談一談汙泥脫水的乾溼平衡法計算

固液分離裝置產生的汙泥是水處理過程的副產物，包括篩餘物、沉泥、浮渣和剩餘汙泥等。汙泥體積約佔處理水量的

0。3%~0。5%

左右，如水進行深度處理，汙泥量還可能增加

0。5~1

倍。是使汙泥減量、穩定、無害化及綜合利用。汙泥含水率：汙泥中所含水分的重量與汙泥總重量之比的百分數稱為汙泥含水率。壓濾機的過濾面積選型主要是的依據就是根據物料的脫水前的含固率（原漿的含固率）和脫水後的含固率的濃縮比，而“固相物“恆等不變的原理，即：乾溼平衡法：

1)

引數設定:

原漿（處理前的懸浮液）體積為：V

1

（M

3

）

原漿含固率（幹灰）：δ

1

（%）

濾餅含固率：δ

2

（%）

濾餅的體積：V

2

（m

3

）

過濾濃縮比：Δ=δ

1

（%）÷δ

2

（%）

壓濾機單位容積：v（ 15L/ m

2

）

壓濾機的過濾速度：s（L/h×m

2

）

壓濾機過濾面積：M（m

2

）

壓濾機的過濾週期：T

2

）公式計算：

∵ V

2

（m

3

） ×δ

2

（%）= V

1

（m

3

） ×δ

1

（%）

∴ V

2

（m

3

）= V

1

（M

3

） ×δ

1

（%）÷δ

2

（%）=V

1

（M

3

） ×Δ

即：濾餅的體積=原漿的體積×濃縮比

∵ 濾餅的體積V

2

（M

3

） ÷壓濾機單位容積v（ 0。015 M

3

/ m

2

）=過濾面積M（m

2

）

∴ 過濾週期T=濾餅的體積V

2

（M

3

） ÷壓濾機的過濾速度s（M

3

/h×m

2

）÷過濾面積M（m

2

）

即：過濾週期=濾餅體積×過濾面積÷過濾速度

1、

汙泥中水的存在形式有：空隙水，顆粒間隙中的遊離水，約

70%

，可透過重力沉澱（濃縮壓密）而分離；毛細水，是在高度密集的細小汙泥顆粒周圍的水，由毛細管現象而形成的，約

20%

，可透過施加離心力、負壓力等外力，破壞毛細管表面張力和凝聚力的作用力而分離；顆粒表面吸附水和內部結合水，約

10%

。表面吸附水是在汙泥顆粒表面附著的水分，起附著力較強，常在膠體狀顆粒，生物汙泥等固體表面上出現，採用混凝方法，透過膠體顆粒相互絮凝，排除附著表面的水分；內部結合水，是汙泥顆粒內部結合的水分，如生物汙泥中細胞內部水分，無機汙泥中金屬化合物所帶的結晶水等，可透過生物分離或熱力方法去除。

