在活性污泥工艺中,为维持生物系统的稳定,每天需不断有剩余污泥排出。它们主要由两部分构成,一是由降解有机物BOD所产生的污泥增殖,二是进水中不可降解及惰性悬浮固体的沉积。因此,剩余干污泥量可以用式(1)计算:
ΔX=(Y1+Kdθc)Q(BODi-BODo)+fPQ(SSi-SSo)(1)
式中ΔX———系统每日产生的剩余污泥量, kgMLSS/d;
Y———污泥增殖率,即微生物每代谢1kgBOD所合成的MLVSSkg数; 0.6
Kd———污泥自身氧化率,d-1; 0.08
θc———污泥龄(生物固体平均停留时间),d;
Y1+Kdθc———污泥净产率系数,又称表观产率(Yobs);
Q———污水流量,m3/d;
BODi,BODo———进、出水中有机物BOD浓度,kgBOD/m3;
fP———不可生物降解和惰性部分占SSi 的百分数;
SSi,SSo———进、出水中悬浮固体SS浓度,kgSS/m3。
德国排水技术协会(ATV)制订的城市污水设计规范中给出了剩余污泥量的计算表达式[1]。此式与式(1)本质相同,只是更加细致,考虑了活性污泥代谢过程中的惰性残余物(约占污泥代谢量的10%左右)及温度修正。综合污泥产率系数YBOD(以BOD计,包含不可降解及惰性SS沉积项)写作:
YBOD=0 6×(1+SSiBODi)-(1-fb)×0 6×0 08×θc×FT1+0 08×θc×FT(2)
FT=1 702(T-15)(3)
式中fb———微生物内源呼吸形成的不可降解部分,取值0 1;
FT———温度修正系数。
比较(1),(2)两式,可知在ATV标准中动力学参数Y,Kd分别取值0．6和0．08d-1,进水中不可降解及惰性悬浮固体(fP部分)占总进水SS的60%。由于剩余污泥中挥发性部分所占比例与曝气池中MLVSS与MLSS的比值大体相当,因此剩余干污泥量也可以表示成下式:
ΔX=YobsQ(BODi-BODo)f(4)
式中f=MLVSSMLSS;其他符号意义同前。
式(4)与式(1)是一致的,均需确定Yobs。
1)在活性污泥工艺设计中,正确估算剩余污泥量非常重要,为此需解决两方面的问题:一是确定污泥产率系数Yobs;另一是确定进水SS中不可降解及惰性悬浮固体的比例。
(2)对传统活性污泥法,可根据已有规范及资料给定的Y,Kd值,计算Yobs;对不设初沉池的活性污泥变型工艺,Yobs会随MLVSS/MLSS比值显著变化,变化范围为0 3～1 0。可见,根据来水水质情况,通过调整排泥,可明显影响污泥产率。
(3)若城市污水处理厂不设初沉池,在设计时,Yobs取值介于0 3～0 6之间,且需控制MLVSS/MLSS比值在0 6以下。
(4)对于城市污水,原水SS中不可降解及惰性悬浮固体的比例,在设计中可取50%,经初沉池后,通常降至30%左右。
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。
（1）确保水处理的效果，防止二次污染；
（2）使容易腐化发臭的有机物稳定化；
（3）使有毒有害物质得到妥善处理或利用；
（4）使有用物质得到综合利用，变害为利。
（1）按成分不同分：
污泥：以有机物为主要成分。其主要性质是易于腐化发臭，颗粒较细，比重较小（约为1.02~1.006），含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。
沉渣：以无机物为主要成分。其主要是颗粒较粗，比重较大（约为2左右），含水率较低且易于脱水，流动性差。沉砂池与某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。
（2）按来源不同分：
初次沉淀污泥（也称生污泥或新鲜污泥）：来自初次沉淀池。
剩余活性污泥（也称生污泥或新鲜污泥）：来自活性污泥法后的二次沉淀池。
腐殖污泥（也称生污泥或新鲜污泥）：来自生物膜法后的二次沉淀池。
消化污泥（也称熟污泥）：生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后的污泥。
