V2(M3) ÷压滤机的过滤速度s(M3/h×m2)÷过滤面积M(m2)

即:过滤周期=滤饼体积×过滤面积÷过滤速度

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: p1V1W1C1——污泥含水率为p1时的污泥体积、重量与固体物浓度

       p2V2W2C2——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= V1100-p1/100-p2= V1100-97.5/100-95=1/2V1

可见污泥含水率从97.5%降低至95%时,污泥体积减少一半。

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。

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= V1100-p1/100-pd[1- pV1/100+ pV1/1001- 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;

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 /[γs p+100-p]                                8-4

或γ=25000/[250p+100-p)(100+1.5pV]                    8-8

γs=250/100+1.5pV                                          8-7

式中: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,%

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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/1000100-p)ρ               8-9

式中:V——初次沉淀污泥量,m3/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

式中: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0.75,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,

设原污水悬浮物X0100,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

式中: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= X1 r1                            8-12

浓缩池上清液悬浮物量:Xˊ2= X11- r1                    8-13           

消化池悬浮物减量:G= X2rg= X1 r1rg                          8-14              

进入机械脱水设备的悬浮物量:X3=X2-Gr2                              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= X3 r3                                                                   

机械脱水上清液含有的悬浮物量:Xˊ4= X31- 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   = X11- r1rg-r1r2r3+r1r2r3rg

             X1- XR/ X1= r1rg+r1r2r3-r1r2r3rg=ΔX/ X1

              X1=ΔX/ r1[rg+r2r31-rg]                      8-18          

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。

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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Fˊsm2):Fˊs=Qω/qs

按水力负荷计算的浓缩池表面积Fˊwm2):Fˊw=Q/qw

    F=maxFˊsFˊw

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/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

       式中:h2——有效水深,m。

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