通常含水率在

85%

以上時，汙泥呈流態；

65%~85%

時呈塑態；低於

60%

時則呈固態。

2、

汙泥體積、重量及所含固體物濃度之間的關係：

V

1

/V

2

=W

1

/W

2

=

（

100-p

2

）

/

（

100-p

1

）

=C

2

/C

1

（

8-1

）

式中：

p

1

、

V

1

、

W

1

、

C

1

——汙泥含水率為

p

1

時的汙泥體積、重量與固體物濃度；

p

2

、

V

2

、

W

2

、

C

2

——汙泥含水率為

p

1

時的汙泥體積、重量與固體物濃度；

說明：式（

8-1

）適用於含水率大於

65%

的汙泥。因含水率低於

65%

以後，體積內出現很多氣泡，體積與重量不在符合式（

8-1

）的關係。

例題

8-1

：汙泥含水率從

97。5%

降低至

95%

時，求汙泥體積。

解：由式（

8-1

）

V

2

= V

1

（

100-p

1

）

/

（

100-p

2

）

= V

1

（

100-97。5

）

/

（

100-95

）

=

（

1/2

）

V

1

可見汙泥含水率從

97。5%

降低至

95%

時，汙泥體積減少一半。

揮發性固體（或稱灼燒減重）和灰分（或稱灼燒殘渣）：揮發性固體近似地等於有機物含量；灰分表示無機物含量。

可消化程度：表示汙泥中可被消化降解的有機物數量。

消化物件：汙泥中的有機物。一部分是可被消化降解的（或稱可被氣化，無機化）；另一部分是不易或不能被消化降解的，如脂肪、合成有機物等。

消化程度的計算公式：

R

d

=［1-

（

p

V2

p

S1

）

/

（

p

V1

p

S2

）

］

×

100

（

8-2

）

式中：

R

d

——可消化程度，

%

；

p

S1

、

p

S2

——分別表示生汙泥及消化汙泥的無機物含量，

%

；

p

V1

、

p

V1

——分別表示生汙泥及消化汙泥的有機物含量，

%

。

消化汙泥量的計算公式：

V

d

= V

1

（

100-p

1

）

/

（

100-p

d

）

［

（

1- p

V1

/100

）

+ p

V1

/100

（

1- R

d

/100

）

］

（

8-3

）

式中：

V

d

——消化汙泥量，

m

3/

d

；

p

d

——消化汙泥含水率，

%

，取周平均值；

V

1

——生汙泥量，

m

3/

d

；

p

1

——生汙泥含水率，

%

，取周平均值；

p

V1

——生汙泥有機物含量，

%

；

R

d

——可消化程度，

%

，取周平均值；

溼汙泥比重與幹汙泥比重：

溼汙泥重量等於汙泥所含水分重量與幹固體重量之和。溼汙泥比重等於溼汙泥重量與同體積的水重量之比值。幹固體物質包括有機物（即揮發性固體）和無機物（即灰分）。確定溼汙泥比重和幹汙泥比重，對於濃縮池的設計、汙泥運輸及後續處理，都有實用價值。

