南方典型城市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)影響因素研究

寇曉嬌 李一川 朱佳

摘要：全面系統(tǒng)梳理近幾年南方典型城市水質(zhì)凈化廠污泥產(chǎn)泥系數(shù)，結(jié)合分析其宏觀和微觀影響因素，掌握影響因素與產(chǎn)泥系數(shù)的關(guān)聯(lián)理論，并應(yīng)用該理論對(duì)水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥情況進(jìn)行個(gè)性化診斷評(píng)估，提出水質(zhì)廠污泥精細(xì)化管理的對(duì)策和建議。

關(guān)鍵詞：污泥產(chǎn)泥系數(shù)、進(jìn)水濃度、提質(zhì)增效、提標(biāo)改造、處理工藝

Abstract： This paper comprehensively and systematically combs the sludge production coefficient of water purification plants in typical southern cities in recent years， analyzes its macro and micro influencing factors， grasps the correlation theory between influencing factors and sludge production coefficient， applies this theory to carry out personalized diagnosis and evaluation of sludge production in water purification plants， and puts forward countermeasures and suggestions for fine sludge management in water purification plants.

Key Words： Sludge production coefficient， influent concentration， quality and efficiency improvement， standard upgrading transformation and treatment process

1.研究背景

城市水質(zhì)凈化廠是城市污染減排的重要載體，承擔(dān)著城市污染減排的主要任務(wù)?！笆濉逼陂g，南方某典型城市以超常規(guī)舉措打贏了一場(chǎng)“水污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)”，按照流域均衡、集散結(jié)合、適度超前的原則，對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外最高標(biāo)準(zhǔn)，新增污水處理能力285萬(wàn)噸/日，總能力達(dá)到758萬(wàn)噸/日，其中624萬(wàn)噸/日出水達(dá)到地表水準(zhǔn)V類(lèi)及以上。

在城市水污染治理中，作為污水處理的副產(chǎn)物，污泥的有效處理處置是實(shí)現(xiàn)污染減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且因其處理難度大、管理相對(duì)滯后逐漸成為限制城市發(fā)展的新難題。全市治水提質(zhì)投入了大量人力物力、開(kāi)拓創(chuàng)新，結(jié)合國(guó)內(nèi)外污泥處置技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，提出了適合實(shí)際情況的“廠內(nèi)深度脫水+焚燒摻燒”技術(shù)路線(xiàn)，80%含水率污泥處理量達(dá)到6000噸/日。

然而，在城市全力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的背景下，區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化轉(zhuǎn)型，全市污水規(guī)劃處理規(guī)模高達(dá)987.5萬(wàn)噸/日，未來(lái)污泥處理處置必然會(huì)面臨更高更難的挑戰(zhàn)。污水處理量的增長(zhǎng)會(huì)直接導(dǎo)致污泥量的增加，但污泥產(chǎn)泥系數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)的原因目前尚不清晰，分析其增長(zhǎng)原因、識(shí)別其影響因素、探索“維持產(chǎn)泥系數(shù)穩(wěn)定或降低產(chǎn)泥系數(shù)的”技術(shù)手段和管理策略對(duì)于未來(lái)水污染控制和城市發(fā)展具有十分重要的意義。

2.研究目的

城市水質(zhì)凈化廠是城市污染減排的重要載體，承擔(dān)著城市污染減排的主要任務(wù)，隨著城市水質(zhì)凈化廠的數(shù)量和規(guī)模在不斷增加，作為污水處理的副產(chǎn)物，污泥的有效處理處置是實(shí)現(xiàn)污染減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且因其處理難、危害大、管理相對(duì)滯后逐漸成為限制城市發(fā)展的新難題[1]。

本章旨在全面系統(tǒng)梳理近三年全市水質(zhì)凈化廠污泥產(chǎn)泥系數(shù)，結(jié)合分析其宏觀和微觀影響因素，包括區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型導(dǎo)致的排水源水質(zhì)水量變化;全面雨污分流、管網(wǎng)提質(zhì)增效導(dǎo)致的受納污水水質(zhì)水量變化;水質(zhì)凈化廠提標(biāo)拓能導(dǎo)致的廠內(nèi)工藝、運(yùn)行和管理模式變化;水質(zhì)凈化廠進(jìn)水水質(zhì)特征和進(jìn)水水量;水質(zhì)凈化廠現(xiàn)行工藝和關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)等，掌握影響因素與產(chǎn)泥系數(shù)的關(guān)聯(lián)理論，并應(yīng)用該理論對(duì)全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥情況進(jìn)行個(gè)性化診斷評(píng)估，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外污泥減量的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)[2]，提出水質(zhì)凈化廠污泥精細(xì)化管理的對(duì)策和建議。