化学污泥（也称化学沉渣）：用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物。例如，用混凝沉淀法去除污水中的磷；投加硫化物去除污水中的重金属离子；投加石灰中和酸性污水产生的沉渣以及酸、碱污水中和处理产生的沉渣等均称为化学污泥。
（3）城市污水厂污泥的特性见表8-1
表8-1 城市废水厂污泥的性质和数量
| 污泥种类 | 污泥量 g/（L.d） | 含水率 % | 相对密度 | 比阻 s2/g |
| 沉砂池沉渣 | 0.03（L/m3） | 60 | 1.5 | |
| 初沉池污泥 | 14~25 | 95~97.5 | 1.015~1.02 | （1.31~2.11）×1010 |
| 活性污泥法污泥 | 7~19 | 96~98 | 1.02 | 2.80×1010 |
| 生物膜法污泥 | 10~21 | 99.2~99.6 | 1.005~1.008 |
1初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量的计算公式：
0ηQ/1000（100-p）ρ （8-9）
式中：V——初次沉淀污泥量，m3/d；
——污水流量，m3/d；
η——去除率，%；（二次沉淀池η以80%计）
0——进水悬浮物浓度，mg/L；
——污泥含水率，%；
ρ——沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。
剩余活性污泥量的计算公式：
s=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，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）
R=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= X1（1- 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-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= X3 r3
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
1=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，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 | 1 | 1 |
| 驳船输送 | 0.82~1.30 | 2.60~4.00 | 6 |
| 卡车输送 | 2.25~7.00 | 27.0~34.0 | 30 |
（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1.1m/s，上临界速度约为1.4 m/s。污泥压力管道的最小设计流速为1.0~2.0 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 | |
| 机械脱水 | 真空吸滤法 | 真空转鼓、真空转盘等 | 60~80 | 泥饼状 |
| 压滤法 | 板框压滤机 | 45~80 | 泥饼状 | |
| 滚压带法 | 滚压带式压滤机 | 78~86 | 泥饼状 | |
| 离心法 | 离心机 | 80~85 | 泥饼状 | |
| 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 | |
（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，动力消耗小；运行费用低，操作简便 | 占地面积较大；浓缩效果较差，浓缩后污泥含水率高；易发酵产生臭气 | 主要用于浓缩初沉污泥；初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥 |
| 气浮浓缩法 | 占地面积小；浓缩效果较好，浓缩后污泥含水率较低；能同时去除油脂，臭气较少 | 占地面积、运行费用小于重力浓缩法；污泥贮存能力小于重力浓缩法；动力消耗、操作要求高于重力浓缩法 | 主要用于浓缩初沉污泥；初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。特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；处理能力大；浓缩后污泥含水率低，全封闭，无臭气发生 | 专用离心机价格高；电耗是气浮法的10倍；操作管理要求高 | 目前主要用于难以浓缩的剩余活性污泥和场地小，卫生要求高，浓缩后污泥含水率很低的场合 |
（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1~1.5m，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。
（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；
s——选定的固体通量，kg/（m2.d）；
w——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。
（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。
（1）原理：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1.005），生物过滤法污泥（相对密度1.025），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0.1%，可回流到污水处理厂的入流泵房。
（4）设计计算：（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：
（1）原理：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。
（2）适用条件：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 | 优点 | 缺点 | 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；管理水平要求较高 | 废水处理厂，规模不限；多采用中温消化 |
| 好氧 | 中小规模时，投资少、上清液中BOD、SS、NH4-N均低于厌氧消化，操作管理简便；消化池中不加温，不产生臭气 | 供氧消耗的能量大，运行费用高；消化污泥脱水性能差，有机物分解率较低 | 中小规模废水处理厂，特别适用于无初沉池的好氧生物污水处理厂 |
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——产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌；参与厌氧消化第三阶段的微生物是甲烷菌——甲烷发酵阶段的主要细菌，属于绝对的厌氧菌。
（2）厌氧消化的影响因素：
影响厌氧消化的主要因素有温度、生物固体停留时间（污泥龄）与负荷、搅拌和混合、营养与C/N比、氮的守恒与转化、有毒物质、酸碱度、PH值和消化液的缓冲作用等。
（3）厌氧消化池池形：
厌氧消化池池形，（见P361 图8-26）。圆柱形，池径一般为6M~35M，池总高与池径之比取0.8~1.0，池底、池盖倾角一般取15°~20°，池顶集气罩直径取2M~5M，高1M~3M。蛋形一般用于大型消化池，容积可达到10000M3以上，搅拌充分、均匀，无死角，污泥不会在池底固结；池内污泥的表面积小，即使生成浮渣，也容易清除；在池容相等的条件下，池子总表面积比圆柱形小，故散热面积小，易于保温；蛋形的结构与受力条件最好，如采用钢筋混凝土结构，可节省材料；防渗水性能好，聚集沼气效果好。
（4）厌氧消化池的构造与设计：
消化池的构造主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备，搅拌设备及加温设备等。
投配、排泥：
溢流系统：保持沼气室压力恒定。常用的形式有倒虹管式、大气压式和水封式等。
沼气的收集与贮气设备：
搅拌设备：使池内污泥温度与浓度均匀，防止污泥分层或形成浮渣层，缓冲池内碱度，从而提高污泥分解速度。主要有泵加水射器搅拌、联合搅拌法和沼气搅拌。
