WATER8848前言：污泥消化是污泥穩(wěn)定化的一種重要方法，它通過微生物的作用，使污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，同時(shí)釋放出能量。目前，污泥消化技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，主要采用厭氧消化和好氧發(fā)酵兩種技術(shù)路線。
厭氧消化技術(shù)是利用厭氧微生物在缺氧條件下分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣和穩(wěn)定化污泥的過程。這種技術(shù)具有較高的能源回收率，能夠有效地減少污泥的體積和質(zhì)量，同時(shí)產(chǎn)生的沼氣可以用于能源利用或發(fā)電。然而，厭氧消化技術(shù)也存在一些問題，如反應(yīng)周期長(zhǎng)、對(duì)溫度和pH值敏感等。
好氧發(fā)酵技術(shù)則是通過好氧微生物的代謝作用，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。這種技術(shù)具有較快的反應(yīng)速度和較低的運(yùn)行成本，適用于處理含水量較低的污泥。但是，好氧發(fā)酵技術(shù)需要消耗大量的氧氣和能源，同時(shí)產(chǎn)生的氣味和泡沫也可能對(duì)環(huán)境造成一定的影響。
未來，隨著環(huán)保要求的提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步，污泥消化技術(shù)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，政府將加強(qiáng)對(duì)污泥處理的監(jiān)管力度，推動(dòng)技術(shù)的升級(jí)和改造；另一方面，企業(yè)也需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研究，探索更加高效、環(huán)保的污泥處理方法。同時(shí)，隨著資源化利用的需求增加，污泥消化技術(shù)將更多地應(yīng)用于能源、肥料等領(lǐng)域，為可持續(xù)發(fā)展提供更多的可能性。
污泥消化的文章如下： |
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戴曉虎教授團(tuán)隊(duì)——高含固污泥厭氧消化：成果與展望
來源：環(huán)境前沿作者：FESE編輯部
題目：High-solid anaerobic digestion of sewage sludge: achievements and perspectives
作者：Ying Xu1, Hui Gong1, Xiaohu Dai(✉)1,2
作者單位：
1 State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, School of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2 Shanghai Institute of Pollution Control and Ecological Security, Shanghai 200092, China
關(guān)鍵詞：
高含固效應(yīng)，厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量，生物可降解性，污泥處理
High-solid effect, Anaerobic fermentation, Methane production, Biodegradability, Sludge treatment
文章亮點(diǎn)
概述了高含固污泥厭氧消化的研究進(jìn)展。
揭示了影響高含固污泥厭氧消化工藝性能和工藝穩(wěn)定性的主要因素。
識(shí)別了當(dāng)前高含固污泥厭氧消化的研究空白和高含固效應(yīng)。
提出了解決高含固污泥厭氧消化研究空白和效率的未來努力方向。
文章簡(jiǎn)介
在過去的幾十年里，高含固厭氧消化曾被廣泛應(yīng)用于處理有機(jī)廢棄物，如農(nóng)業(yè)廢棄物、城市有機(jī)廢棄物和餐廚垃圾等。然而，由于差的工藝性能和工藝穩(wěn)定性，高含固厭氧消化處理污水廠污泥由于其過程調(diào)控機(jī)制不明，發(fā)展受限。為此，開展了大量的研究來克服相應(yīng)的限制，提升高含固厭氧消化的穩(wěn)定性和效率。本文綜合分析了影響高含固污泥厭氧消化工藝性能和穩(wěn)定性的主要因素-高含固效應(yīng)；總結(jié)了提升工藝性能和穩(wěn)定性的主要方法，例如，高含固污泥預(yù)處理和高含固污泥與其它有機(jī)廢棄物的厭氧共消化。本文還討論了水熱預(yù)處理前后高含固污泥厭氧消化體系中有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，揭示了污泥高含固效應(yīng)主要來自于能夠抑制厭氧微生物活性的高濃度物質(zhì)，該效應(yīng)同時(shí)又造成了污泥差的傳質(zhì)、低的擴(kuò)散系數(shù)和高的粘度，識(shí)別了高含固污泥厭氧消化的研究空白。通過對(duì)當(dāng)前相關(guān)研究的總結(jié)，本文提出了將來的研究應(yīng)統(tǒng)一高含固污泥的定義，揭示在高含固污泥系統(tǒng)中污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、描繪靶向污染物在高含固污泥系統(tǒng)中的代謝途徑和構(gòu)建準(zhǔn)確的高含固污泥厭氧消化數(shù)學(xué)模型。此外，開發(fā)綠色的污泥脫水藥劑、從高含固污泥體系中獲取高附加值產(chǎn)品，并揭示它們對(duì)于高含固污泥厭氧消化的影響也應(yīng)該在將來的研究中得到重視。