3.研究方法

3.1 資料收集與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

收集相關(guān)資料具體包括：

1）水質(zhì)凈化廠運(yùn)行規(guī)模、位置、運(yùn)營(yíng)模式、進(jìn)出水水質(zhì)、水量及運(yùn)行工藝參數(shù)、污泥產(chǎn)量、污泥處置工藝及參數(shù)、運(yùn)營(yíng)管理模式等相關(guān)資料;

2）近三年全市各區(qū)、各流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況及人口、經(jīng)濟(jì)等社會(huì)人文要素;

3）近三年全市各區(qū)、各流域、各水質(zhì)凈化廠污水收集系統(tǒng)提質(zhì)增效及水質(zhì)凈化廠提標(biāo)拓能工作開(kāi)展情況。

通過(guò)資料收集與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研摸清水質(zhì)凈化廠運(yùn)行狀況，了解污泥處置方法及管理模式，掌握產(chǎn)泥系數(shù)的變化規(guī)律，為后續(xù)研究工作做好數(shù)據(jù)支撐。

3.2 文獻(xiàn)調(diào)研

針對(duì)水質(zhì)凈化廠污水處理工藝、水質(zhì)水量、產(chǎn)泥系數(shù)影響因素等特點(diǎn)開(kāi)展國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研[3]，汲取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本市實(shí)際情況開(kāi)展分析，為水質(zhì)凈化廠提出針對(duì)性的指導(dǎo)意見(jiàn)。

3.3 對(duì)比分析

分區(qū)域、流域、模式、規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)、工藝等對(duì)主要水質(zhì)凈化廠歷年來(lái)的產(chǎn)泥系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，將水質(zhì)凈化廠按照片區(qū)、不同管理模式、不同規(guī)模、不同工藝進(jìn)行劃分，針對(duì)每種劃分研究其產(chǎn)泥系數(shù)的變化原因。

3.4 實(shí)例驗(yàn)證

選擇典型水質(zhì)凈化廠開(kāi)展實(shí)例研究，驗(yàn)證影響因素和影響規(guī)律，同時(shí)結(jié)合其產(chǎn)泥現(xiàn)狀評(píng)估其控制產(chǎn)泥系數(shù)的可行技術(shù)管理途徑。

4.研究?jī)?nèi)容

4.1全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)分布規(guī)律研究

收集近五年年全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)梳理，明確各水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥情況，形成全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)表;分析五年內(nèi)各廠產(chǎn)泥系數(shù)變化規(guī)律，對(duì)水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)上升、維持穩(wěn)定和下降進(jìn)行劃分;按流域和區(qū)域分別統(tǒng)計(jì)分析水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥情況，研究水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)的流域和區(qū)域分布特征。

梳理全市污泥管理系統(tǒng)、管理機(jī)制和管理模式，繪制全市污泥產(chǎn)、匯路線(xiàn)圖，為全市污泥統(tǒng)籌管理提供基礎(chǔ)支撐。

4.2水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)影響因素研究

4.2.1微觀影響因素比較研究

從技術(shù)角度，結(jié)合五年全市水質(zhì)凈化廠進(jìn)出水水質(zhì)、工藝、運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)，選擇典型水質(zhì)凈化廠，系統(tǒng)分析進(jìn)水水質(zhì)特征，如COD、BOD、SS、TP、TN濃度、B/C比、C/N比、COD/SS比值等;出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如一級(jí)A、準(zhǔn)V類(lèi)、準(zhǔn)IV類(lèi)、IV類(lèi)等;核心處理工藝;關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，如污泥濃度、污泥齡、污泥回流比等對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)的影響，形成定量理論體系。

4.2.1.1進(jìn)水濃度對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)的影響

水質(zhì)凈化廠的進(jìn)水濃度與產(chǎn)泥系數(shù)相關(guān)性較大，呈現(xiàn)正相關(guān)模式，進(jìn)水濃度與產(chǎn)泥系數(shù)的峰值具有相似的波動(dòng)性。