加温设备：加温的目的是维持消化池的消化温度（中温或高温），使消化能有效地进行。加温的方法有用热水或蒸汽直接通入消化池或通入设在消化池内的盘管进行间接加温。（计算见P3~366）
消化池的容积计算：为了防止检修时全部污泥停止厌气处理，消化池数量应两座或两座以上。
消化池的有效容积V=Sv/S
式中：Sv——新鲜污泥中挥发性有机物重量，kg/d；
S——挥发性有机物负荷，中温消化用0.6~1.5kg/（m3.d），高温消化用2.0~2.8 kg/（m3.d）；
V——消化池的有效容积，m3。
（5）厌氧消化的应用：
两级厌氧消化，根据消化过程沼气产生的规律进行设计。目的是节省污泥加温与搅拌所需的能量。P367例题8-7
两相厌氧消化，根据消化机理进行设计。目的是使各相消化池具有更适合于消化过程三个阶段各自的菌种群生长繁殖的环境。
（6）消化池的运行与管理：
消化污泥的培养与驯化：逐步培养法、一次培养法。
正常运行的化验指标：
正常运行的控制参数：新鲜污泥投配率、消化温度、搅拌时间、排泥效果和沼气气压等。
消化池发生异常现象时的管理：表现在产气量下降，上清液水质恶化等。
（1）好氧消化的机理：利用微生物的内源呼吸作用分解有机物。
（2）好氧消化池的构造：（见P373 图8-33）
（3）设计参数：
水力停留时间（20℃下），剩余活性污泥10~15d；剩余活性污泥+初沉污泥15~25d。
污泥浓度，为达到消化池内的充分混合和必要的溶解氧浓度，浓缩污泥浓度在2%~3%。浓缩池的固体负荷不应超过24~49 kg/（m2.d）。消化池的挥发性固体负荷1.6~4.8 kgVSS/（m3.d）。
污泥温度，好氧消化为放热反应，池内温度稍高于入池污泥温度，大致为20~25℃。当温度低于20℃时，水力停留时间将大为延长，PH值随之下降。
需氧量，分解污泥中有机物的需氧量约为2kgO2/kgVSS，为保持混合液1~2mg/L的氧浓度，充气量按15~20L/min.m3MLSS和20~40L/min.m3池容计算。扩散装置采用大气泡曝气器，氧转移率5%~8%。
池型和池数，采用分格式矩形池或圆形池。池数不少于两座。矩形池有效水深3~5m，长和水深比取1~2。超高（防泡）0.9~1.2m。
搅拌所需能量，用机械曝气器20~40W/m3。
（4）好氧消化池容积（V）计算：V=Q0X0/（m3）
式中：Q0——进入好氧消化池生污泥量，m3/d；
0——污泥中原有生物可降解挥发性固体浓度，g.VSS/L；
——有机负荷，kg.VSS/（m3.d），取0.38~2.24 kg.VSS/（m3.d）。
（5）好氧消化需空气量的计算：
好氧消化所需空气量应满足两方面的需要：其一是满足细胞物质自身氧化所需，当活性污泥进行好氧消化时，满足自身氧化需气量为0.015~0.02m3/（min.m3），当为初次沉淀污泥与活性污泥混合时，满足自身氧化需气量为0.025~0.03 m3/（min.m3）；其二是满足搅拌混合需气量，当为活性污泥时，需气量为0.02~0.04 m3/（min.m3），当为混合污泥时，需气量为不少于0.06 m3/（min.m3）。
可见，后者大于前者，故工程设计中，以满足搅拌混合所需空气量计算。
（1）沼气的性质：
厌氧消化产生的沼气，可称为生物能，是一种无色气体，主要成分CH4，CO2，并含有少量的H2S，CH4的燃烧值为35000~40000kj/m3，沼气的燃烧值随CH4含量而异。
（2）沼气的主要用途：
沼气可作为家庭生活燃料，每日每人约需1.5m3；作为锅炉燃料，加温消化池污泥；作为化工原料，沼气中CO2可制造干冰，CH4可制CCl4或炭黑；利用沼气发电并利用冷却水与锅炉废气加温污泥。
（3）沼气的净化：
沼气净化主要包括脱硫、除湿和过滤。
脱硫：沼气作为能源利用时，要求H2S的浓度低于0.015%（合0.188g/m3），否则对输气管道、利用设备（如锅炉、沼气发动机等）有腐蚀作用。方法有干式脱硫、湿式脱硫和用水喷淋洗脱等。
除湿：水分与沼气中的H2S产生氢硫酸腐蚀管道和设备；水分凝聚在检查阀、安全阀、流量计、调节器等设备的膜片和隔膜上影响其准确性；水分能增大管路的气流阻力；水分能降低沼气的热值。采用的方法是在管道低点设凝水器，冷凝水定期排除。
