污泥干化污水處理

朱來松，袁勁梅，趙 珍

(中電環保股份有限公司，江蘇 南京 210008)

隨著污水處理量的飆升，污泥量顯著增加。我國污泥2015年3820萬t，2016年4104萬t，預計2020年超過5000萬t[1-2]。污泥含有豐富的有機質、氮、磷、鉀等營養物質，利用價值顯現，污泥的高含水率是制約污泥處理技術發展的關鍵[3]。目前污泥處置常用方法是填埋、堆肥和焚燒[4]，污泥因重金屬等有害物質含量較高，污泥堆肥存在問題，污泥的不穩定性導致污泥填埋時無法堆高造成用地過大和土地資源日趨緊張等問題[5]，焚燒法[6]因具有減量化、資源化等優勢，逐漸成為主流方式。污泥焚燒通常需要先進行污泥脫水或熱干化等前處理以提高污泥的熱值。

污泥干化采用熱能蒸發水分，大幅減少污泥體積、存儲、處置成本，可去除病原體[7]。由于干化過程中微生物裂解，脂肪、蛋白質等大分子有機質水解，揮發性物質釋放，使污水中含有大量的氨氮和揮發性有機物[8]、重金屬、油脂，不能直接排入污水處理廠，由污泥干化點自行處理，達到回用水標準回用或納管標準后排入市政管網。

目前，污泥干化及其資源化利用頗受關注，隨著我國污泥干化的專業化、規模化，污泥干化污水單獨處理后回用或達標排放已成趨勢。不同的污泥干化污水含有的污染物不同[9]，作為一類特殊污水，其生物處理技術應用鮮有報道。根據污泥干化污水的生化性，可以采用A/O、氧化溝、SBR等工藝進行處理。

本文以市政、印染、藥渣生化污泥三種污泥干化產生的污水為例，介紹利用改良A/O工藝處理取得的效果及經濟性分析，為污泥的規模化資源利用提供依據。

1 項目情況

1.1 污水水質與水量

市政、印染、藥渣生化污泥干化產生的污水水質如表1所示。

表1 污泥干化污水水質

1.2 工藝流程及說明

1.2.1 市政污泥干化項目

污泥干化污水經混凝沉淀后至調節池，泵送至生化系統，系統設置了預缺氧池，與AO2、二沉池組成了改良的生化系統。二沉池出水收集于清水池，水質達到一級A標準供系統和企業回用。

1.2.2 印染污泥干化項目

污水經混凝沉淀至調節池，泵送至兩段AO，經二沉池、濾布濾池后至清水池，系統出水達到GB19923《城市污水再利用工業用水水質》回用水標準，部分回用，其余排入市政管網。

1.2.3 藥渣污泥干化項目

污水經絮凝沉淀、氣浮后進入調節池，泵送至設有水解酸化和兩段回流的AO改良生化系統，經二沉池、濾布濾池后進入清水池，出水達到GB19923《城市污水再利用工業用水水質》工藝與產品用水標準，部分回用，其余排入市政管網。

2 結果與分析

2.1 市政污泥干化污水處理

工藝流程：污水→混凝沉淀→調節池→預缺氧池→缺氧池→1#好氧池→2#好氧池→二沉池。處理水量約183 m3/d，硝化液回流比為150%，污泥回流比為70%，投加片堿50 kg/d，PAC50 kg/d。

圖1～3為系統進出水水質，進水COD最高2527 mg/L，最低1510 mg/L，進水氨氮最高302 mg/L，最低224 mg/L，進水總氮最高323 mg/L，最低241 mg/L，進水C/TN為4.9～9.9，污水水質變化大，但出水指標波動不大， COD<50 mg/L，氨氮<1 mg/L，總氮<15 mg/L，出水達到一級A標準，COD、氨氮、總氮的平均去除率分別為97.8%、99.6%、95.7%。圖4為水溫和水量，水溫最高42℃，最低21℃，最高水量245 m3/d，最低115 m3/d，水溫、水量波動較大。系統在水溫、水質、水量波動較大的情況下出水相對較穩定。

圖1 進出水 COD

圖2 進出水氨氮

圖3 進出水總氮

圖4 水溫和水量

表2為市政污泥干化污水處理水量9.25 m3/ h、進水COD 1971 mg/L、氨氮 302 mg/L、總氮 323 mg/L、硝化液回流量15 m3/h、污泥回流量7 m3/h工況下，系統各設備出水指標。由表可知，因污泥、硝化液回流，預缺氧池內污染物濃度有所降低；預缺氧池對COD、氨氮、總氮均有去除作用，這與預缺氧池的生物選擇器作用相吻合，活性污泥在此消耗硝化液中剩余溶解氧[9]發生硝化、同時使介質缺氧而發生反硝化反應；缺氧池內反硝化降低總氮的同時，降低了氨氮，很有可能發生厭氧氨氧化反應；系統的總氮脫除率達到96.28%，遠超過此工況下理論脫氮效率70.4%，說明系統硝化反應徹底，脫氮過程存在同步硝化與反硝化、厭氧氨氧化綜合反應。