隨著全球人口增長(zhǎng)和城市發(fā)展，城市污水量急劇增加。隨之而來的城市污水處理過程中的污泥產(chǎn)量也持續(xù)增加。截至2019年年底，中國(guó)的污泥產(chǎn)量已經(jīng)超過了5000萬噸/年，預(yù)測(cè)這一數(shù)據(jù)在5年內(nèi)會(huì)增長(zhǎng)到6500萬噸/年。由于污泥中含有大量的有毒、有害、易腐污染物，如不妥善處理將對(duì)環(huán)境和人類健康造成極大損害。厭氧消化因其能對(duì)污泥進(jìn)行無害化處理的同時(shí)回收資源，包括減少污泥量、殺死病原微生物并且回收生物能源-甲烷，成為一種備受青睞的污泥處理技術(shù)。通常以總固體含量15%（質(zhì)量比）為界限來區(qū)分高含固厭氧消化系統(tǒng)（總固體含量大于15%）和低含固厭氧消化系統(tǒng)（總固體含量小于15%）。由于中國(guó)的低含固污泥含有較低有機(jī)質(zhì)（揮發(fā)性固體占總固體量低于50%），低含固污泥厭氧消化系統(tǒng)在小型污水處理廠不具有普遍可行性，截至2019年，我國(guó)5200個(gè)污水處理廠中僅有70個(gè)采用了低含固污泥厭氧消化系統(tǒng)，其中，只有不到20個(gè)能正常運(yùn)行。這與管理落后、經(jīng)濟(jì)水平制約、規(guī)劃不足、以及污泥中低的揮發(fā)性固體占總固體比例有關(guān)。與低含固污泥厭氧消化系統(tǒng)相比，高含固污泥厭氧消化系統(tǒng)憑借其較小的反應(yīng)器體積、低的補(bǔ)溫能耗、少的污水產(chǎn)量、高的單位容積沼氣產(chǎn)量，被認(rèn)為可能是一種更可行的方法。截至2020年6月，在“ScienceDirect”里開展以“高含固厭氧消化”和“高含固污泥厭氧消化”為主題的文獻(xiàn)計(jì)量研究發(fā)現(xiàn)，在近15年里，有關(guān)“高含固厭氧消化”的文獻(xiàn)兩倍多于“高含固污泥厭氧消化”，這表明目前大多數(shù)高含固厭氧消化系統(tǒng)主要用于非污泥有機(jī)廢棄物。此外，在2006到2020年間，對(duì)于“高含固污泥厭氧消化”的文獻(xiàn)均以實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行開展，缺少文獻(xiàn)綜述；故本文對(duì)高含固污泥厭氧消化進(jìn)行全面綜述，總結(jié)當(dāng)前的研究進(jìn)展，找出研究空白，并探究提升高含固污泥厭氧消化的未來研究方向。總體而言，影響高含固污泥厭氧消化的主要因素有：固體含量、攪動(dòng)、固體停留時(shí)間、溫度、pH值、氨/銨脅迫、揮發(fā)性脂肪酸、有毒有害物質(zhì)、流變性質(zhì)等等。針對(duì)目前存在的幾項(xiàng)研究空白：高含固污泥的定義不規(guī)范，高含固污泥厭氧消化中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化不明確，高含固污泥厭氧消化中有機(jī)物的代謝途徑尚不清楚，高含固污泥厭氧消化的數(shù)學(xué)模型不足等；未來需要重點(diǎn)針對(duì)以上幾點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行探索，以提升高含固污泥厭氧消化效率。此外，需要進(jìn)一步探討污泥脫水劑對(duì)于高含固污泥厭氧消化的影響效果。
編者點(diǎn)評(píng)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，污染排放總量高，土壤環(huán)境受到顯著影響。為了實(shí)現(xiàn)“青山綠水”的美麗中國(guó)，國(guó)務(wù)院依次印發(fā)了 “大氣十條”、 “水十條”和“土十條”，建設(shè)生態(tài)文明的小康社會(huì)，為人民享受新鮮空氣、潔凈水和健康的土壤提供保障。我國(guó)污水處理規(guī)模世界第一，但是污水處理過程產(chǎn)生的大量污泥，由于其具有多介質(zhì)復(fù)雜特征及“污染和資源”雙重屬性，存在傳統(tǒng)技術(shù)效率及穩(wěn)定性低的難題，處理不當(dāng)將帶來環(huán)境二次污染且浪費(fèi)大量資源，是我國(guó)污水處理的短板。目前常用的處理污泥的方法主要包括：厭氧消化、好氧發(fā)酵、污泥干化-焚燒、高干脫水-填埋/建材利用等，其中高含固厭氧消化是一種成本較低，效率高且回收生物能源的有效方法，具有可以大幅度降解易腐有機(jī)物質(zhì)、殺滅病原微生物、提高污泥脫水能力等優(yōu)點(diǎn)，特別是在目前碳達(dá)峰、碳中和的背景下，污泥厭氧消化技術(shù)回收生物質(zhì)能，作為污泥處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)具有很大的發(fā)展空間。本文綜述了近幾年有關(guān)高含固污泥厭氧消化處理研究進(jìn)展，分析了影響高含固污泥厭氧消化的主要因素，識(shí)別了高含固污泥厭氧消化的知識(shí)差距，并提出了提升高含固污泥厭氧消化的未來研究方向。本文對(duì)于我國(guó)污水廠節(jié)能減排、污泥處理與資源回收利用有十分重要的理論和指導(dǎo)意義。