过滤：沼气中常携带一些杂质，尤其在消化池运行初期或消化状态不稳定时杂质较多。因此进入内燃机前一般应采取过滤措施。滤网可设在沼气管路上，一些发动机在设备内部也设有滤网，应定期清洗。
（1）机械脱水前的预处理：
预处理的目的是改善污泥脱水性能，提高机械脱水效果与机械脱水设备的生产能力。预处理的方法有化学调节法、热处理法、冷冻法及淘洗法等。
（2）机械脱水的基本原理：
其基本原理是以过滤介质两面的压力差作为推动力，使污泥水分被强制通过过滤介质，形成滤液；而固体颗粒被截留在介质上，形成滤饼。
造成压力差推动力的方法有：依靠污泥本身厚度的静压力（如干化场脱水）；在过滤介质的一面造成负压（如真空吸滤脱水）；加压污泥把水分压过介质（如压滤脱水）；造成离心力（如离心脱水）。
（3）机械脱水的方法：
机械脱水的方法有真空吸滤法、压滤法和离心法等。
（1）主要构筑物是干化场：
干化场分为自然滤层干化场和人工滤层干化场。
自然滤层干化场适用于自然土质渗透性能好，地下水位低的地区；人工滤层干化场在干燥、蒸发量大的地区，采用由沥青或混凝土铺成的不透水层而无滤水层的干化场，依靠蒸发脱水。
（2）自然干化的机理：
干化场脱水主要依靠渗透、蒸发与撇除。影响干化场脱水的因素有气候条件和污泥性质等。
（3）干化场的设计：
干化场设计的主要内容是确定总面积与分块数。
干化场的总面积决定于面积污泥负荷——单位干化场面积每年可接纳的污泥量。面积负荷的数值与当地气候及污泥性质有关。
干化场的分块数，为了使每次排入干化场的污泥有足够的干化时间，并能均匀地分布在干化场上以及铲除泥饼的方便，干化场的分块数最好大致等于干化天数，如干化天数为8天，则分为8块，每次排泥用1块。每块干化场的宽度与铲泥饼的机械与方法有关，一般用6~10米。
表8-11 各种脱水方法的比较
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用范围 | |
| 机械脱水 | 板框压滤机： 间歇脱水 液压过滤 | 滤饼含固率高；固体回收率高；药品消耗少，滤液清澈 | 间歇操作，过滤能力较低；基建设备投资大 | 其他脱水设备不适用的场合；需要减少运输、干燥或焚烧费用；降低填埋用地的场合 |
| 带式压滤机： 连续脱水 机械挤压 | 机器制造容易，附属设备少，投资、能耗较低；连续操作，管理简便，脱水能力大 | 聚合物价格贵，运行费用高；脱水效率不及板框压滤机 | 特别适合于无机性污泥的脱水；有机粘性污泥脱水不适宜采用 | |
| 离心机： 连续脱水 离心力作用 | 基建投资少，占地少；设备结构紧凑；不投加或少加化学药剂；处理能力大且效果好；总处理费用较低；自动化程度高，操作简便、卫生 | 国内目前多采用进口离心机，价格昂贵；电力消耗大；污泥中含有砂砾，易磨损设备；有一定噪声 | 不适于密度差很小或液相密度大于固相的污泥脱水 | |
| 自然干化 | 污泥干化床； 间歇运行 自然蒸发和渗透 | 基建费用低，设备投资少；操作简便，运行费用低，劳动强度大 | 占地面积大、卫生条件差；受污泥性质和气候影响大 | 用于渗透性能好的污泥脱水；气候比较干燥的地区，多雨地区不宜建于露天；用地不紧张或环境卫生条件允许的地区 |
适用于各种有机污泥和废液。焚烧是彻底的处理方法，可回收热量，但其设备投资和运行费用较大。一般，当脱水污泥有利用价值时才采用干燥；对难以利用和脱水的污泥，或当填埋等处置受到时，才采用焚烧。
表8-14 污泥加热干燥器的比较
| 种类 | 热空气温度℃ | 干燥时间MIN | 干化污泥含水率% | 尾气臭味 | 尾气含灰 | 干燥器构造 | 占地 |
| 回转窑干燥器 | 120~540 | 30~32 | 10~20 | 较低 | 低 | 较简单 | 较大 |
| 多层干燥器 | — | — | 8~10 | 较低 | 低 | 复杂 | 中 |
| 急聚干燥器 | 110~530 | <1 | 10 | 较低 | 高 | 较简单 | 小 |
| Sevar干燥器 | 80~150 | 50~80 | 5~10 | 低 | 无 | 简单 | 大 |
| 种类 | 燃烧温度℃ | 尾气污染 | 间歇运行时的启动时间H | 炉子寿命A | 维修次数 次/A | 炉子结构 | 设备投资% | 占地 |
