二、污泥的浓缩
图7-1 污泥所含水分示意图
沉淀池中的沉淀污泥含水率高，通过浓缩可降低含水率和体积，有利于减轻后处理过程，如消化、脱水、干化和焚烧等的负担。污泥所含水分大致可分为以下四类：颗粒间隙水，存在于颗粒间隙中的，但不与污泥颗粒直接结合的水分，约占总水分的70%；毛细水，存在于高度密集细小污泥颗粒周围的水分，约占20%；污泥颗粒表面吸附水，具有较强附着力，吸附在污泥表面的水分，约占7%；颗粒内部水，存在于颗粒内部或微生物细胞内的水，约占3%，如图7-1所示。
降低含水率的方法有：浓缩法，主要去除污泥中的间隙水分，能显著降低污泥的体积；自然干化法和机械脱水法，主要脱除毛细水；干燥法与焚烧法，主要脱除吸附水与内部水。不同脱水方法的效果列于表7-1。
表7-1 不同脱水方法及脱水效果比较
污泥种类不同，浓缩后含水率也不同，一般活性污泥可降至97%～98%，初次沉淀污泥可降至85%～90%。污泥浓缩通常有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩三种，每种方法各有优、缺点（表7-2），需要时根据具体要求选择。
表7-2 各种浓缩方法的优、缺点
（一）重力浓缩法
重力浓缩法是应用最广、操作最简单的一种浓缩方法，该法与一般沉淀池相似，在重力作用下颗粒通过自由沉降、成层沉降、集合沉降、压缩沉降等形式，使污泥与水分离。根据运行方式不同，重力浓缩法可分为连续式和间歇式两种。重力浓缩池相应地也分为连续式和间歇式两种。前者主要用于大、中型污水处理厂，后者主要用于小型处理厂或工矿企业的污水处理。
连续式重力浓缩池的基本构造如图7-2所示，其工作原理为：污泥由中心进泥管1连续进泥，在竖向搅拌栅5的缓慢搅拌下，加快了污泥颗粒间的凝聚，破坏原有的网状结构，提高浓缩效果，浓缩的污泥通过刮泥机4集中到池子中心，污泥通过排泥管3排出，澄清水由溢流堰2溢出。
间歇式重力浓缩池设计原理同连续式，运行时，应首先排出浓缩池中的上层清液，然后再投入待浓缩处理的污泥，间歇式重力浓缩池浓缩时间一般为8～12h。间歇式重力浓缩池如图7-3所示。
图7-2 连续式重力浓缩池
1—中心进泥管 2—上清液溢流堰 3—排泥管 4—刮泥机 5—竖向搅拌栅
图7-3 间歇式重力浓缩池
1.浓缩池必须同时满足的条件
（1）上清液澄清。
（2）排出的污泥固体浓度达到设计要求。
（3）固体回收率高。
如果浓缩池的负荷过大，处理量虽然增加，但浓缩污泥的固体浓度低，上清液浑浊，固体回收率低，浓缩效果就差；相反，负荷过小，污泥在池中停留时间过长，可能造成污泥厌氧发酵，产生氮气与二氧化碳，使污泥上浮，同样使浓缩效果降低，往往需要加氯抑制气体的继续产生。
2.影响浓缩池浓缩的因素
（1）给泥量、温度等的控制。给泥量随污泥种类和浓缩池的不同而不同。给泥量太大，超过其浓缩能力，将导致上层清液固体浓度太高，排泥浓度太低，起不到应有的浓缩效果；给泥量太低时，浓缩池利用效率低下，且导致污泥上浮，使浓缩无法进行。(https://www.daowen.com)
给泥量与污泥种类、浓缩池结构和温度有关。初沉污泥的浓缩性能较好，其固体表面负荷qs较高，一般在90～150kg/（m2·d）；活性污泥的浓缩性能差，qs一般在10～30kg/（m2·d）；当初沉污泥与活性污泥混合后进行重力浓缩，其qs取决于两种污泥的比例，国内常控制在60～70kg/（m2·d）。
温度同样影响着浓缩效果。随着温度升高，污泥水解酸化加快，将导致污泥上浮，使浓缩效果降低；但随着温度上升污泥的黏度下降，有利于污泥间隙水的去除，使固体颗粒的沉降加快，从而提高浓缩效果。在防止污泥水解酸化的前提下，浓缩效果随温度升高而提高。
污泥的浓缩与水力条件有关，温度较低时，停留时间长一些；温度高时，停留时间短一些为宜，以防止污泥上浮。