本期編輯
王新鋒，男，32歲，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士，研究方向?yàn)槲鬯幚砼c資源化利用。
踐行“兩山”理念，以生態(tài)治理重構(gòu)高質(zhì)量發(fā)展新格局，今年7月底，常州市住建局排水管理處常州市江邊五期及污水資源化利用工程（以下簡(jiǎn)稱“江邊污水五期工程”）正式開工建設(shè)。該工程主要建設(shè)內(nèi)容包括新增污水處理及尾水資源化利用設(shè)施，污泥厭氧消化綜合處理設(shè)施以及光伏發(fā)電、水源熱泵、管網(wǎng)泵站等配套設(shè)施，廠區(qū)工程預(yù)計(jì)2025年12月竣工。工程竣工投運(yùn)后，江邊污水處理廠污水處理規(guī)模將達(dá)到70萬噸/日，為全省最大。
作為推進(jìn)新一輪太湖綜合治理、生態(tài)中軸建設(shè)、節(jié)水型城市、低碳“無廢城市”和新能源之都建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，江邊污水五期工程將踐行節(jié)能減排理念，以爭(zhēng)創(chuàng)“魯班獎(jiǎng)”為建設(shè)目標(biāo)，將先進(jìn)科技融入智能、綠色、低碳、創(chuàng)新等元素，探索污水治理高質(zhì)量發(fā)展新路徑，打造成太湖綜合治理的常州新樣板。
站位：量質(zhì)賦能
作為新一輪太湖治理的重點(diǎn)項(xiàng)目，江邊污水五期工程堅(jiān)持問題導(dǎo)向、創(chuàng)新方式方法，為守護(hù)太湖萬頃碧波的旖旎風(fēng)光貢獻(xiàn)排水智慧與力量。
過去，污水收集處理減少入湖河道污染往往是太湖治理的第一要?jiǎng)?wù)。但現(xiàn)在，隨著今年6月《推進(jìn)新一輪太湖綜合治理行動(dòng)方案》的出爐，太湖治理由過去的污水治理向生態(tài)治理轉(zhuǎn)變，要求以更大力度、更高標(biāo)準(zhǔn)開展治太工作。市排水管理處立足職能分工，全力抓好任務(wù)落實(shí)，通過水環(huán)境、水生態(tài)、水資源“三水統(tǒng)籌”，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。
作為太湖的上游地區(qū)，常州市十分注重城市污水治理工作。近年來，在城市規(guī)模不斷擴(kuò)大、工業(yè)不斷發(fā)展的背景下，城市污水收集范圍顯著增加，江邊污水處理廠緊跟發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)自身體量升級(jí)，污水處理規(guī)模已達(dá)到50萬噸/日。
據(jù)悉，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，圍繞太湖治理“減磷控氮”目標(biāo)，江邊污水五期工程將新增污水處理規(guī)模20萬噸/日，污水處理出水將達(dá)到地表水準(zhǔn)IV類標(biāo)準(zhǔn)，污水處理峰值系數(shù)采用行業(yè)最高標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)污水處理廠擴(kuò)建和提標(biāo)改造同步推進(jìn)，確保污水處理能力和出水標(biāo)準(zhǔn)雙提升。
江邊污水五期工程建成后，江邊污水處理廠將成為江蘇規(guī)模最大的城市污水處理廠，屆時(shí)，必將打造為成太湖綜合治理的常州新樣板。
行動(dòng)：協(xié)同賦效
為確保江邊污水五期項(xiàng)目如期開工，市排水管理處緊盯時(shí)間節(jié)點(diǎn)，倒排工期、掛圖作戰(zhàn)，堅(jiān)持高起點(diǎn)規(guī)劃、高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、高效率手續(xù)、高強(qiáng)度推進(jìn)，全力以赴做好開工前的各項(xiàng)前期工作。
高起點(diǎn)規(guī)劃。據(jù)悉，早在2001年，市排水管理處便在全市城市排水專項(xiàng)規(guī)劃中考慮江邊污水處理廠總體布局事宜，同步提前謀劃預(yù)留用地，便于后期污水處理提標(biāo)改造、污泥處理設(shè)施升級(jí)等實(shí)施；充分考慮既有建（構(gòu)）筑物空間位置，科學(xué)合理規(guī)劃江邊污水五期項(xiàng)目廠區(qū)工程平面布置。
高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。結(jié)合排水行業(yè)發(fā)展需求及問題，江邊污水五期工程將污泥處置、光伏發(fā)電、水源熱泵、中水回用等污水資源化利用理念融入項(xiàng)目設(shè)計(jì)，力求項(xiàng)目設(shè)計(jì)高質(zhì)量；充分發(fā)揮“廠站網(wǎng)”“建管養(yǎng)”一體化優(yōu)勢(shì)，匯集前期、施工、運(yùn)維等多方面力量，共促項(xiàng)目設(shè)計(jì)高經(jīng)濟(jì)性；依托設(shè)計(jì)、編標(biāo)、跟蹤審計(jì)等單位的全流程參與，提高項(xiàng)目控制價(jià)質(zhì)量，有效控制工程造價(jià)。