| 回转窑 | 700~800 | 有 | 2~4 | 5 | 1 | 较复杂 | 100 | 100 |
| 多层炉 | 760~870 | 有 | 2~4 | 10 | 2~3 | 复杂 | 50 | 70~75 |
| 流化床 | 700~850 | 无 | 立即 | 15 | 0 | 简单 | 35 | 55~65 |
回转圆筒式干燥器，根据干燥介质与污泥在干燥器中流动方向有并流式、逆流式和错流式三种。见P397图8-53
急聚干燥器，属于上升流干燥装置，热能可充分回收，排气可被焚烧脱臭，占地紧凑，热效率高，干燥强度大。见P397图8-54
带式干燥器，由成型器和带式干燥器两部分组成，可作为污泥制造肥料的设备。见P398图8-55
1）焚烧的原因：
当污泥不符合卫生要求，有毒物质含量高，不能作为农副业利用；卫生要求高，用地紧张的大、中城市；污泥自身的燃烧热值高，可以自燃并利用燃烧热量发电；与城市垃圾混合焚烧并利用燃烧热量发电。
（2）分类：
完全焚烧，是指污泥所含水分被完全蒸发、有机物被完全焚烧，焚烧的最终产物是CO2，H2O，N2等气体及焚烧灰的燃烧现象。焚烧设备主要有回转焚烧炉、立式多段炉及流化床焚烧炉。见P400-401图8-56，8-57，8-58
不完全焚烧（湿式燃烧），是经浓缩后的污泥（含水率约96%），在液态下加温加压、并压入压缩空气，使有机物被氧化去除，从而改变污泥结构与成分，脱水性能大大提高。湿式燃烧对污泥中所含有机物及还原性无机物的去除效果，用氧化度（%）表示。氧化度=（湿式燃烧前、后COD值之差）/湿式燃烧前的COD。根据湿式燃烧所要求的氧化度，反应温度、压力的不同，可分为高温高压氧化法、中温中压氧化法及低温低压氧化法。湿式燃烧的工艺装置，见P403图8-59
污泥中含有大量病原菌、病虫卵和病毒，在污泥处理时，可能直接或间接接触人体造成感染，因此需对污泥进行经常性或季节性的消毒。
表8-13 传染病菌，病虫卵与病毒的致死温度与时间
| 种类 | 致死温度℃ | 所需时间min | 种类 | 致死温度℃ | 所需时间min |
| 蝇蛆 | 51 | 1 | 猪丹毒杆菌 | 50 | 15 |
| 蛔虫卵 | 50~55 | 5~10 | 猪瘟病虫 | 50~60 | 迅速 |
| 钩虫卵 | 50 | 3 | 口蹄疫菌 | 60 | 30 |
| 蛲虫卵 | 50 | 1 | 畜病虫卵与幼虫 | 50~60 | 1 |
| 痢疾杆菌 | 60 | 10~20 | 二化螟虫 | 60 | 1 |
| 伤寒杆菌 | 60 | 10 | 谷象 | 50 | 5 |
| 霍乱菌 | 55 | 30 | 小豆象虫 | 60 | 4 |
| 大肠杆菌 | 55 | 60 | 小麦黑穗病菌 | 54 | 10 |
| 结核杆菌 | 60 | 30 | 稻热病菌 | 51~54 | 10 |
| 炭疽杆菌 | 50~55 | 60 | 病毒 | 70 | 25 |
巴氏消毒法：有直接和间接加温两种消毒方法。操作简单，效果好，但成本较高，热源可用污泥气，消毒后的污泥余热可回收用于预热待消毒的污泥以降低耗热量。
石灰稳定法：投加消石灰调节污泥的PH值，使PH值达到11.5，持续2小时可杀灭传染病菌，并有防腐与抑制气味的产生。
加氯消毒法：成本低，操作简单，但加氯后，会与污泥中的H+产生HCl，使PH值急剧降低并可能产生氯胺。HCl会溶解污泥中的重金属使污泥水的重金属含量增加。
污泥肥料：生污泥肥料，熟污泥肥料，污泥与化肥的复合肥料；污泥堆肥，分污泥单独堆肥，污泥与垃圾合并堆肥。
污泥饲料：污泥垃圾和污泥与粮食的混合饲料，污泥养殖蚯蚓，提炼动物用维生素B12。
干污泥颗粒：发电厂燃料掺合料，污泥干馏，提取焦油焦炭、燃料油和燃气等。
污泥燃烧灰：水泥添加剂，污泥砂，污泥砾石，污泥砖、污泥陶粒等建筑材料。
污泥细菌蛋白：制造蛋白塑料，胶合生化纤维板等。
污泥气：燃料，动力燃料，制造四氯化碳，氢氰酸，有机玻璃树脂，甲醛等化工产品。
污泥填埋：生熟污泥填埋，污泥焚化灰填埋。
污泥投海
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