（2）浓缩效果的测定。为了使浓缩池正常运行，应经常对浓缩效果进行测定，其主要指标有浓缩污泥的浓度、固体回收率和分离率三个指标。浓缩污泥的浓度，因废水处理方法不同、流入污泥浓度及季节变化而变动，一般在2%～5%；固体回收率，即浓缩固体量与流入固体之比，正常运行浓缩池在90%～95%，浓缩初沉污泥时应大于90%，浓缩初沉污泥和活性污泥混合污泥时应大于85%；分离率即浓缩池上清液溢流量占流入污泥量的百分比。
（3）搅拌速度和排泥控制。搅拌机的转数要兼顾集泥效果和搅拌效果，其最佳转数目前无法计算，只能由操作人员在运行实践中摸索得到。
连续运行的浓缩池应连续进泥、排泥，保持污泥层的稳定，提高浓缩效果。对来自于非连续排泥沉淀池的污泥，可通过提高进泥、排泥次数，使运行趋于连续。此外，浓缩池排泥要及时、均匀，以免影响浓缩效果。
（二）气浮浓缩法
密度大于1g/cm3的悬浮固体可以利用固体与水的密度差进行重力浓缩。在其他条件相同的前提下，一般固体与水的密度差越大，重力浓缩效果越好。初次沉淀污泥平均相对密度为1.02～1.03，污泥颗粒本身的相对密度为1.3～1.5，因而容易实现重力浓缩。对于相对密度接近于1的剩余污泥或相对密度小于1的膨胀污泥，则沉淀效果不佳，在此情况下，最好采用气浮浓缩法。气浮浓缩工艺流程如图7-4所示。
图7-4 气浮浓缩工艺流程
气浮浓缩法是利用高度分散的微小气泡作为载体去黏附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，从而实现固液或液液分离的过程。该装置主要由三部分组成，即压力溶气系统、溶气释放系统和气浮分离系统。压缩空气通过加压泵进入溶气罐，经过减压阀减压后从底部流入进水室。减压后的溶气水释放出大量稳定的微小气泡，并迅速吸附在污泥颗粒表面，从而使污泥颗粒由于密度下降而上浮。影响气体与固体颗粒黏着力的因素有以下几种。
（1）固体颗粒的形态、粒径及表面性质。
（2）气泡直径的大小。气泡的直径越小，附着在固体颗粒表面的气泡就越多。气浮就越易进行。进入气浮池后的污泥颗粒大部分由于上浮而在池表面形成浓缩污泥层，通过刮泥机刮出而去除。不能上浮的污泥颗粒则沉到池底，由池底排出。
气浮浓缩池主要设计参数有气固比、水力负荷和回流比等。气固比指气浮池中空气总质量与流入污泥中固体物质质量之比，一般采用0.01～0.04；水力负荷q的取值范围在1.0～3.6m3/（m2·h），一般用1.8m3/（m2·h）；回流比指溶气水量与处理泥量之比R，一般为20%～35%。
（三）离心浓缩法
离心浓缩法就是利用污泥中的固体、液体密度及惯性不同，在高速旋转的离心机中，由于受到离心力不同而得到分离。该法同样适合于轻质污泥。离心浓缩法由于污泥在机内停留时间短、出泥含固率高、占地面积小、工作场所卫生条件好，现在应用越来越广泛。但也存在耗电量大的缺点。
卧式螺旋浓缩机主要由转筒、螺旋输送器及空心轴组成。螺旋输送器与转筒由驱动装置分别传动，沿一个方向转动，但两者间有一个小速度差。需要浓缩的污泥通过污泥供给管，连续进入筒内，在转筒带动下高速旋转，并在离心力作用下，污泥在转筒内壁不断沉淀堆积，并在螺旋输送器作用下，泥饼从左端被排出，而分离液从另一端排出。
图7-5是笼形立式离心浓缩机结构示意图。铺有滤布的圆锥形笼框在电动机的驱动下旋转。污泥通过输泥管进入笼框底部，污泥中的水分通过滤布进入滤液室而排出。污泥中的悬浮固体被滤布截留而浓缩。浓缩后的污泥由于离心力的作用沿笼框壁向上，进入浓缩室再排出。该机具有离心和过滤双重作用，大幅提高了过滤效率，实现了浓缩装置小型化，减少了占地面积。
衡量浓缩器的性能指标如下。
（1）浓缩系数。浓缩污泥浓度与入流污泥固体浓度的比值。
（2）分流率。清液流量与入流污泥流量的比值。
（3）固体回收率。浓缩污泥中固体物总量与入流污泥中固体物总量的比值。
图7-5 笼形立式离心浓缩机