高效率手續(xù)。為保障項(xiàng)目如期開工，盡早發(fā)揮環(huán)境效益，市排水管理處強(qiáng)化與市發(fā)改委、市資規(guī)局、市生態(tài)環(huán)境局等行政審批部門溝通協(xié)調(diào)，在確保合法合規(guī)的基礎(chǔ)上，加快推進(jìn)前期審批進(jìn)程。江邊污水五期工程自立項(xiàng)至開工共計(jì)完成項(xiàng)建、可研、初設(shè)、環(huán)評(píng)等15項(xiàng)全流程審批手續(xù)，歷時(shí)15個(gè)月，前期耗時(shí)遠(yuǎn)低于同類項(xiàng)目。
高強(qiáng)度推進(jìn)。加強(qiáng)與市有關(guān)部門聯(lián)系對(duì)接，確保項(xiàng)目納入市級(jí)重點(diǎn)，爭(zhēng)取更大支持；定期向市住建局報(bào)告項(xiàng)目進(jìn)展，時(shí)刻繃緊進(jìn)度之弦，確保項(xiàng)目進(jìn)度不停步；明確“時(shí)間表”“任務(wù)書”“路線圖”，分工明晰、責(zé)任到人，確保各項(xiàng)工作任務(wù)高效推進(jìn)。以質(zhì)安監(jiān)及施工許可為例，辦理過程共涉及合同簽訂、專戶辦理等40多項(xiàng)工作內(nèi)容，經(jīng)辦人員各盡其責(zé)、各司其職，造就自中標(biāo)通知書下發(fā)起僅11天完成辦理。
綠色：低碳賦勢(shì)
污水處理屬于高耗能行業(yè)，有效利用污水資源實(shí)現(xiàn)能源回收成為推動(dòng)污水行業(yè)低碳運(yùn)行和節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
多措施答好資源利用“重點(diǎn)題”。
據(jù)了解，江邊污水五期工程圍繞國(guó)家雙碳戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)型治理方式，充分利用污水資源實(shí)現(xiàn)能源回收，推動(dòng)污水行業(yè)盡早實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行和節(jié)能降耗。
一是采用“光伏+”模式開展光伏發(fā)電設(shè)計(jì)。該工程將充分利用污水處理廠構(gòu)筑物上部空間，總裝機(jī)容量達(dá)到15.7兆瓦，通過收集太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)電力“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”，預(yù)計(jì)年節(jié)約電量1600萬度。
二是變廢為寶，實(shí)現(xiàn)能源回收利用。五期工程將對(duì)污水處理產(chǎn)生的污泥進(jìn)行厭氧消化處理，通過厭氧消化，污泥里面的有機(jī)成分可轉(zhuǎn)變?yōu)檎託猓託庥糜诎l(fā)電，提純后還可以變成甲烷（燃?xì)猓�，工程預(yù)計(jì)新增污泥厭氧消化綜合處理600噸/日，隨著末端污泥產(chǎn)生量的降低，污泥處理費(fèi)用也進(jìn)一步節(jié)省。除污泥外，江邊污水處理廠在未來還將實(shí)現(xiàn)“污水、污泥、餐廚垃圾”同處理新模式，餐廚垃圾有機(jī)物含量很高，有機(jī)物進(jìn)入污泥消化系統(tǒng)，產(chǎn)氣量就會(huì)大幅增加，隨之電量也會(huì)大幅增加，從而為“無廢城市”的建設(shè)預(yù)留空間。
三是實(shí)現(xiàn)尾水資源化利用。經(jīng)江邊污水處理廠處理后的尾水將進(jìn)一步用于河道的生態(tài)補(bǔ)水，有益于改善區(qū)域支流支浜的水環(huán)境和水生態(tài)，將工程水逐漸向生態(tài)水轉(zhuǎn)變。另外，江邊污水五期還將污水處理尾水廣泛應(yīng)用于工業(yè)、市政等用水領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)“一水多用”和“分質(zhì)供水”，年節(jié)約水資源不低于1000萬噸。
據(jù)悉，僅通過電能回收、熱能回收、中水回用等多種手段，江邊污水五期工程預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)年碳減排3萬噸以上，為常州新能源之都建設(shè)發(fā)揮重要作用。
優(yōu)化工藝答好資源集約化“必答題”。
作為全省領(lǐng)先的綠色低碳綜合示范項(xiàng)目，針對(duì)太湖治理總氮控制目標(biāo)，江邊污水五期工程工藝路線將采用國(guó)內(nèi)“AAO+AO+反硝化深床濾池”工藝，確�？偟コ蔬M(jìn)一步提升。江邊污水五期投運(yùn)后，可實(shí)現(xiàn)新增年減排COD_Cr（化學(xué)需氧量）1.89萬噸、總氮1900噸、總磷340噸。另外，為考慮遠(yuǎn)期政策需要，減少環(huán)境污染，江邊污水五期還將利用臭氧對(duì)有毒有害物質(zhì)進(jìn)行去除，尤其是面對(duì)新污染物帶來的挑戰(zhàn)，市排水管理處提前謀劃，統(tǒng)籌考慮，為全市高質(zhì)量建設(shè)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。
合理布局答好資源集約化“提升題”。
按照“集約化、智慧化、信息化”綜合建設(shè)要求，江邊污水五期工程將整合廠區(qū)布局，集合資源化利用項(xiàng)目于一體。以“能源利用、安全管控”為規(guī)劃要求，針對(duì)水處理線、光伏電站、雙膜車間、水源熱泵間等設(shè)施，通過建筑設(shè)計(jì)、電子圍欄、數(shù)字智能管控等措施，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通，提升集約化管理水平和信息化建設(shè)水平。
