生物瀝浸污泥深度脫水處理技術的產業化應用

雷艷軍+張衛華

摘 要：生物瀝浸污泥深度脫水處理技術，是國內外首次成功實現工程產業化應用的新型微生物污泥處理技術，它利用特殊的專利微生物菌群，對市政及工業污泥進行深度脫水處理，不需添加任何絮凝劑可將含水率降至60%以下，同時對重金屬的去除效果明顯。該技術大大改善了污泥的沉降性能和脫水性能，實現了“減量化、無害化、資源化”目標，給污水處理廠帶來環保及經濟上的雙重效益，徹底解決了污泥二次污染并實現污泥的資源化利用。符合國家和本市節能環保產業的相關扶持及技術推廣政策。目前該技術已經完全實現產業化應用，有效地化解我國污泥處理處置的難題。由于其在技術和產業化應用方面的優勢，在國內外市場上實現該技術的產業化應用具有廣闊的發展前景和市場需求。

關鍵詞：市政及工業污泥;生物瀝浸;微生物;深度脫水;產業化應用

中圖分類號： X703 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-153-4

0 ?引言

據統計，截至2016年3月底，全國設市城市、縣（以下簡稱城鎮，不含其他建制鎮）累計建成污水處理廠3910座，污水處理能力達1.67億m3/d[1]。按1萬t污水處理產干泥1.5t估算，全部建成投產后全國將產生含水80%的市政污泥4000萬t/a以上，但迄今絕大部分城鎮未能妥善處置污泥，因此造成了二次環境污染。隨著“十三五”的到來，污泥量還會增加。預計到2020年，我國的市政污泥量將達到6000-9000萬噸[2]。我國近年污水處理能力快速提升，污泥無害化處理能力卻成為短板，全國污泥安全有效處理率遠低于30%。2015年，《水十條》明確了現有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上[3]。

北京中科國通環保工程技術股份有限公司（以下簡稱“中科國通”）是生物瀝浸污泥深度脫水處理技術工程產業化應用的首創者和推廣者，擁有多項相關核心專利技術。此生物法處理污泥的新思路，完全顛覆了以往污泥處理僅靠物理法和化學法的思路，為后續資源化處置提供了更為廣闊的思路。在國際上，該類微生物應用于工業和市政污泥處理處置工程中，尚屬首次。該技術與國內外同類污泥處理處置工藝相比較，具有顯著的創新性。本技術開發和實施的污泥無害化和資源化的生物瀝浸深度脫水處理技術及其示范工程在國際上具有領先地位。

1 ?設計指標

1.1 進泥指標

設計進泥指標：由于污水處理產生的剩余污泥含水率較高（99.2%-99.5%），故須設置污泥濃縮設施，將污泥含水率降至97%-98%，便于后續污泥處理。

1.2 出泥指標

為達到污泥減量化，降低污泥外運處置費用，同時方便后續污泥資源化利用，確定生物瀝浸污泥深度脫水處理項目設計出泥含水率≤60%。

2 ?生物瀝浸污泥深度脫水處理工藝說明

2.1 生物瀝浸污泥深度脫水處理技術簡介

生物瀝浸污泥深度脫水處理技術采用的是不同于污水處理的以自養型微生物為主并配合少量特異的異養菌組成的特殊微生物復合菌群。該微生物最重要特點是幾乎不降解污泥中的有機物，能利用污泥中無機養分和添加的營養劑生長，僅有少量異養菌可以降解水溶性有機物，從而能保證有機質含量基本不變，為污泥好氧發酵奠定良好基礎。在污泥處理過程中，該類微生物很快替代污泥中原有持水能力較強的以異養型微生物為主的活性污泥菌體膠團，后者逐漸死亡，從而破壞了能吸持大量水分的毛細管，使更多的毛細管水釋放成間隙水或自由水，使污泥脫水性能明顯提高。另外在該類微生物的作用下，污泥pH會下降，從而使原先帶有大量負電荷的污泥顆粒的電性逐漸被中和，污泥顆粒Zeta電位趨近于0，因此，處理后污泥由于不再存在同性電荷互相排斥作用而能自我聚沉，促進了污泥的沉降性[4-5]。

