污水處理廠產(chǎn)泥量分析與減量措施

郭松杰，劉 銳，金 飛，郁志杰，徐 強(qiáng)

[杭州余杭環(huán)境（水務(wù)）控股集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000]

0 引言

根據(jù)上海市政院對(duì)我國(guó)重點(diǎn)流域具有代表性的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)量的調(diào)研結(jié)果，調(diào)研范圍內(nèi)污水處理廠污泥產(chǎn)率平均值為1.62 tDS/萬(wàn)m3[1]，以此為基準(zhǔn)，不少污水處理廠污泥產(chǎn)量高于行業(yè)平均水平，并呈現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)。

由此，對(duì)杭州市某水務(wù)集團(tuán)下設(shè)三座污水處理廠現(xiàn)狀的污水處理設(shè)施運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研，分析了其進(jìn)出水水質(zhì)水量、污泥總產(chǎn)量、生物污泥產(chǎn)量、藥劑添加量等數(shù)據(jù)指標(biāo)，從進(jìn)水、生化反應(yīng)、藥劑投加、污泥調(diào)理等方面進(jìn)行了污泥來(lái)源及性質(zhì)研究分析，從而得出了國(guó)內(nèi)部分污水處理廠產(chǎn)泥量偏大的可能原因，為污水處理廠優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考[2]。

1 污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 水質(zhì)水量

該水務(wù)集團(tuán)下設(shè)的三座污水處理廠主要以處理生活污水為主，每座污水處理廠日平均處理水量和進(jìn)出水水質(zhì)情況如表1、表2所列，出水水質(zhì)均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 2020年污水處理廠日處理水量平均值一覽表 單位：萬(wàn)m3/d

表2 2020年污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)平均值一覽表 單位：mg/L

1.2 工藝流程

污水處理工藝方面，A廠采用MBR膜池工藝；B廠采用氧化溝+曝氣生物濾池工藝；C廠采用氧化溝+反硝化濾池工藝。污泥處理處置工藝方面，除A廠采用污泥濃縮池+板框脫水工藝，其余兩座污水處理廠均采用離心脫水工藝。

1.3 污泥產(chǎn)量

三座污水處理廠的產(chǎn)泥量如圖1所示，A廠的2020年污泥含水率均值為66.06%，月均污泥量為2 113 t/月；B廠的2020年污泥含水率均值為76.42%，月均污泥量為2 292 t/月；C廠2020年污泥含水率均值為78.48%，月均污泥量為697 t/月。折合全年產(chǎn)生的絕干污泥量分別為8 647 t、6 466 t、1 801 t。每萬(wàn)噸污水所產(chǎn)絕干污泥量分別為3.13 t、2.61 t、2.81 t，均大于平均值1.62 tDS/萬(wàn)m3。

圖1 2020年污水處理廠月產(chǎn)泥量情況曲線圖

2 產(chǎn)泥量分析

2.1 污泥分類(lèi)

污泥是污水處理過(guò)程中伴隨產(chǎn)生的副產(chǎn)物，主要來(lái)自于四個(gè)方面：

（1）無(wú)機(jī)污泥：污水經(jīng)由管網(wǎng)收集至城市各污水處理廠，與此同時(shí)也攜入了大量泥沙、不可降解或難降解無(wú)機(jī)物，具體表現(xiàn)為進(jìn)水SS。

（2）生物污泥：在生化處理過(guò)程中，活性污泥中的微生物不斷地消耗著廢水中的有機(jī)物質(zhì)，被消耗的有機(jī)物質(zhì)中，一部分有機(jī)物質(zhì)被氧化以提供微生物生命活動(dòng)所需的能量，另一部分有機(jī)物質(zhì)則被微生物利用以合成新的細(xì)胞質(zhì)，從而使微生物繁衍生殖，微生物在新陳代謝的同時(shí)，其中一部分老的微生物死亡，故產(chǎn)生了剩余污泥。

（3）化學(xué)污泥：隨著對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)要求提高，越來(lái)越多的污水處理廠開(kāi)始進(jìn)行加藥進(jìn)行深度處理，這部分加藥所產(chǎn)生的化學(xué)污泥也成了污水處理廠污泥來(lái)源之一。常見(jiàn)的污水深度處理化學(xué)藥劑有混凝劑、助凝劑、除磷劑等。