經綜合簡化後，溼汙泥比重（γ）和幹汙泥比重（γ

s

）的計算公式分別為：

γ

=

（

100

γ

s

）

/［

γ

s

p+

（

100-p

）

］

（

8-4

）

或γ

=25000/［250p+

（

100-p

）（

100+1。5p

V

）

］

（

8-8

）

γ

s

=250/

（

100+1。5p

V

）

（

8-7

）

式中：γ——溼汙泥比重；

γ

s

——汙泥中幹固體物質平均比重，即幹汙泥比重；

p

——溼汙泥含水率，

%

；

p

V

——汙泥中有機物含量，

%

；

（

1

）汙泥量計算

1

初次沉澱汙泥量和二次沉澱汙泥量的計算公式：

V=100C

0

η

Q/1000

（

100-p

）ρ

（

8-9

）

式中：

V

——初次沉澱汙泥量，

m

3

/d

；

Q

——汙水流量，

m

3

/d

；

η——去除率，

%

；（二次沉澱池η以

80%

計）

C

0

——進水懸浮物濃度，

mg/L

；

P

——汙泥含水率，

%

；

ρ——沉澱汙泥密度，以

1000kg/m

3

計。

2

剩餘活性汙泥量的計算公式：

Q

s

=

Δ

X/fX

r

（

4-113

）

式中：

Q

s

——每日從系統中排除的剩餘汙泥量，

m

3

/d

；

Δ

X

——揮發性剩餘汙泥量（乾重），

kg/d

；

f=MLVSS/MLSS

，生活汙水約為

0。75

，城市汙水也可同此；

X

r

——迴流汙泥濃度，

g/L

。

3

消化汙泥量的計算公式：見公式（

8-3

）。

（

2

）汙水處理廠幹固體物質平衡：

汙水處理廠內部存在著固體物質的平衡問題，透過固體物質的平衡計算，有助於汙泥處理系統的設計與管理。汙水處理廠固體物質平衡的典型計算，

設原汙水懸浮物

X

0

為

100

，初次沉澱池懸浮物去除率以

50%

計，二次沉澱池去除率以

80%

計，懸浮物總去除率總去除率為

90%

。各處理構築物固體回收率為：濃縮池為

r

1

=90%

；消化池為

r

2

=80%

；懸浮物減量為

r

g

=30%

；機械脫水為

r

3

=95%

（預處理所加混凝劑的固體量略去不計）。因此其平衡式為：

進入汙泥濃縮池的懸浮物量：

X

1

=

Δ

X+X

R

（

8-10

）

X

R

=X

ˊ

2

+ X

ˊ

3

+ X

ˊ

4

（

8-11

）

式中：

X

1

——進入濃縮池的固體物量；

Δ

X

——初次沉澱池排泥的懸浮物量加二次沉澱池剩餘汙泥中的懸浮物量；

X

R

——等於濃縮池上清液含有的懸浮物量

X

ˊ

2

，消化池上清液懸浮物量

X

ˊ

3

，機械脫水上清液懸浮物量

X

ˊ

4

的總和。

進入消化池的懸浮物量：

X

2

= X

1

r

1

（

8-12

）

濃縮池上清液懸浮物量：

X

ˊ

2

= X

1

（

1- r

1

）

（

8-13

）

消化池懸浮物減量：

G= X

2

r

g

= X

1

r

1

r

g

（

8-14

）

進入機械脫水裝置的懸浮物量：

X

3

=

（

X

2

-G

）

r

2

（

8-15

）

消化池上清液懸浮物量：

X

ˊ

3

=

（

X

2

-G

）（

1- r

2

）

（

8-16

）

脫水泥餅固體物量：

X

4

= X

3

r

3

機械脫水上清液含有的懸浮物量：

X

ˊ

4

= X

3

（

1- r

3

）

（

8-17

）

迴流至沉砂池前的上清液中所含懸浮物總量：

X

R

=X

ˊ

2

+ X

ˊ

3

+ X

ˊ

4

= X

1

（

1- r

1

r

g

-r

1

r

2

r

3+

r

1

r

2

r

3

r

g

）

（

X

1

- X

R

）

/ X

1

= r

1

r

g

+r

1

r

2

r

3-

r

1

r

2

r

3

r

g

=

Δ

X/ X

1

X

1

=

Δ

X/ r

1

［r

g

+r

2

r

3

（

1-r

g

）

］

（

8-18

）

（

3

）設計要點：

小型汙水處理廠採用方形或圓形間歇式濃縮池；大、中型汙水處理廠採用豎流式和輻流式連續式濃縮池；間歇式濃縮池的主要設計引數是水力停留時間，停留時間由試驗確定。時間過短，濃縮效果差；過長會造成汙泥厭氧發酵。無試驗資料時，可按

12~24h

設計。當以濃縮後的溼汙泥作肥料時，汙泥濃縮和貯存可採用方或圓形溼汙泥池，有效水深採用

1~1。5m

，池底坡

0。01

，坡向一端。

連續式濃縮池的主要設計引數有：固體通量和水力負荷。有效水深採用

4m

，豎流式有效水深按沉澱部分的上升流速不大於

0。1mm/s

進行復核。池容積按濃縮

10~16h

核算。當採用定期排泥時，兩次排泥間隔可取

8h

。

濃縮池的上清液應回送初沉池或調節池重新處理。

（

4

）設計計算：

濃縮池表面積

F

：選定固體通量，計算濃縮池表面積

F

ˊ

S

，與用水力負荷計算的濃縮池表面積

F

ˊ

W

進行比較，取其大者。

按固體通量，計算濃縮池表面積

F

ˊ

s

（

m

2

）：

F

ˊ

s

=Q

ω

/q

s

按水力負荷計算的濃縮池表面積

F

ˊ

w

（

m

2

）：

F

ˊ

w

=Q/q

w

則

F=max

（

F

ˊ

s

，

F

ˊ

w

）

式中：

Q

——汙泥量，

m

3

/d

；

ω——汙泥含固量，

kg/m

3

；

q

s

——選定的固體通量，

kg/

（

m

2

。d

）；

q

w

——水力負荷，

m

3

/

（

m

2

。d

）；

濃縮池有效池容

W

和停留時間

t

：根據確定的池表面積

F

，計算濃縮池的有效容積

W

ˊ，根據

W

ˊ複核汙泥在池中停留時間

t

ˊ。若

t

ˊ大於

10~16h

，則修定固體通量，重新計算上述各值，最終確定濃縮池設計表面積

F

、有效容積

W

和停留時間

t

。

計算有效容積

W

ˊ（

m

3

）：

W

ˊ=Fh

2

複核停留時間

t

ˊ（h）：

t

ˊ=

W

ˊ/Q

式中：h

2

——有效水深，m。

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