此外，江邊污水五期工程采用改造污水泵站、擴(kuò)充污水干管、新建污水調(diào)蓄池、擴(kuò)建污水處理設(shè)施等措施，實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水系統(tǒng)全鏈路協(xié)同管控；通過污泥、餐廚處理設(shè)施合建實(shí)現(xiàn)市政、環(huán)衛(wèi)多部門系統(tǒng)聯(lián)合共治，大大提升系統(tǒng)污水污泥處理的韌性；通過污水處理“全流程內(nèi)循環(huán)”、供電設(shè)計(jì)“雙路同供”、尾水排放“再生利用”等模式，全力實(shí)現(xiàn)污水穩(wěn)定運(yùn)行和資源利用同頻共振。
智慧：數(shù)字賦新
數(shù)字時(shí)代的到來，為污水處理廠未來發(fā)展指明方向。近年來，市排水管理處按照數(shù)字化轉(zhuǎn)型、數(shù)字化發(fā)展的目標(biāo)，不斷提高信息化水平，深化智慧賦能，探索利用大數(shù)據(jù)技術(shù)為科學(xué)決策提供保障，為城市安全運(yùn)營(yíng)提供更可靠的手段。
為提高污水處理工作效率和準(zhǔn)確性，江邊污水五期工程以智慧化、科技化、信息化技術(shù)手段保障工藝流程高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在江邊污水五期工程設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位結(jié)合全周期數(shù)字化BIM技術(shù)對(duì)污水處理廠的管線進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化管線布置。為確保污水處理工藝高效，項(xiàng)目采用在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控、智能中控系統(tǒng)、智能曝氣控制系統(tǒng)（ASM2D）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污水處理的智能化，達(dá)到工藝生產(chǎn)、安防等智能化管理目的。通過與現(xiàn)狀工程及廠外管網(wǎng)的銜接兼容，江邊污水五期工程可以實(shí)現(xiàn)污水輸送、污水處理、污泥處理、資源回用、能源利用、老廠信息互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)（污水污泥）廠、（泵站）站、（管）網(wǎng)、（調(diào)蓄）池等排水設(shè)施及資源回收、能源利用等一體化聯(lián)動(dòng)監(jiān)控。
數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高污水處理廠的效率和質(zhì)量，還可以降低運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。下一步，江邊污水處理廠將以實(shí)現(xiàn)少人值守為目標(biāo)，從經(jīng)驗(yàn)管理向依托數(shù)字化管理轉(zhuǎn)型邁進(jìn)，打造智慧化污水處理廠的新標(biāo)桿。
污水處理廠污泥減量化技術(shù)的探討
2021-03-08 14:28來源：當(dāng)代化工作者：宋艷會(huì) 李兵等
介紹污水處理廠污泥的主要來源及性質(zhì)，明確污水處理廠污泥減量化、無害化工作急需一套完整的處理體系，無論是在水處理環(huán)節(jié)，還是污泥處理環(huán)節(jié)，均應(yīng)加大對(duì)污泥減量化技術(shù)的研究和落實(shí)。在污水處理過程中通過外加酶水解技術(shù)、機(jī)械處理技術(shù)、熱處理技術(shù)、熱化學(xué)水解技術(shù)、電處理技術(shù)等技術(shù)手段使得細(xì)胞破裂，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，然后回流至活性污泥池，進(jìn)一步降解細(xì)胞破裂產(chǎn)生的溶解產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量。后污泥減量技術(shù)是在污泥產(chǎn)生后，通過污泥厭氧消化、污泥濃縮脫水、污泥干化、污泥焚燒等處理工藝，進(jìn)一步降低污泥產(chǎn)生量及處置成本。通過各種污泥減量技術(shù)的比選，明確每種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為其他污水處理廠污泥減量工作提供可借鑒意義。
隨著我國(guó)城市污水處理率逐步提高和新污水處理廠數(shù)量的增加，污泥產(chǎn)生量也逐漸增大，與此同時(shí)，污泥處理的難題也逐漸凸顯出來。我國(guó)污泥處理起步較晚，早期的污水處理廠存在“重水輕泥”現(xiàn)象，污泥處理單元不夠完善，污泥的安全處理、處置是我國(guó)水污染控制領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)。生物處理是目前污水處理廠采用較多的污水處理方式，該方式會(huì)產(chǎn)生大量剩余污泥，這些污泥必須及時(shí)有效地進(jìn)行處理，做到減量化、無害化和綜合利用，從而保證污水處理廠的正常運(yùn)行和處理效果，防止污泥造成二次污染