BOD、COD、SS的濃度變化對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)均有影響，其中BOD為主要影響。污水處理過(guò)程中，進(jìn)水懸浮固體SS和生化需氧量BOD對(duì)污泥產(chǎn)量具有一定的影響。大部分懸浮固體SS通過(guò)吸附或沉淀作用產(chǎn)生污泥，有機(jī)物BOD被水中微生物攝取后，約2/3發(fā)生合成代謝，產(chǎn)生剩余污泥。

進(jìn)水濃度BOD差值與絕干污泥系數(shù)差值的比值，得到BOD與產(chǎn)泥系數(shù)相關(guān)性，求比值公式如下：

由上述可得，不同的污水處理廠進(jìn)水BOD濃度不同，對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)的影響也不同，根據(jù)水質(zhì)凈化廠平均每月產(chǎn)生的污泥量，廠的規(guī)模越小，受進(jìn)水濃度的影響就越大，比值也越大，反之則越小。

4.2.1.2工藝對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)的影響

本市水質(zhì)凈化廠所運(yùn)用的污水處理工藝通常為A2O、AO、BAF、CASS、SBR、MBBR等，其中，A2O工藝[4]又細(xì)分為A2O、改良A2O、A2O+MBR、多段A2O、多模式A2O、強(qiáng)化脫氮改良A2O等。

從源頭上降低剩余污泥產(chǎn)量的各種污泥減量技術(shù)已成為廢水生物處理研究的熱點(diǎn)和發(fā)展方向，目前我們主要針對(duì)污水生物處理方法過(guò)程中減少污泥產(chǎn)量，同時(shí)污泥脫水是污泥減量的主要手段，直接影響到后續(xù)污泥處理處置。

式中：

Y——產(chǎn)泥系數(shù)

Q——流量，m3/h

Sa——進(jìn)水BOD濃度，mg/L

Sc——出水BOD濃度，mg/L

Xv——MLVSS即混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，g/L

V——生物池容量，m3

Kd——削減系數(shù)

△X——排泥量，t

可將上述公式轉(zhuǎn)換成產(chǎn)泥系數(shù)公式為 ，即產(chǎn)泥系數(shù)是泥水比。也可將MLSS看作是微生物（細(xì)菌）密度，即為出泥情況，BOD為水質(zhì)水量情況。在水量不變的情況下，工藝改變導(dǎo)致微生物濃度改變，MLSS密度隨之改變，產(chǎn)泥系數(shù)也就會(huì)受此影響。微生物濃度越高，MLSS密度就會(huì)越大，排泥量也會(huì)增多，產(chǎn)泥系數(shù)就會(huì)隨之上升，反之則下降。

4.2.1.3藥劑投加對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)的影響

國(guó)家和地方現(xiàn)行的城鎮(zhèn)污水處理廠污水排放標(biāo)準(zhǔn)和再生水利用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)污水處理廠出水的氮磷含量有嚴(yán)格要求。目前，由于地下水滲入或者雨污混接等原因，不少污水廠的進(jìn)水中有機(jī)物濃度偏低，因此需要添加化學(xué)物質(zhì)以保證脫氮除磷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

加藥調(diào)理是通過(guò)和向污泥中投加混凝劑、絮凝劑等使污泥凝聚，提高脫水性能。污泥脫水劑一般分為有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)絮凝劑，有機(jī)絮凝劑為聚丙烯酰胺（PAM），無(wú)機(jī)絮凝劑主要分為兩大類(lèi)：鐵鹽和鋁鹽。鐵鹽主要包括：高分子鐵鹽、氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵（PFS）、三氯化鐵（FeCl3.6H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4.7H2O）等，鋁鹽主要包括：硫酸鋁、三氯化鋁、堿式氯化鋁、聚合氯化鋁（PAC）等。

①PAFC，即為聚合氯化鋁鐵，其是由鋁鹽和鐵鹽混凝水解而成一種無(wú)機(jī)高分子混凝劑，其水解速度快。

②PAM，即為聚丙烯酰胺，是一種線(xiàn)型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中應(yīng)用量為廣泛的品種之一。

③PAC，即為聚合氯化鋁，是一種無(wú)機(jī)物，一種新興凈水材料、無(wú)機(jī)高分子混凝劑，而且其噴霧干燥穩(wěn)定性好，適應(yīng)水域?qū)?，水解速度快，吸附能力?qiáng)。但是和聚丙烯酰胺相比，其沉降效果遠(yuǎn)不如聚丙烯酰胺。

