城镇污水处理厂剩余污泥处理与处置技术探讨 5页

第28卷第13期中国给水排水Vo1．28No．132012年7月CHINAWATER＆WASTEWATERJu1．2012城镇污水处理厂剩余污泥处理与处置技术探讨鲍立新，李激，蒋岚岚，耿震2(1．无锡市排水公司，江苏无锡214026；2．无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡214072)摘要：随着城镇污水处理率的提高，污水处理厂的污泥减量化和处理、处置等问题日益受到重视。介绍了近年来在无锡市芦村污水处理厂开展的多项污泥减量化和处理、处置研究，包括污泥厌氧消化、生物茵剂减量、好氧沉淀工艺减量、延时曝气减量、生物沥浸干化、剩余污泥制肥、剩余污泥合成PHAs等。通过对实际运行数据的整理和分析，对技术的处理效果和适用条件进行了比较和讨论，并探讨了适合无锡地区的污水处理厂污泥处理与处置的技术路线。关键词：污泥处理与处置；污泥减量化；污泥资源化；技术路线中图分类号：X703文献标识码：C文章编号：1000—4602(2012)13—0152—05DiscussiononTechnologyforTreatmentandDisposalofExcessSludgefromWWTPBAOLi—xin，LIJi，JIANGLan—lan，GENGZhen(1．WuxiDrainageCompany，Wuxi214026，China；2．WuxiMunicipalDesignandResearchInstituteCo．Ltd．，Wuxi214072，China)Abstract：Aswastewatertreatmentplants(WWTPs)increasetheirtreatmentcapacity，thereduc—tion，treatment，anddisposalofexcesssludgebecomeevermoreimportant．SeveraltechniquesforsludgetreatmentappliedinLucunWWTPinWuxiCitywereintroduced．Theyincludedanaerobicdigestion．re·agentsaddition，oxic—settling—anaerobicprocess，extendedaeration，bioleachingdehydration，fertiliza—tion，p0lyhydroxyalkanoatesproduction．Thetreatmentperformanceandsuitableconditionswerecom—paredbyanalyzingtheoperationdata，andthepossibletechniquesfortheexcesssludgetreatmentanddisposalinWuxiCitywerediscussed．Keywords：sludgetreatmentanddisposal；sludgereduction；sludgeresourceutilization；technologyroadmap随着城镇污水处理率的提高，污水处理厂的污长期解决城市污泥出路是一大难题。近年来，无锡泥减量化和处理、处置等问题日益受到重视-2J。市芦村污水处理厂陆续开展了多项污泥处理与处置无锡市主城区三个污水处理厂(太湖新城、芦村、城技术示范工程，比如厌氧消化、添加菌剂、好氧／沉北)的处理规模为65X10m／d，产生污泥量在500淀／厌氧(OSA)工艺、生物沥浸高干脱水、好氧堆肥、t／d以上(以含水率为80％计)，污泥处理与处置压加钙制砖、水解生产PHAs等多项技术的中试研究力较大。目前城市污泥有填埋、制砖、园林基质生产或示范工程，通过长期运行，均取得了一定的效果。等几个途径，但随着形势的发展，传统的填埋已越来笔者重点介绍了这些技术的运行情况，并在此基础越不被填埋场所接受，制砖、园林基质肥料等也受到上简要讨论了无锡市解决污泥处理与处置问题的技污泥水分高、运输不便等的困扰。因此，如何合理、术路线·152·\n鲍立新，等：城镇污水处理厂剩余污泥处理与处置技术探讨第28卷第13期1芦村污水厂现状污泥处理工艺介绍1．2污泥特性1．1污水处理厂概况保持良好的污泥活性是工艺处理与处置的关无锡市芦村污水厂位于无锡市东南部京杭大运键，主要体现在生物量、碳和氨的氧化能力等。