1 污水處理廠污泥來源及性質(zhì)
在污水的處理過程中產(chǎn)生大量沉淀物質(zhì)，包括固體物質(zhì)、懸浮物、微生物菌體、膠體物質(zhì)等，這些物質(zhì)統(tǒng)稱為污泥，因?yàn)槲勰嗟牟粩喈a(chǎn)生促進(jìn)了污染物與水的分離、凈化。通常污泥產(chǎn)生量很大，一般占處理水量的0.3%～0.5%。污泥產(chǎn)生途徑主要有：一是初沉污泥，來源于初沉池，是可沉降固體的物理分離，總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為2%～7%。二是二沉污泥，是泥水分離后的濃縮污泥，是微生物生長(zhǎng)和惰性有機(jī)難降解物質(zhì)積累的產(chǎn)物，總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%～1.5%。三是化學(xué)污泥，由特殊物質(zhì)（例如磷）或懸浮固體沉降產(chǎn)生。以化學(xué)除磷為例，這一過程須要投加一些鹽類，額外產(chǎn)生15%左右的污泥，化學(xué)污泥的性質(zhì)取決于投加的混凝劑類型。四是“三泥”，主要是石油石化企業(yè)污水處理場(chǎng)產(chǎn)生的含油污泥、氣浮浮渣以及剩余活性污泥。含油污泥以及氣浮浮渣因含有一定量的油、黏度大，不容易進(jìn)行自然沉淀濃縮、脫水;而剩余活性污泥因其含有大量鮮活的微生物，沉降性能較好，易濃縮脫水。
污泥因其含有一定的毒性物質(zhì)，也被視為危險(xiǎn)廢物。衡量污泥的性能指標(biāo)主要有：含水率、有毒物質(zhì)、燃燒值、可消化程度、灰分含量等。一般剛產(chǎn)生的污泥含水率在98%～99%左右，體積巨大，難以直接處置，需要先進(jìn)行污泥濃縮、消化、脫水等初步處理，可使污泥體積大為減少。如含水率在99%的污泥，經(jīng)濃縮脫水處理后含水率可降到80%，其體積會(huì)降到原來體積的二十分之一。通常情況下，含水率在85%以上時(shí)，污泥呈流動(dòng)狀態(tài);含水率在65%～85%之間時(shí)，污泥呈塑態(tài);含水率低于60%時(shí)，污泥呈固體狀態(tài);含水率低于40%時(shí)，污泥呈粉末狀。
2 污水處理廠污泥減量概述
污泥減量是指采用物理方法、化學(xué)方法以及微生物法，降低污水處理廠產(chǎn)生的污泥量。污泥減量可在不同污水處理階段進(jìn)行，在污水處理過程中通過調(diào)整生化系統(tǒng)工藝運(yùn)行參數(shù)以及對(duì)部分回流污泥采取減量措施，可稱為原位污泥減量。對(duì)污水處理工藝產(chǎn)生的排出系統(tǒng)之外的污泥，可通過污泥濃縮、污泥消化、污泥脫水、污泥干化、污泥焚燒等系統(tǒng)裝置進(jìn)行污泥減量，此過程稱為后污泥減量。污泥減量技術(shù)按照反應(yīng)原理的不同大致可分為：胞溶和隱性增長(zhǎng)、解偶聯(lián)代謝、內(nèi)源代謝、微生物捕食等。解偶聯(lián)代謝主要是指，在污泥中投加化學(xué)解偶聯(lián)劑如氯代苯等物質(zhì)，這些解偶聯(lián)劑可以穿過細(xì)胞的磷脂層，促進(jìn)細(xì)胞的分解代謝，降低細(xì)胞的合成代謝，從而降低污泥產(chǎn)量。內(nèi)源代謝主要是指，利用較長(zhǎng)時(shí)間的曝氣或較小的有機(jī)物負(fù)荷，使細(xì)胞分解，產(chǎn)率降低。微生物捕食主要是指，固態(tài)污泥被微生物捕食、消耗，污泥為微生物生長(zhǎng)繁殖提供能量，實(shí)現(xiàn)污泥減量。胞溶和隱性增長(zhǎng)是指，通過外加一定的技術(shù)手段，使得細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被釋放，用于相同數(shù)量微生物生長(zhǎng)的過程。胞溶和隱性增長(zhǎng)是污泥減量使用最廣泛的機(jī)理，其中迫使細(xì)胞壁破裂的技術(shù)手段包括：添加或不添加酶制劑的酶水解技術(shù)，球磨攪拌、高溫均質(zhì)等機(jī)械處理技術(shù)，超聲波處理技術(shù)，40～220 ℃熱處理技術(shù)，酸、堿或伴隨升溫的化學(xué)、熱化學(xué)水解技術(shù)，臭氧、H2O2或加氯氧化技術(shù)，電處理技術(shù)等。污泥減量化的效果主要取決于胞溶的效率。
2.1 原位污泥減量
原位污泥減量就是在污水處理工藝中減少污泥產(chǎn)生量，而不是污泥產(chǎn)生后進(jìn)行末端處理。一般工藝是沉淀池產(chǎn)生的活性污泥，一部分回流至活性污泥曝氣池繼續(xù)參與生化反應(yīng)，另一部分活性污泥通過外加酶水解、機(jī)械處理、熱處理、熱化學(xué)水解、電處理等污泥減量技術(shù)手段使得細(xì)胞破裂，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，然后回流至活性污泥曝氣池，進(jìn)一步降解細(xì)胞破裂產(chǎn)生的溶解產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量。主要工藝流程如圖1所示。
其中外加酶水解技術(shù)、機(jī)械處理技術(shù)、熱處理技術(shù)、熱化學(xué)水解技術(shù)、電處理技術(shù)等污泥減量技術(shù)手段各有其不同的優(yōu)點(diǎn)及缺陷，具體情況見表1。
2.2 污泥濃縮