污泥經菌群改性處理后排入菌質池，用泵輸送到綜合脫水機房的板框壓濾機進行壓濾脫水，干化后泥餅含水率低于60%，呈固態餅狀，且污泥性質基本沒有改變，N、P等營養元素提高，有機質含量幾乎沒有衰減，這有利于焚燒處置或園林綠化制肥處理從而實現資源化利用的目的[6]。

實際市政污泥處理工程應用中壓濾后減量化的泥餅將進行資源化處置。污泥壓濾脫水產生的壓濾水COD≤300mg/L，SS≤150mg/L，TP≤5mg/L，可以直接排入水廠污水處理系統再處理。整個污泥處理過程不產生新的污染，不改變污水廠的污水處理工藝流程，對污水處理廠的正常運行沒有任何負面影響。

2.1.1 ?技術優點

①無須脫水藥劑：脫水過程無須外加PAM等絮凝劑，也無須添加石灰等干燥劑，幾乎不增加污泥絕干量;

②實現深度脫水：容易機械脫水至含水率60%以下，成為半干化污泥;

③可去除重金屬：在一定條件下，重金屬去除率或回收率達80%以上;

④衛生無害化：消除污泥惡臭、病原菌滅活率95%以上;

⑤外觀改善：外觀呈無臭的土黃色餅狀;

⑥有機質熱值高：處理后污泥干基熱值和有機質含量不受影響;

⑦環境安全：處理過程常溫常壓、無二次污染風險，操作安全，無“鄰避效應”。

⑧經濟高效：運行費用低，直接處理成本僅為100-120元/噸污泥（折合含水率80%）[7-8]，可節省常規脫水需添加PAM等絮凝劑成本;

⑨多途徑資源化：干化污泥后續處置可好氧發酵、焚燒、作土壤改良劑、建材等。其中，好氧發酵所需要調整材僅為常規脫水污泥好氧發酵的1/5-1/10。而且占地大幅度減少，惡臭消減[9]。

2.1.2 ?缺點

①與傳統污泥處理工藝及化學干化等工藝相比，生物瀝浸反應池池體偏大;

②該技術屬于微生物改性處理技術，微生物反應繁殖周期需24-48h，故反應時間比其他工藝較長。

圖3-1 ?污泥生物瀝浸池

圖3-2 ?生物瀝浸深度脫水干化污泥餅

2.2 工藝流程圖（圖3-3）

工藝流程簡要說明：生物瀝浸污泥深度脫水處理技術從污水處理廠的濃縮池或其他水廠外運污泥經稀釋池稀釋后接入，將濃縮污泥或稀釋污泥直接通過污泥提升泵進入生物瀝浸反應池，利用專利微生物菌群釋放污泥中束縛水，使污泥的沉降性能和脫水性能大幅度提高，改性后的污泥經均質池可直接進入生物瀝浸專用板框壓濾機進行脫水，不需要再添加任何絮凝劑，壓濾出的污泥餅含水率60%以下。

對于重金屬超標的污泥，通過強化專利微生物菌群的作用，可溶出污泥中含有的重金屬，使重金屬以離子態

進入上清液中，然后通過安全經濟有效的化學方法將重金屬從上清液中分離出來，從而達到去除和回收重金屬的目的[10-11]。

生物瀝浸污泥深度脫水處理技術是一種非常獨特的源頭減量化和無害化的處理技術，該技術同各個項目最佳結合為直接建設在污水處理廠內部，改變原有污水處理廠工藝后端的污泥處理工藝，直接接收污水處理廠濃縮污泥進行改性處理，改性好的污泥用生物瀝浸專用板框壓濾機直接壓濾到含水率60%以下，可以實現污泥減量50%以上，并實現惡臭消除和病原菌滅活，同時，可以把污水處理廠原有污泥脫水系統的相關費用全部節省下來，操作和管理簡單，可納入污水處理廠的管理體系，干化后的泥餅既可以園林綠化，又可以進行焚燒等資源化處置。同其他污泥處理工藝技術相比，在都達到環保排放要求的前提下，總處理成本具有相當的優勢，是最優的工藝路線。為此，在新上污水處理項目或改擴建污水處理廠時，本技術將是一步實現污泥減量化和無害化處理的最佳優選技術。