经过河畔，总服务面积为80km，目前处理规模为30X测试，芦村污水处理厂的污泥有机成分偏低，含量为10m／d，出水水质执行国家一级A排放标准，采用45％～55％；以乙酸为底物的异养菌比增长速率为以多种模式的A／0生物处理为主体、辅以化学除3．2d～，低于一般生活污水处理厂的数据；异养菌磷和深度处理的污水处理工艺。污泥处理采用二级产率系数约为0．8，高于正常数据。统计了2002中温厌氧消化工艺，污泥来自初沉污泥和剩余污泥，年-2Ol0年的污泥性质数据，其元素含量如表1所含水率均约为97％，处理量约为l1001TI／d。刁表1剩余污泥的元素含量(／7=4)Tab．1Elementscontentofexcesssludge(n=4)项目重金属元素／(mg·kg)肥效元素／(g·kg)锌铜铅镍铬镉汞砷氮磷钾范围762～10104～36580—50353～1178—4350～6．90．9～3．124．6～321．2～2．6l6～256．0～45．3均值9l124820688l323．82．127．32．119．818．51．3现状污泥处理工艺2其他技术介绍及研究结果芦村污水处理厂现状采用中温二级消化工艺，2．1添加菌剂减量技术建有全地下式的预热池，热源为锅炉房蒸汽，采用蒸通过在工艺中添加复合菌剂，调节优化微生物汽直接喷射加热。污泥消化池共3座，包括2座一群落结构，实现剩余污泥减量。国内有较多投加菌级消化池和1座二级消化池，顶盖为固定盖式，池外剂的案例见诸报道。从2009年12月起，在芦村壁没有保温层，采用池外循环水锅炉加热。消化池污水处理厂三期(10X10Ill／d)A／0工艺上开展采用下部进泥、上部溢流排泥的方式，采用机械搅拌了添加菌剂实现污泥减量的试验，菌剂为无锡某公和沼气搅拌两种。消化池总有效容积为7766133，司提供的MSW—DS污泥减量药剂。菌剂投加量为每日污泥投配率均维持在5％～7％。沼气除供食lmL／m。，加药点位于好氧段首端。在进水条件接堂使用外，剩余部分用于锅炉燃烧对污泥预热池进近的情况下，通过试验系列和对照系列(该厂一、二行加热，锅炉每天运行4～5h。期，规模为10X10m／d)的对比表明，剩余污泥排厌氧消化是比较成熟的污泥减量化与稳定化技放量差别较大，投加菌剂后剩余污泥的减量效果明术，在国外得到了广泛应用。但是，污泥厌氧消化技显(见图1)。术在国内遇到了较多困难，主要体现在安全管理要求高、污泥有机成分含量偏低、产气量低、维护和运f行费用高等。在芦村污水处理厂的运行实践中，也吕遇到有机成分含量偏低、运行费用高等问题。2009血I】赋年__2010年检测数据表明，进泥的有机成分含量为40％～50％，出泥的有机成分含量减少约为8％。正常运行时的年均沼气特性如下：CO为(17．5±0．7)％、O，为(1．8±0．8)％、CH为(55．9±1．7)％、H，为(8．9±2．3)％，热值为(5063±189)kJ／m，略低于文献报道的数值。这主要是因为沼气产量低，不能满足锅炉长时间运行，因此污泥消化工艺达图1添加菌剂后污泥减量效果不到中温消化条件，实际运行是常温消化，加上污泥Fig．1Sludgereductionefectafterreagentsaddition的有机物含量较低，因此产气速率和甲烷浓度都偏在试验过程中发现，当污水处理工艺运行情况低。良好时，减量药剂可以发挥一定的减量效果；但是减·153·\n第28卷第13期中国给水排水量工艺的运行效果受多种因素影响，抗冲击的能力分析原因主要有以下两方面：①好氧、厌氧的交替循比较弱，需要对全流程进行精细化管理，才能实现良环可促进分解代谢活性，使分解代谢和合成代谢相好的减量效果。因此在实际应用中需要注意以下问分离，微生物从厌氧过程向好氧过程的转变会发生题：①准确判断当前工艺是否适合使用添加药剂，其解偶联现象，其产率系数会降低；②好氧污泥中的微减量需要整体工艺良好和连续的日常运行和管理；生物突然进入厌氧环境中，不能利用外界营养物质②减量效果与进水生化段的颗粒物浓度密切相关，产生能量，只能利用自身的ATP作为能源以满足微当进水SS大幅度波动时，会影响和破坏减量效果，生物的能量需求，污泥发生部分内源呼吸，最终氧化沉砂池、初沉池运行不良时慎用；③投加菌剂最好与成CO：和HO，减少生物代谢量。在试验中减量模MBBR、MBR等抗冲击负荷强的工艺联合使用。