（4）調(diào)理劑污泥：通過(guò)向污泥中投加各種污泥調(diào)理劑，改善污泥脫水性能，以便于后期污泥脫水，常用的調(diào)理藥劑包括PAM、生石灰（CaO）等。由于污泥調(diào)理劑用量比較大，一般來(lái)說(shuō)，投加量要達(dá)到污泥干固體重量的5%～20%，從而導(dǎo)致增加了污泥產(chǎn)率。

2.2 泥量計(jì)算方法

污泥分為無(wú)機(jī)污泥、生物污泥、化學(xué)污泥和調(diào)理劑污泥。每種污泥量相應(yīng)計(jì)算方法為：

（1）無(wú)機(jī)污泥量計(jì)算方法參考《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。

（2）生物污泥量計(jì)算方法同樣參考《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。

（3）化學(xué)污泥量的計(jì)算方法參考Odegaard等[3]研究結(jié)果。其研究成果表明鐵鹽和鋁鹽的化學(xué)污泥產(chǎn)率系數(shù)如表3所列，鐵鹽平均化學(xué)污泥產(chǎn)率為4.35 kgDS/kgFe3+，鋁鹽平均化學(xué)產(chǎn)泥率為6.31 kgDS/kgAl3+。

表3 常用混凝劑、絮凝劑的化學(xué)污泥產(chǎn)率系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

（4）由于污泥調(diào)理使用藥劑PAM、生石灰（CaO）磁粉均為固體，可直接帶入污泥中，因此，藥劑投加量可視為調(diào)理劑污泥量。

2.3 產(chǎn)泥量分析

結(jié)合各污水廠參數(shù)，對(duì)污水處理廠無(wú)機(jī)污泥、生化污泥、化學(xué)污泥和調(diào)理劑污泥進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)算，并通過(guò)實(shí)際污泥產(chǎn)量值進(jìn)行反向校核驗(yàn)證，最終得出各污水處理廠污泥產(chǎn)率如表4所列。

表4 各污水處理廠污泥產(chǎn)率對(duì)比表（t污泥/萬(wàn)t污水）

結(jié)合表4可知：

（1）A、B、C三座污水處理廠生物污泥產(chǎn)率偏高，分別為1.01 tDS/萬(wàn)m3、1.19 tDS/萬(wàn)m3和1.48 tDS/萬(wàn)m3，但屬于正常范圍內(nèi)。

（2）進(jìn)水管網(wǎng)攜帶的無(wú)機(jī)污泥產(chǎn)率較高，調(diào)研分析的三個(gè)廠平均達(dá)到1.01 tDS/萬(wàn)m3。

（3）化學(xué)污泥平均產(chǎn)泥率為0.46 tDS/萬(wàn)m3，雖然占比相對(duì)生物產(chǎn)泥率和無(wú)機(jī)污泥產(chǎn)泥率低，但也是產(chǎn)泥量增加重要原因之一。

（4）污泥調(diào)理劑產(chǎn)泥方面，A廠比B廠、C廠相對(duì)較高，這是由于A廠在板框脫水中添加了污泥調(diào)理劑，B廠、C廠使用離心脫水幾乎不產(chǎn)生污泥。

根據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)污水處理廠出現(xiàn)產(chǎn)泥量偏高原因進(jìn)行分析，主要有以下影響因素：

（1）進(jìn)水水質(zhì)方面：管網(wǎng)帶入無(wú)機(jī)污泥濃度高，部分地區(qū)污水管網(wǎng)存在雨污混接、管網(wǎng)破損滲漏，污水收集過(guò)程中大量無(wú)機(jī)物進(jìn)入污水管網(wǎng)，導(dǎo)致污水處理廠無(wú)機(jī)污泥產(chǎn)量偏高。

（2）污水廠工藝方面：隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保日益重視，各地排水系統(tǒng)提質(zhì)增效工作不斷深化，通過(guò)提高工藝運(yùn)行等措施致使生物產(chǎn)泥量增加。

（3）污水廠運(yùn)營(yíng)方面：在對(duì)污水廠運(yùn)行過(guò)程中，由于污水廠藥劑投加的方式大多為傳統(tǒng)投加模式，投加量為人工理論計(jì)算或者經(jīng)驗(yàn)值，很容易出現(xiàn)過(guò)量加藥的情況，致使化學(xué)污泥增加。

