污泥干化污水處理

朱來(lái)松，袁勁梅，趙 珍

(中電環(huán)保股份有限公司，江蘇 南京 210008)

隨著污水處理量的飆升，污泥量顯著增加。我國(guó)污泥2015年3820萬(wàn)t，2016年4104萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2020年超過(guò)5000萬(wàn)t[1-2]。污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，利用價(jià)值顯現(xiàn)，污泥的高含水率是制約污泥處理技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵[3]。目前污泥處置常用方法是填埋、堆肥和焚燒[4]，污泥因重金屬等有害物質(zhì)含量較高，污泥堆肥存在問(wèn)題，污泥的不穩(wěn)定性導(dǎo)致污泥填埋時(shí)無(wú)法堆高造成用地過(guò)大和土地資源日趨緊張等問(wèn)題[5]，焚燒法[6]因具有減量化、資源化等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為主流方式。污泥焚燒通常需要先進(jìn)行污泥脫水或熱干化等前處理以提高污泥的熱值。

污泥干化采用熱能蒸發(fā)水分，大幅減少污泥體積、存儲(chǔ)、處置成本，可去除病原體[7]。由于干化過(guò)程中微生物裂解，脂肪、蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)質(zhì)水解，揮發(fā)性物質(zhì)釋放，使污水中含有大量的氨氮和揮發(fā)性有機(jī)物[8]、重金屬、油脂，不能直接排入污水處理廠，由污泥干化點(diǎn)自行處理，達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)回用或納管標(biāo)準(zhǔn)后排入市政管網(wǎng)。

目前，污泥干化及其資源化利用頗受關(guān)注，隨著我國(guó)污泥干化的專(zhuān)業(yè)化、規(guī)模化，污泥干化污水單獨(dú)處理后回用或達(dá)標(biāo)排放已成趨勢(shì)。不同的污泥干化污水含有的污染物不同[9]，作為一類(lèi)特殊污水，其生物處理技術(shù)應(yīng)用鮮有報(bào)道。根據(jù)污泥干化污水的生化性，可以采用A/O、氧化溝、SBR等工藝進(jìn)行處理。

本文以市政、印染、藥渣生化污泥三種污泥干化產(chǎn)生的污水為例，介紹利用改良A/O工藝處理取得的效果及經(jīng)濟(jì)性分析，為污泥的規(guī)模化資源利用提供依據(jù)。

1 項(xiàng)目情況

1.1 污水水質(zhì)與水量

市政、印染、藥渣生化污泥干化產(chǎn)生的污水水質(zhì)如表1所示。

表1 污泥干化污水水質(zhì)

1.2 工藝流程及說(shuō)明

1.2.1 市政污泥干化項(xiàng)目

污泥干化污水經(jīng)混凝沉淀后至調(diào)節(jié)池，泵送至生化系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置了預(yù)缺氧池，與AO2、二沉池組成了改良的生化系統(tǒng)。二沉池出水收集于清水池，水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)供系統(tǒng)和企業(yè)回用。

1.2.2 印染污泥干化項(xiàng)目

污水經(jīng)混凝沉淀至調(diào)節(jié)池，泵送至兩段AO，經(jīng)二沉池、濾布濾池后至清水池，系統(tǒng)出水達(dá)到GB19923《城市污水再利用工業(yè)用水水質(zhì)》回用水標(biāo)準(zhǔn)，部分回用，其余排入市政管網(wǎng)。

1.2.3 藥渣污泥干化項(xiàng)目

污水經(jīng)絮凝沉淀、氣浮后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，泵送至設(shè)有水解酸化和兩段回流的AO改良生化系統(tǒng)，經(jīng)二沉池、濾布濾池后進(jìn)入清水池，出水達(dá)到GB19923《城市污水再利用工業(yè)用水水質(zhì)》工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)，部分回用，其余排入市政管網(wǎng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 市政污泥干化污水處理

工藝流程：污水→混凝沉淀→調(diào)節(jié)池→預(yù)缺氧池→缺氧池→1#好氧池→2#好氧池→二沉池。處理水量約183 m3/d，硝化液回流比為150%，污泥回流比為70%，投加片堿50 kg/d，PAC50 kg/d。

圖1～3為系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)，進(jìn)水COD最高2527 mg/L，最低1510 mg/L，進(jìn)水氨氮最高302 mg/L，最低224 mg/L，進(jìn)水總氮最高323 mg/L，最低241 mg/L，進(jìn)水C/TN為4.9～9.9，污水水質(zhì)變化大，但出水指標(biāo)波動(dòng)不大， COD<50 mg/L，氨氮<1 mg/L，總氮<15 mg/L，出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，COD、氨氮、總氮的平均去除率分別為97.8%、99.6%、95.7%。圖4為水溫和水量，水溫最高42℃，最低21℃，最高水量245 m3/d，最低115 m3/d，水溫、水量波動(dòng)較大。系統(tǒng)在水溫、水質(zhì)、水量波動(dòng)較大的情況下出水相對(duì)較穩(wěn)定。