块曝气池内的污泥浓度较高(保持在6～10L)，添加药剂实现污泥减量的机理主要包括微生物减量模块沉淀池底部的泥位上升、内部处于厌氧水强化、酶促作用、生物降解、微型动物捕食、长泥龄、解环境，荧光检测证实该沉淀池存在微生物溶胞现解偶联代谢等。由于高降解率的菌株一般合成率也象。很低，因此产率较低；而且系统不支持其自然生长，2．3延时曝气减量技术一般需要持续投加菌剂。通过延长曝气时间，可以使污泥较长时问处于2．2好氧沉淀减量技术内源呼吸状态，从而实现污泥减量。芦村污水处理采用山东某公司开发的SPRAS工艺在芦村污厂四期工程采用氧化沟型A／O工艺，为了提高系水处理厂进行了中试，工艺流程如图2所示。统脱氮的可靠性，采用了较大池容，设计停留时间超过22h。经过长期运行，发现与芦村一、二期工艺相进比，芦村四期工艺的剩余污泥排放量明显较少，体现了良好的污泥减量效果(见表2)。延时曝气后剩余污泥产量明显降低，这主要是因为污泥较长时间处于内源呼吸状态，消耗了微生物自身合成的细胞物质，将有机物转变为CO，从而实现了污泥减量。延时曝气减量是以较大的池容和更高的曝气能耗为代价的，因此在实际运行过程中，需采取一定的节能降图2SPRAS工艺流程耗措施，比如通过溶解氧稳定控制系统降低鼓风机Fig．2FlowchartofSPRASprocess电耗等。芦村污水厂四期工艺采用了精确曝气控制中试期问连续运行三个月未排泥，对COD、SS系统，将DO浓度稳定控制在1．5mg／L以下，节约的平均去除率>50％，总固体消减率约为60．3％。了能耗。表2污泥减量效果的比较Tab．2Comparisonofsludgereductionefect项目规模／HRT／hD0／电耗／(kW·h·m。)剩余污泥量／m(10m。·d)生物池二沉池(mg·L)曝气单元总系统(含水率为99．5％)一、二期101034～7～0．150．3～1500四期102230．51．5～0．120．35—3002．4生物沥浸干化技术加任何絮凝剂(如PAM等)的情况下，直接用普通生物沥浸干化技术是利用嗜酸性硫杆菌群进行压力的厢式压滤机脱水到含水率<60％。该工艺可污泥调理，使剩余污泥的脱水性能得到大幅度改善，在常温、常压下进行，泥饼呈土黄色、无臭味，有机同时污泥中的重金属和病原菌也得到有效去除。该质、热值和养分均不减少，因此可直接破碎作为肥料方法采用专门的微生物对浓缩污泥或稀释后的脱水或营养土，也可作为“人工褐煤”自持焚烧；压滤水污泥进行处理(曝气处理48h)，然后进一步在沉淀无色，COD和氨氮浓度均较低。该技术工艺路线池中浓缩到含水率为90％～92％，最终污泥在不添如图3所示。·154·\n鲍立新，等：城镇污水处理厂剩余污泥处理与处置技术探讨第28卷第l3期出料。根据需要，出料可以进入二级发酵，再进一步降解发酵。滚筒动态好氧高温发酵技术升温速度快，可实现连续进料和出料，出料稳定化和腐熟度指标均达标。采用密闭环境和智能通风设计，臭气排放少且易收集处理，解决了传统堆肥工艺臭味大、难收集处理等限制因素，适用于中小型水厂脱水污泥图3生物沥浸干化技术工艺流程处理，设备机械化、集成化程度高，占地少，布置灵Fig．3Flowchartofbioleachingdehydration活，适用范围较广泛。该技术在无锡太湖新城污水处理厂进行生产性好氧发酵中试的进料含水率为(65±2．4)％、应用时效果良好，且经受了低温条件的考验。在室有机质含量为(85±3．5)％，出料含水率为(63±外温度为一5℃时，反应器内部泥温为11℃，此时1．1)％、有机质含量为(83±2．7)％，原泥的含水率发现微生物活性明显下降，污泥脱水效果变差，表现为(87±1．2)％、有机质含量为(51±1．5)％。可以在压滤时间需延长1～2h才能保证污泥含水率<看到，经过好氧发酵处理后，污泥的含水率降低了60％。但该问题通过调节营养剂用量以增大微生物20％以上，有机质含量达到85％左右，基本满足肥量后得到了明显克服。料的使用要求。目前芦村污水处理厂在建“生物沥浸调理一厢2．6污泥加钙稳定和资源化式板框压滤”工艺实现污泥的高于度脱水，脱水后2011年下半年，北京某公司在芦村污水处理厂污泥可用于发酵制肥和自持焚烧等资源化和最终处开展了污泥加钙稳定干化一建材利用技术路线工艺置目的，从而解决目前剩余污泥出路难的困境。优化及中试研究，技术原理如图5所示。2。