（4）水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)方面：近年來(lái)我國(guó)城市污水處理事業(yè)在政府的大力支持和整頓下迅猛發(fā)展，行業(yè)出水標(biāo)準(zhǔn)與以往相比有較大提高。出水標(biāo)準(zhǔn)的提高致使在后續(xù)處理中需要在水線和泥線加大各類(lèi)藥劑的投加量，而這又進(jìn)一步增加了最終污泥產(chǎn)量。

3 污泥產(chǎn)率控制措施

針對(duì)污水處理廠產(chǎn)泥量不斷增加與節(jié)能降耗之間的矛盾，開(kāi)展污泥減量工作是十分必要的。對(duì)此，可采取以下措施對(duì)污泥產(chǎn)量進(jìn)行控制。

3.1 生物產(chǎn)泥率控制措施

（1）運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)對(duì)生化池運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，在不影響二沉池泥水分離效果、生物除磷和污泥活性的情況下提高污泥齡，減少生物污泥產(chǎn)率。

（2）解耦聯(lián)劑添加。解耦聯(lián)劑能抑制細(xì)胞體內(nèi)能量偶聯(lián)磷酸化的化合物，其存在可打破細(xì)胞內(nèi)分解代謝與合成代謝之間的能量偶聯(lián)，可通過(guò)解耦聯(lián)劑添加降低活性污泥中微生物合成量。

（3）微生物捕食。通過(guò)延長(zhǎng)活性污泥系統(tǒng)生物鏈，增強(qiáng)微型動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的捕食以減少細(xì)菌數(shù)量[4]。

3.2 化學(xué)產(chǎn)泥率控制措施

建立“前饋+反饋”藥劑投加模式，通過(guò)進(jìn)水磷負(fù)荷確定加藥量設(shè)定值。根據(jù)出水磷酸鹽的濃度動(dòng)態(tài)調(diào)整加藥量，實(shí)現(xiàn)對(duì)除磷藥劑精確投加，實(shí)現(xiàn)按需加藥，減少化學(xué)污泥產(chǎn)率。

3.3 污泥調(diào)理劑產(chǎn)泥率控制措施

（1）調(diào)理劑優(yōu)選。污水處理廠用于污泥調(diào)理的鐵鹽和石灰的耗量非常大，可選擇高效絮凝劑，確定最佳投加量。

（2）污泥破壁回用。通過(guò)化學(xué)法、生物法、物理法或聯(lián)合法對(duì)剩余污泥進(jìn)行破壁，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，并回流至缺氧單元，為反硝化過(guò)程提供碳源，實(shí)現(xiàn)剩余污泥資源化利用，減少出廠污泥量[5]。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

針對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)部分污水處理廠出現(xiàn)的產(chǎn)泥量高于行業(yè)平均值的現(xiàn)象，以杭州某水務(wù)集團(tuán)下設(shè)三座污水處理廠為例，對(duì)污水廠污泥產(chǎn)量進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)無(wú)機(jī)污泥、生物污泥、化學(xué)污泥和調(diào)理劑污泥的四大組成部分進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)算，結(jié)果表明無(wú)機(jī)污泥和化學(xué)污泥產(chǎn)率較高，生化污泥產(chǎn)率仍處于合理范圍。

（2）污泥產(chǎn)量偏高的影響因素由進(jìn)水水質(zhì)、污水廠工藝、污水廠運(yùn)營(yíng)、水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)等多方面引起。

（3）通過(guò)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、解耦聯(lián)劑添加、微生物捕食、除磷藥劑精確投加、調(diào)理劑優(yōu)選、污泥破壁回用等污泥減量措施可減少污泥產(chǎn)量。

4.2 建議

為實(shí)現(xiàn)污水處理廠污泥處理節(jié)能減排、減污增效目標(biāo)，建議進(jìn)一步完善污水收集系統(tǒng)，減少無(wú)機(jī)污泥；同時(shí)，針對(duì)污水處理廠產(chǎn)泥量不斷增加的趨勢(shì)，優(yōu)化泥線設(shè)計(jì)方法，調(diào)整工藝參數(shù)，確保滿足后續(xù)生產(chǎn)需求。