圖1 進(jìn)出水 COD

圖2 進(jìn)出水氨氮

圖3 進(jìn)出水總氮

圖4 水溫和水量

表2為市政污泥干化污水處理水量9.25 m3/ h、進(jìn)水COD 1971 mg/L、氨氮 302 mg/L、總氮 323 mg/L、硝化液回流量15 m3/h、污泥回流量7 m3/h工況下，系統(tǒng)各設(shè)備出水指標(biāo)。由表可知，因污泥、硝化液回流，預(yù)缺氧池內(nèi)污染物濃度有所降低；預(yù)缺氧池對(duì)COD、氨氮、總氮均有去除作用，這與預(yù)缺氧池的生物選擇器作用相吻合，活性污泥在此消耗硝化液中剩余溶解氧[9]發(fā)生硝化、同時(shí)使介質(zhì)缺氧而發(fā)生反硝化反應(yīng)；缺氧池內(nèi)反硝化降低總氮的同時(shí)，降低了氨氮，很有可能發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)；系統(tǒng)的總氮脫除率達(dá)到96.28%，遠(yuǎn)超過(guò)此工況下理論脫氮效率70.4%，說(shuō)明系統(tǒng)硝化反應(yīng)徹底，脫氮過(guò)程存在同步硝化與反硝化、厭氧氨氧化綜合反應(yīng)。

表2 市政污泥干化污水各設(shè)備出水水質(zhì)

2.2 印染污泥干化污水處理

工藝流程：污水→絮凝沉淀池→調(diào)節(jié)池→一段缺氧池→一段好氧池→二段缺氧池→二段好氧池→二沉池，當(dāng)處理量為456 m3/d，硝化液回流比為350%，污泥回流比為105%，片堿投加175 kg/d， PAC 35 kg/d。

圖5～7為系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)，進(jìn)水COD最高1206 mg/L，最低630 mg/L， 氨氮最高207mg/L，最低154 mg/L， 總氮最高246 mg/L，最低195 mg/L，進(jìn)水平均COD 842 mg/L，氨氮180 mg/L，總氮219 mg/L，C/N在2.7～6.1內(nèi)，污水水質(zhì)同樣變化較大。圖8為水溫和水量，溫度最高43℃，最低20℃，水量最高480 m3/d，最低288 m3/d，污水的水溫、水量波動(dòng)也較大，但出水COD<55 mg/L，氨氮<3 mg/L，總氮<45 mg/L，且出水較穩(wěn)定，平均除率分別為94.41%、98.88%、84.01%。該系統(tǒng)在水溫、水質(zhì)、水量波動(dòng)較大、不外加碳源的情況下出水達(dá)到了GB/T19923工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 進(jìn)出水COD

圖6 進(jìn)出水氨氮

圖7 進(jìn)出水總氮

圖8 水溫和水量

表3為印染污泥干化污水處理水量19 m3/h、COD 780 mg/L、氨氮 200 mg/L、總氮 237 mg/L、硝化液回流量67 m3/h、污泥回流量20 m3/h的工況下各設(shè)備出水水質(zhì)。因污泥回流和硝化液回流，缺氧池內(nèi)COD為211 mg/L，氨氮為50 mg/L，總氮為78 mg/L。由表3可知，1#缺氧池對(duì)總氮的去除率低于對(duì)氨氮去除率，說(shuō)明在1#缺氧池內(nèi)回流硝化液溶解氧使部分氨氮發(fā)生了硝化反應(yīng)，消耗多余氧之后才進(jìn)行反硝化過(guò)程；1#好氧池對(duì)氨氮去除率較低，可能是1#好氧池內(nèi)高COD濃度使異養(yǎng)細(xì)菌大量繁殖，影響了硝化細(xì)菌的硝化；一段AO對(duì)COD、氨氮、總氮的去除率分別為54.5%、57.6%、41%，脫氮效率80.93%低于此工況下理論計(jì)算的脫氮效率82.07%，二段A/O對(duì)COD、氨氮、總氮的去除率分別為41.67%、90%、21.74%，二段AO對(duì)降COD、氨氮有較好的脫除效果。

表3 印染污泥干化污水各設(shè)備池出水水質(zhì)

2.3 藥渣生化污泥污水處理

工藝流程：污水→混凝沉淀→氣浮→水解酸化池→1#缺氧池→1#好氧池→2#缺氧池→2#好氧池→二沉池。其水質(zhì)有機(jī)物高，色度高，異味重，有毒害物質(zhì)多，成分復(fù)雜[10]，難降解。采用沉淀、氣浮去除懸浮物和油類(lèi)，經(jīng)水解酸化后，需要補(bǔ)充源碳來(lái)滿足脫氮。處理量為60 m3/d，每天需要投加乙酸鈉25 kg，磷酸二氫鉀14.6 kg，PAC 12.5 kg，PAM 1.5 kg。