污泥濃縮是指降低污泥的含水率，使污泥濃稠，縮小污泥體積，是污泥脫水前的必要過程。污泥濃縮主要是去除污泥中的間隙水，含水率99.8%的剩余活性污泥，經(jīng)過濃縮后污泥含水率可降到96%左右，可大大降低污泥的體積和后續(xù)污泥處理難度及費(fèi)用。污泥濃縮的常用方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮。
重力濃縮主要依靠水與污泥間的密度差，污泥下沉至罐（池）底部排出，水分從泥中分離出來由罐（池）上部排出。重力濃縮是污泥自然壓縮沉淀過程，一般需要較長(zhǎng)時(shí)間，特別是黏度大污泥濃縮效果較差。對(duì)此，一般污水處理廠經(jīng)常采用污泥加溫的方式，可加速污泥沉淀過程及效果，實(shí)現(xiàn)泥水的良好分層。常見的重力濃縮池有二沉池、污泥濃縮罐等。對(duì)于密度與水密度接近的污泥，不易實(shí)現(xiàn)重力濃縮，可選用氣浮濃縮。氣浮濃縮主要依靠加壓空氣釋放微小氣泡與污泥作用，在混凝劑的作用下，污泥與氣泡黏附形成較大顆粒，懸浮于池體表面，通過刮渣機(jī)去除。對(duì)于難于脫水的污泥，可采用離心濃縮法。離心濃縮是利用污泥中固體物質(zhì)與水的比重不同，利用離心力使泥水分離。離心濃縮處理效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重力濃縮，重力濃縮池內(nèi)十幾個(gè)小時(shí)達(dá)到的濃縮效果，離心濃縮幾分鐘即可達(dá)到，且離心濃縮出泥含水率可達(dá)94%以下。為提高離心濃縮效果，一般須要加入聚丙烯酰胺等絮凝劑。
2.3 污泥消化
污泥消化其原理主要依靠好氧或厭氧消化的內(nèi)源代謝作用。內(nèi)源代謝主要是指當(dāng)外部可利用的基質(zhì)消耗殆盡時(shí)，一部分細(xì)胞出現(xiàn)死亡和溶解，其細(xì)胞內(nèi)存儲(chǔ)的有機(jī)物被活細(xì)胞利用來維持生命的現(xiàn)象。好氧消化是在有氧的條件下，通過細(xì)胞的內(nèi)源代謝作用，將污泥轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，以實(shí)現(xiàn)污泥減量。厭氧消化是在無氧條件下，通過細(xì)胞的內(nèi)源代謝作用，將污泥轉(zhuǎn)化為甲烷，以實(shí)現(xiàn)污泥減量。一般厭氧消化應(yīng)用比較普遍。厭氧消化的水解過程非常緩慢，為此須要提高初始階段的污泥水解作用，加快反應(yīng)進(jìn)度，需要在厭氧消化前設(shè)置預(yù)處理工藝來克服。主要的預(yù)處理工藝有：酶水解技術(shù)、機(jī)械破解、超聲波破解技術(shù)、熱解處理、臭氧氧化技術(shù)、化學(xué)和熱化學(xué)水解、強(qiáng)氧化劑氧化技術(shù)、電處理技術(shù)等。厭氧消化污泥減量的主要工藝流程為，剩余污泥先經(jīng)過污泥濃縮池，進(jìn)行泥水分離濃縮，提升污泥濃度，再經(jīng)過預(yù)處理工藝提高初始階段污泥的水解作用和污泥降解速率，然后再進(jìn)入?yún)捬跸�，通過內(nèi)源代謝作用降低污泥產(chǎn)量，最后經(jīng)過污泥脫水機(jī)脫水，降低污泥含水率。主要工藝流程如圖2所示。
厭氧消化不僅可以減少剩余污泥的污泥量，還可以產(chǎn)生沼氣來回收能源，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。厭氧消化可在中溫條件（33～35 ℃）或高溫（53～55 ℃）條件下進(jìn)行，通過預(yù)處理工藝提高污泥的水解率后，促進(jìn)了污泥的減量和沼氣的產(chǎn)生。在中溫厭氧消化中可降解約40%～45%的有機(jī)質(zhì)，TSS的降解率約為30%。
2.4 污泥脫水
污泥經(jīng)濃縮、消化處理后其污泥含水率仍然在95%以上，體積很大，須要對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步脫水操作。脫水主要是去除污泥中的吸附水和毛細(xì)水，脫水后污泥含水率可達(dá)到60%～85%，形成泥餅，失去流動(dòng)性。
污泥脫水的方法有自然干化法和機(jī)械脫水法。自然干化既是將污泥平鋪于地面，依靠滲透和蒸發(fā)使污泥干化的方法。根據(jù)污泥的性質(zhì)和氣候條件的不同，污泥經(jīng)過一周到幾周的自然干化后，含水率可降到70%。自然干化法能耗較低，但因占地面積大、存在大氣污染、受氣候條件影響較大等問題，使自然干化法的推廣受到限制。目前采用較多是機(jī)械脫水法，如選用真空過濾脫水、壓濾脫水、離心脫水。機(jī)械脫水法須要對(duì)污泥進(jìn)行脫水前的預(yù)處理。預(yù)處理的方法有很多，其中應(yīng)用最廣泛的是加藥調(diào)理。加藥調(diào)理是指向污泥中投加化學(xué)藥劑，使污泥改變膠體結(jié)構(gòu)，減少污泥與水的親和力，提高污泥的脫水性能。機(jī)械脫水法占地面積小，脫水效果穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。實(shí)際生產(chǎn)中，常將污泥濃縮與機(jī)械脫水組合使用，可大大提高污泥脫水效果，降低后續(xù)污泥處理難度。
2.5 污泥干化
經(jīng)機(jī)械脫水后的污泥含水率一般在60%～85%，若直接外運(yùn)處理則需要很高的處置費(fèi)用，因此須要對(duì)脫水后的污泥進(jìn)行干化處理，使其污泥含水率降低到40%以下，以提高污泥熱值，降低污泥總質(zhì)量，為下一步污泥外運(yùn)或污泥焚燒奠定基礎(chǔ)。