2.3 工藝特點

生物瀝浸污泥深度脫水處理工藝包括了“生物預處理、壓濾脫水”兩大單元。主要特點和參數如下：

①專利微生物復合菌群針對不同污泥設計復配。

②污泥生物處理在操作中不產生有毒氣體，也不逸出臭味，反應完全在常溫常壓下進行，無“鄰避效應”。

③生物瀝浸反應池是整個工藝的核心部分，污泥停留時間控制在2d左右。

④經過生物瀝浸改性后的污泥，沉降性能和脫水性能好，不需要投加任何絮凝劑（PAM）或石灰等無機藥劑即可實現深度機械脫水，而且固體回收率高。

⑤可一步脫水到含水率≤60%，節省原有離心脫水環節的電耗及絮凝劑費用。

⑥深度脫水污泥的有機質和熱值基本保持不衰減，有利于污泥的后續處置及資源化利用。

3 ?產業化應用

3.1 生物瀝浸污泥深度脫水處理技術來源及成熟度

生物瀝浸污泥深度脫水處理技術由南京農業大學資源與環境學院周立祥教授研發，中科國通對該技術擁有獨占許可授權，并將該技術進行產業化實踐應用及技術推廣。2010年8月生物瀝浸污泥深度脫水處理和資源化科技示范工程在無錫太湖新城污水處理廠正式投產運行，日處理5萬t污水所產生的污泥，成為國際上第一個采用生物瀝浸污泥深度脫水處理和資源化的工程案例[12-13]。2012年5月，中科國通無錫蘆村污水處理廠污泥處理處置項目獲得國家火炬計劃產業化示范項目立項，項目名稱：污泥生物瀝浸法處理新技術產業化示范（項目編號：2012GH061903）。目前，該技術已在多個大型工程中得到良好應用。截至2016年8月底，完成建設項目十余個，在建項目2個。其中，市政污泥總處理規模達3000噸/日，年處理規模近100萬噸。

該技術系統工藝設計靈活，根據不同的污泥處理規模和污泥性質可以提供不同的處理技術參數。處理效果好，具備市場競爭經濟性、安全性、穩定性、可靠性，極具市場推廣前景，同時是一種污泥處理上新的理念，是目前經濟可行、最徹底的解決方式。對于一般城市污水處理廠重金屬不會超標，通過該技術處理后的干化污泥還可用于堆肥、城市綠化、綠植培植與栽種的底肥使用等，充分做到污泥再利用及無害化處理的目標。該技術具有不可替代的優勢，市場認可度已越來越高。

3.2 典型案例

目前，生物瀝浸污泥深度脫水處理技術先后以不同方式在無錫太湖新城污水處理廠、無錫蘆村污水處理廠、寧波南區污水處理廠、寧波北區污水處理廠、寧波三菱化學有限公司、西安第六污水處理廠、哈爾濱龍江環保污水處理廠、長春串湖污水處理廠、桐鄉城市污水處理廠、汕頭蓮下污水處理廠、鄭州馬頭崗污水處理廠等多個大型工程中得到成功應用。采用的工藝主要為生物瀝浸深度脫水+焚燒（寧波三菱化學有限公司、寧波北區污水處理廠、桐鄉城市污水處理廠、汕頭蓮下污水處理廠）、生物瀝浸深度脫水+衛生填埋（西安第六污水處理廠）和生物瀝浸深度脫水+好氧發酵（無錫太湖新城污水處理廠、無錫蘆村污水處理廠、寧波南區污水處理廠、哈爾濱龍江環保污水處理廠、長春串湖污水處理廠、鄭州馬頭崗污水處理廠）[12]。

針對不同污泥處理項目，可開發相適應的解決方案并以PPP/BOT、EPC、委托運營、核心技術設備等服務模式進行項目實施，以高效率、低成本、安全、環保的方式實現污泥“減量化、無害化、資源化”的目標。