圖9～11為系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)，進(jìn)水COD最高4380 mg/L，最低2310 mg/L，氨氮最高378 mg/L，最低210 mg/L，總氮最高409 mg/L，最低245 mg/L，平均進(jìn)水COD、氨氮、總氮為3157、304、336 mg/L，均高于市政污泥、印染污泥的干化污水，C/N在6.1～16.6內(nèi)，水質(zhì)波動(dòng)很大。圖12為水溫和水量，污水溫度最高41℃，最低23℃，水量最高100 m3/d，最低50 m3/d，水溫、水量波動(dòng)較大，但出水COD<60 mg/L、氨氮<5 mg/L、總氮<30 mg/L，COD、氨氮、總氮的平均去除率為98.41%、99.34%、94.04%，系統(tǒng)在水質(zhì)、水溫、水量波動(dòng)情況下出水相對(duì)較穩(wěn)定，達(dá)到GB/T19923工藝與產(chǎn)品用水標(biāo)準(zhǔn)。

圖9 進(jìn)出水COD

圖10 進(jìn)出水氨氮

圖11 進(jìn)出水總氮

圖12 溫度和水量

表4為藥渣生化污泥污水處理水量2 m3/h、進(jìn)水COD 2985 mg/L、氨氮 343 mg/L、總氮 374 mg/L、硝化液回流量5 m3/h、污泥回流量2 m3/h工況下各設(shè)備出水水質(zhì)。表中一段AO對(duì) COD、氨氮、總氮的去除率分別為80.72%、75.31%、58.92%，二段A/O對(duì)COD、氨氮、總氮的去除率分別為50%、81%、21.7%，一段AO脫氮效率87.04%，超過(guò)了對(duì)應(yīng)的理論脫氮計(jì)算值77.78%，1#缺氧池消耗余氧降解COD的同時(shí)可能發(fā)生了短程硝化與反硝化反應(yīng)；1#好氧池很好地降解了COD、氨氮；水解酸化池促進(jìn)了生化性差的藥渣生化污泥污水系統(tǒng)一段AO的生化能力，同時(shí)自身對(duì)部分COD、氨氮、總氮也有降解作用。

表4 藥渣污泥干化污水各設(shè)備出水水質(zhì)

2.4 成本分析

表5為三種污泥干化污水處理的運(yùn)行成本。表中市政污泥干化污水的運(yùn)行成本最低，印染污泥次之，藥渣生化污泥的成本最高。

表5 三種污泥干化污水處理系統(tǒng)加藥量及運(yùn)行成本

注：葡萄糖參考價(jià)格為3200元/t，磷酸二氫鉀參考價(jià)格6500元/t，PAC參考價(jià)格3200元/t，片堿參考價(jià)格4560元/t，PAM參考價(jià)格8000元/t。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

由圖1～12可知，污泥干化污水水質(zhì)隨污泥的性質(zhì)不同而不同，進(jìn)水水溫、COD、氨氮、總氮、C/N 2.9～15.7波動(dòng)大，水量隨污泥量的變化而變化，但出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，這主要是系統(tǒng)中設(shè)置了能容納晝夜的調(diào)節(jié)池、預(yù)缺氧池、水解酸化池、二段回流AO等設(shè)備及運(yùn)行參數(shù)調(diào)整的改良生化系統(tǒng)；市政污泥干化污水雖然COD、氨氮、總氮較印染污泥干化污水高，但總氮與氨氮的差值較印染污泥、藥渣污泥干化污水低，采用帶預(yù)缺氧池的AO2系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、總氮平均去除率高于印染污泥和藥渣生化污泥采用二段回流AO系統(tǒng)，說(shuō)明市政污泥干化污水的可生化性要強(qiáng)于印染污泥、藥渣污泥干化污水，預(yù)缺氧池對(duì)提高脫氮效率起較大作用；藥渣污泥干化污水處理系統(tǒng)中的一段AO對(duì)COD、氨氮、總氮的去除率高于印染污泥干化水處理系統(tǒng)，且脫氮效率高于對(duì)應(yīng)工況下的理論值，說(shuō)明可生化性較差的藥渣污泥干化污水處理系統(tǒng)的水解酸化池起到了促進(jìn)作用。

由于污泥干化污水水量、水溫、水質(zhì)、C/N波動(dòng)較大，即使有調(diào)節(jié)池緩沖作用，還是有波動(dòng)，采用SBR工藝調(diào)整水力停留時(shí)間和污泥濃度等條件可以使出水合格，但運(yùn)行人員應(yīng)具有較強(qiáng)的污水處理知識(shí)、觀察能力及豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且系統(tǒng)需適應(yīng)較高頻率調(diào)整。對(duì)于這種波動(dòng)較大的工況，只可通過(guò)設(shè)計(jì)耐沖擊、自動(dòng)化程度較高的系統(tǒng)來(lái)完成，從目前實(shí)際運(yùn)行結(jié)果判斷，改良AO工藝具有較高的適應(yīng)性。

3.2 結(jié)論

(1)對(duì)于水質(zhì)、水量、水溫波動(dòng)較大的污泥干化污水處理系統(tǒng)，設(shè)置調(diào)節(jié)池是必要的，不同種類(lèi)的污泥干化污水處理需要差異化設(shè)計(jì)，但自動(dòng)化程度較高的改良AO工藝可以達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)；

(2)市政污泥干化污水處理采用改良AOO系統(tǒng)，出水可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；

(3)生化性較差的污泥干化污水處理需設(shè)水解酸化池，改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)靈活調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。