④FeSO4，鐵鹽在生活污水處理的作用主要有兩點(diǎn)：第一是用作除磷，鐵離子與水中的磷生成磷酸鐵沉淀，然后通過(guò)排泥排出;第二是用作預(yù)處理中的混凝劑，降低水中懸浮物。

4.2.2宏觀影響因素比較研究

將水質(zhì)凈化廠按流域或區(qū)域進(jìn)行劃分，選擇典型水質(zhì)凈化廠，研究流域或區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口結(jié)構(gòu)等社會(huì)人文因素對(duì)污水水質(zhì)水量的影響，并進(jìn)一步結(jié)合這一影響探討上述因素與產(chǎn)泥系數(shù)的關(guān)系。

同時(shí)，梳理全市各區(qū)域污水管網(wǎng)提質(zhì)增效工作進(jìn)展，具體包括但不限于雨污分流進(jìn)展、清污剝離進(jìn)展、施工降水整治進(jìn)展等，結(jié)合全區(qū)水質(zhì)凈化廠進(jìn)廠水質(zhì)特征，選擇典型水質(zhì)凈化廠，比較研究該項(xiàng)工作對(duì)水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)的影響;

梳理全市水質(zhì)凈化廠近三年提標(biāo)拓能工作開(kāi)展情況，具體包括但不限于工藝升級(jí)改造、管理運(yùn)行優(yōu)化、處理規(guī)模擴(kuò)增等，結(jié)合其產(chǎn)泥系數(shù)變化規(guī)律，分析該項(xiàng)工作對(duì)產(chǎn)泥系數(shù)的影響。

最后，按當(dāng)前污泥處理處置模式對(duì)全市水質(zhì)凈化廠進(jìn)行劃分，分析研究各模式下水質(zhì)凈化廠污泥管理的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，探討管理模式差異對(duì)水質(zhì)凈化廠運(yùn)營(yíng)單位降低產(chǎn)泥系數(shù)主觀能動(dòng)性的影響，并進(jìn)一步結(jié)合產(chǎn)泥系數(shù)分布規(guī)律予以驗(yàn)證，如料倉(cāng)儲(chǔ)存條件、天氣情況、空氣濕度、運(yùn)輸情況等。

4.3全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥情況評(píng)估診斷

基于上述研究結(jié)果對(duì)全市水質(zhì)凈化廠進(jìn)行個(gè)性化的評(píng)估診斷，分析各廠產(chǎn)泥系數(shù)變化規(guī)律及其變化原因，并針對(duì)性提出降低其產(chǎn)泥系數(shù)的可行性策略。

4.4全市水質(zhì)凈化廠污泥精細(xì)化管理對(duì)策研究

基于上述研究成果，針對(duì)全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥現(xiàn)狀和管理現(xiàn)狀，提出水質(zhì)凈化廠污泥分區(qū)域、分流域、分模式、分規(guī)模、分工藝、分標(biāo)準(zhǔn)的精細(xì)化管理對(duì)策和建議。

5.結(jié)論

通過(guò)對(duì)城市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥系數(shù)現(xiàn)狀[5]及分布規(guī)律的分析，得出產(chǎn)泥系數(shù)影響因素識(shí)別及其主要影響，為全市水質(zhì)凈化廠產(chǎn)泥狀況個(gè)性化評(píng)估診斷及全市水質(zhì)凈化廠污泥精細(xì)化管理提出對(duì)策及建議。

參考文獻(xiàn)

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[5]王希明--城市污水處理污泥產(chǎn)率系數(shù)取值計(jì)算與實(shí)例驗(yàn)證《山西建筑》2020年3期

作者簡(jiǎn)介：寇曉嬌（1979-），女，本科; 職稱(chēng)：環(huán)境工程中級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗幚砑碍h(huán)境監(jiān)測(cè)。

通訊作者：朱佳（1965-），女，教授，博士，研究方向?yàn)楣I(yè)廢水低排放技術(shù)，地表水生態(tài)環(huán)境構(gòu)建與修復(fù)

[基金項(xiàng)目] 深圳市科創(chuàng)委2019年度應(yīng)用示范項(xiàng)目（KJYY20180206180737010; 6020320003K）;廣東省教育廳2019年度工程中心（2019GGCZX007）