①無錫蘆村污水處理廠污泥處理處置項目（BOT類）

該項目污水處理規模為10萬m3/日，市政污泥先經過生物瀝浸深度脫水技術進行減量化和無害化處理，干化到60%含水率以下的泥餅再進行好氧發酵穩定化處理，得到的營養土進行園林綠化以實現資源化利用[9]。

②寧波三菱化學PTA化工污泥處理項目（核心技術設備提供類）

寧波三菱化學有限公司為世界500強企業，年產PTA60萬噸，日產生88%含水率PTA有機污泥約30噸，采用生物瀝浸深度脫水處理技術以EPC+托管運行方式進行項目合作，干化后的泥餅進行焚燒處置。

③哈爾濱市龍江環保污水處理廠污泥處理處置項目（核心技術設備提供類）

該項目位于哈爾濱龍江環保文昌和太平污水處理廠（兩廠緊鄰，共計污水處理量為65萬噸/日）內，處理該兩廠所產生污泥以及哈爾濱市其他污水處理廠每日用車輛運送過來的近350噸/日含水率80%污泥，總處理規模約1000噸/日，為國內最大的污泥處理處置項目之一。

項目實際運行效果：達到設計各項指標，以生物處理的方式對污泥進行了改性，以低碳環保方式實現了污泥的減量化、無害化，大大提高了后續焚燒處置的效率及好氧發酵資源化處置利用率，大幅降低了處理處置成本，節約了項目用地。

3.3 污泥外運處置費用

各項目采用該生物瀝浸法改性處理后干化泥餅有機質得到完好保留，重金屬含量大幅降低，可以作為下游有機肥廠的優質原料，具有良好資源化價值。參照無錫、寧波、哈爾濱等地項目，經生物瀝浸深度脫水處理后的污泥可以以很低成本進行好氧發酵等資源化利用處置，故項目的實施可節省大量外運及處置費用。如項目所在地不具備好氧發酵資源化利用條件，經生物瀝浸深度脫水處理后的污泥由于熱值高，可不經熱干化便可以較低價格進入電廠或水泥廠進行協同焚燒處置，也可大幅降低污泥干化成本和處置成本。

3.4 額外收益

傳統污泥脫水處理方式（帶式或離心式脫水）噸泥處理費約50-70元，包括將污泥脫水到80%含水率的絮凝劑費用、電費、人工費、維修費等。而采用生物瀝浸深度脫水處理工藝后可將此部分費用省去，因采用該工藝直接處理成本僅為100-120元/噸污泥（折合含水率80%）左右，也就是說噸泥處理費僅增加50-70元即可將污泥減量50%以上，同時實現污泥惡臭消除、病原菌滅活等無害化指標，且對后續穩定化和資源化創造了良好的條件，故經濟效益和環境效益非常可觀。

4 ?結論

第一，通過以生物瀝浸+板框壓濾脫水作為主工藝流程的污泥深度脫水處理系統在中科國通五年來的穩定運行，證明了該污泥深度脫水處理系統實現了應用創新、技術創新、生產工藝創新：

①可在常溫常壓下進行，運行安全，無二次污染風險;

②經過生物瀝浸改性處理后的污泥不需添加化學藥劑即可一步機械脫水到含水率60%以下，且壓濾水COD，氨氮含量很低，出水水質穩定，可直接進污水處理廠管網;

③泥餅干基有機質和熱值等有益成分不損失，解決了污泥資源化利用的瓶頸問題;

④當污泥中重金屬超標時，還可同步去除或回收污泥中重金屬，同步實現污泥減量化和無害化的雙重目標;

⑤生物瀝浸污泥餅容易堆肥，較好解決了常規污泥堆肥需要大量輔料、占地、有惡臭、操作不便以及產品養分含量低的弊端;

⑥該系統操作較為簡單，便于生產中管理和維護，實現了環境效益、社會效益及經濟效益的協調統一。

第二，由于各項目工況不同，實施的具體要求不同，還需根據現有建成項目，發現問題，總結經驗，對生物瀝浸污泥深度脫水處理技術進行優化升級，不斷完善。

參 考 文 獻

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