污泥干化是污泥深度脫水的一種形式，是污泥焚燒的預(yù)處理裝置。污泥干化主要是去除污泥中的間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面黏附水和內(nèi)部水，采用的能源主要是熱能。根據(jù)熱介質(zhì)的不同可分為，電能污泥干化法、熱水干化法、蒸汽干化法、太陽(yáng)能干化法、天然氣干化法、爐窯煙氣余熱污泥干化法。實(shí)際生產(chǎn)中蒸汽干化法應(yīng)用比較廣泛。蒸汽干化法是利用蒸汽作為能源，使污泥中的水分蒸發(fā)，降低污泥含水率，實(shí)現(xiàn)污泥減量目的。下面是經(jīng)過考察、調(diào)研幾種不同污泥干化技術(shù)比選情況，詳細(xì)見表2。
通過表2可以看出，不同污泥干化技術(shù)，均有其不同的特點(diǎn)，但普遍存在的是現(xiàn)場(chǎng)異味問題，須進(jìn)行氣味回收處理。某化工廠選用傘式蒸汽干化技術(shù)，處理污水處理場(chǎng)60%～85%脫水后污泥，污泥處理量2t·h-1。經(jīng)過近兩年來的運(yùn)行，污泥干化后含水率可達(dá)到30%左右，基本實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)目的。但現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中仍存在以下問題，值得借鑒：①蒸汽采用低壓蒸汽，溫度低，換熱效率低，特別是對(duì)于含水率高的污泥處理效果不理想;②干料污泥螺旋輸送機(jī)故障率高，主要是污泥堵塞螺旋軸，造成軸彎曲、故障停機(jī);③現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境臭味污染嚴(yán)重，須進(jìn)行VOCS處理;④干污泥裝卸袋、車粉塵污染嚴(yán)重，須考慮密閉的機(jī)械化裝車方式。
2.6 污泥焚燒
污泥焚燒是使污泥在高溫下燃燒，將污泥中的水分、有機(jī)物全部去除的方法。焚燒后，污泥本身變?yōu)榛覡a，S、N、金屬和其他元素完全被轉(zhuǎn)變成各種最終產(chǎn)物，污泥含水率為零。該方法不但大大減少了污泥的體積和質(zhì)量，而且殺死一切病原體，使污泥不再具有污染能力，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化。爐內(nèi)停留時(shí)間、燃燒溫度、氧含量以及污泥水分和污泥熱值是污泥焚燒的主要控制因素，對(duì)污泥焚燒的效果有很大影響。
1）停留時(shí)間。為保證污泥的完全燃燒，必須使污泥在燃燒室中有足夠的停留時(shí)間，具體可根據(jù)污泥的含碳組分、熱值等情況確定。
2）溫度。燃料只有達(dá)到著火溫度，才能與氧氣反應(yīng)燃燒，因此燃燒室溫度必須保持在燃料起燃溫度以上。
3）氧氣。氧氣是污泥燃燒的助燃物質(zhì)，氧氣含量越高，污泥越易燃燒。
4）污泥水分。污泥焚燒時(shí)水分受熱蒸發(fā)，水分不斷置換，能量消耗增多。
5）污泥熱值。污泥熱值的高低由可燃質(zhì)的含量決定。污泥的可燃成分越多，熱值越高，燃燒效果越好。
目前，污泥的焚燒方式有單獨(dú)焚燒、混合焚燒兩大類。單獨(dú)焚燒須要對(duì)含水率高的污泥進(jìn)行熱干化處理，否則污泥焚燒困難，需要在爐內(nèi)停留較長(zhǎng)時(shí)間�；旌戏贌m用于污泥熱值較低污泥，可通過摻雜富氧空氣、富余的干氣等輔助燃料，提高焚燒效率。
污泥焚燒設(shè)備主要是焚燒爐，主要有流化床爐、回轉(zhuǎn)爐、立式爐及立式多段爐等多種爐型。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已運(yùn)行的污泥焚燒爐多為流化床焚燒爐，其能夠滿足物料充分混合，提供充足熱量，實(shí)現(xiàn)徹底燃燒。嚴(yán)格控制焚燒時(shí)間及焚燒溫度，可以有效控制有毒氣體的產(chǎn)生�；以俏勰喾贌蟮淖罱K產(chǎn)物，可以再次利用制成建筑用磚等，從而實(shí)現(xiàn)了污泥這一危險(xiǎn)廢物的零污染、零排放，完成了污泥處置的良性閉環(huán)管理。
3 結(jié)束語(yǔ)
污泥處理是保證污水處理廠良好運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，降低污泥產(chǎn)量，使污泥能夠穩(wěn)定化、無害化及綜合利用是企業(yè)追求的最終目標(biāo)。但在中國(guó)無害化及綜合利用缺乏最終的處置手段，研究發(fā)現(xiàn)污泥農(nóng)用、污泥堆肥等方法因土地板結(jié)、肥效低下等問題，在國(guó)內(nèi)并沒有得到推廣，中國(guó)目前最主要的污泥處置方式為污泥填埋（占90%），而隨著污泥產(chǎn)量的增加，填埋場(chǎng)地問題也越來越突出，大多城市已經(jīng)出現(xiàn)無地填埋的尷尬處境，導(dǎo)致污泥處置的費(fèi)用越來越高，所以污水處理廠污泥減量化急需一套完整的處理體系，無論是在水處理環(huán)節(jié)，還是污泥處理環(huán)節(jié)，均應(yīng)加大對(duì)污泥減量化技術(shù)的研究和落實(shí)，推動(dòng)污泥最終資源化進(jìn)程。污泥焚燒可以作為污泥最大減量化、資源化的一種技術(shù)手段，可根據(jù)污泥熱值情況，進(jìn)行單獨(dú)焚燒或者混合摻燒。但污泥焚燒還存在一些弊端，需要市場(chǎng)反復(fù)的驗(yàn)證，以及更深一步的研究與探討。
作者：宋艷會(huì) 李兵 楊培君 李元明 李家樂 魏志剛