5剩余污泥好氧制肥2011年9月一12月，北京某公司在芦村污水处理厂开展了滚筒式动态好氧发酵系统的中试研究工作，实现了脱水污泥生产有机肥的工艺。试验装置如图4所示。图5污泥加钙稳定化的技术原理Fig．5Technicalprincipleofsludgestabilizationwithcalcium通过研究，优化了石灰投加量及污泥脱水效果工艺参数；确定了降低石灰投加量和运行成本的途径和方法；通过分析加钙干化污泥的特性，探讨了作图4滚筒式动态好氧发酵系统为路基土、烧结砖及水泥窑添加料的利用方式、掺混Fig．4Drumdynamicaerobicfermentationsystem比例等。研究结果表明，对含水率为80％的芦村污在好氧发酵过程中，脱水污泥和辅料首先进行水处理厂污泥，当生石灰(CaO含量>85％)投加比前处理混合，然后进入滚筒式发酵反应器进行好氧>17．6％时，pH值虽可基本满足灭菌要求，但干化发酵，最后从尾部出料后进行筛分。反应器在发酵效果一般，出泥颗粒较大、温度较低；生石灰投加比过程中缓慢转动，使物料随着转筒的转动而不断翻约为25％时干化效果较好。出泥含水率、pH值、粒滚、搅和及混合，并逐渐向筒的下方移动，直到最后径、杀菌率、重金属等主要参数能满足填埋场覆盖排出。新鲜空气由鼓风机从生物反应器的尾部鼓土、制砖、水泥熟料泥质的要求。人，与反应器内物料逆向流动。污泥和辅料在反应2．7剩余污泥合成PHAs器内停留数天进行发酵，然后自尾部筛分筒筛分和目前，将污泥中有机质进行转化的技术主要集·155·\n第28卷第13期中国给水排水中在产生能源，如甲烷和氢气。但是污泥无论是用从技术实际应用的成熟程度来看，厌氧消化和来产甲烷，还是产氢气，获得的产物附加值含量都比好氧堆肥最为成熟可靠，国内外均有较多的工程案较低，导致污泥资源化的经济效益不高。因此，利用例和设计资料，两者均要求污泥有较高的有机质比污泥这种廉价的底物生产附加值更高的生物化学品例；OSA工艺、生物沥浸、加钙制砖等技术次之，目将成为污泥资源化的新途径。前国内有较多的示范工程和运行案例，技术进步比2010年_2011年，清华大学环境学院在芦村污较迅速；成熟度还需提高的是添加菌剂和水解生产水厂开展了剩余污泥水解酸化用于生产可降解塑料PHAs技术，前者需要对机理进行深入研究，后者则原料PHAs的中试研究。其技术原理为：首先通过需要解决高成本的问题。水解酸化释放剩余污泥中的碳元素，然后筛选活性鉴于无锡地区剩余污泥有机质含量和重金属含污泥系统中的功能微生物，将有机物合成为PHAs，量低、土地资源紧张、大气污染控制严格等现实条见图6。件，可以根据实际情况选择好氧堆肥、OSA工艺、生污泥脱7k机物沥浸、加钙制砖等工艺；条件及资金允许的情况下，可以考虑厌氧消化工艺和添加菌剂工艺。脱水污泥参考文献：[1]王琳，王宝贞．污泥减量技术[J]．给水排水，2000，26(10)：28—31．眦呕[2]赵庆良，赵赫，林估侃，等．剩余污泥减量化技术研究进展与发展趋势[J]．给水排水，2005，31(11)：106—图6剩余污泥合成PHAs的技术路线111．Fig．6Technologymadmapf0rsyn~esis0fPHAsfrom[3]王敏，王里奥，包亮，等．多功能微生物制剂用于污泥excessshdge减量的研究[J]．中国给水排水，2007，23(7)：16—19．研究组通过瞬时好氧供料法采用丰盛一饥饿[4]李军，周婷，张宁，等．厌氧／好氧耦合反应器的除污效模式从剩余活性污泥中驯化得到生产PHAs的复合能及污泥减量效果[J]．中国给水排水，2006，22(23)：菌群S一150，在模拟水解酸化液中其PHAs积累率5—8．最高可以达到59％，在污泥水解酸化液中积累率最[5]宋兴伟，周立祥．生物沥浸处理对城市污泥脱水性能的影响研究[J]．环境科学学报，2008，28(10)：2012—高为25％。2017．3结论及展望[6]何作伟，程家迪，熊惠磊，等．剩余污泥水解酸化释放介绍了无锡市芦村污水处理厂开展的多项剩余有机物的效果及影响因素研究[J]．给水排水，2011，污泥处理与处置、稳定化、减量化和资源化的技术，37(S1)：216—219．包括厌氧消化、添加菌剂、好氧／沉淀／厌氧(OSA)工艺、生物沥浸高干脱水、好氧堆肥、加钙制砖、水解生E—mml：Bao200902@126．com产PHAs等多项技术，均取得了一定的效果。收稿日期：2012—04—05●●·156·