表2 市政污泥干化污水各設備出水水質

2.2 印染污泥干化污水處理

工藝流程：污水→絮凝沉淀池→調節池→一段缺氧池→一段好氧池→二段缺氧池→二段好氧池→二沉池，當處理量為456 m3/d，硝化液回流比為350%，污泥回流比為105%，片堿投加175 kg/d， PAC 35 kg/d。

圖5～7為系統進出水水質，進水COD最高1206 mg/L，最低630 mg/L， 氨氮最高207mg/L，最低154 mg/L， 總氮最高246 mg/L，最低195 mg/L，進水平均COD 842 mg/L，氨氮180 mg/L，總氮219 mg/L，C/N在2.7～6.1內，污水水質同樣變化較大。圖8為水溫和水量，溫度最高43℃，最低20℃，水量最高480 m3/d，最低288 m3/d，污水的水溫、水量波動也較大，但出水COD<55 mg/L，氨氮<3 mg/L，總氮<45 mg/L，且出水較穩定，平均除率分別為94.41%、98.88%、84.01%。該系統在水溫、水質、水量波動較大、不外加碳源的情況下出水達到了GB/T19923工藝與產品用水標準。

圖5 進出水COD

圖6 進出水氨氮

圖7 進出水總氮

圖8 水溫和水量

表3為印染污泥干化污水處理水量19 m3/h、COD 780 mg/L、氨氮 200 mg/L、總氮 237 mg/L、硝化液回流量67 m3/h、污泥回流量20 m3/h的工況下各設備出水水質。因污泥回流和硝化液回流，缺氧池內COD為211 mg/L，氨氮為50 mg/L，總氮為78 mg/L。由表3可知，1#缺氧池對總氮的去除率低于對氨氮去除率，說明在1#缺氧池內回流硝化液溶解氧使部分氨氮發生了硝化反應，消耗多余氧之后才進行反硝化過程；1#好氧池對氨氮去除率較低，可能是1#好氧池內高COD濃度使異養細菌大量繁殖，影響了硝化細菌的硝化；一段AO對COD、氨氮、總氮的去除率分別為54.5%、57.6%、41%，脫氮效率80.93%低于此工況下理論計算的脫氮效率82.07%，二段A/O對COD、氨氮、總氮的去除率分別為41.67%、90%、21.74%，二段AO對降COD、氨氮有較好的脫除效果。

表3 印染污泥干化污水各設備池出水水質

2.3 藥渣生化污泥污水處理

工藝流程：污水→混凝沉淀→氣浮→水解酸化池→1#缺氧池→1#好氧池→2#缺氧池→2#好氧池→二沉池。其水質有機物高，色度高，異味重，有毒害物質多，成分復雜[10]，難降解。采用沉淀、氣浮去除懸浮物和油類，經水解酸化后，需要補充源碳來滿足脫氮。處理量為60 m3/d，每天需要投加乙酸鈉25 kg，磷酸二氫鉀14.6 kg，PAC 12.5 kg，PAM 1.5 kg。

圖9～11為系統進出水水質，進水COD最高4380 mg/L，最低2310 mg/L，氨氮最高378 mg/L，最低210 mg/L，總氮最高409 mg/L，最低245 mg/L，平均進水COD、氨氮、總氮為3157、304、336 mg/L，均高于市政污泥、印染污泥的干化污水，C/N在6.1～16.6內，水質波動很大。圖12為水溫和水量，污水溫度最高41℃，最低23℃，水量最高100 m3/d，最低50 m3/d，水溫、水量波動較大，但出水COD<60 mg/L、氨氮<5 mg/L、總氮<30 mg/L，COD、氨氮、總氮的平均去除率為98.41%、99.34%、94.04%，系統在水質、水溫、水量波動情況下出水相對較穩定，達到GB/T19923工藝與產品用水標準。

圖9 進出水COD

圖10 進出水氨氮

圖11 進出水總氮

圖12 溫度和水量

表4為藥渣生化污泥污水處理水量2 m3/h、進水COD 2985 mg/L、氨氮 343 mg/L、總氮 374 mg/L、硝化液回流量5 m3/h、污泥回流量2 m3/h工況下各設備出水水質。表中一段AO對 COD、氨氮、總氮的去除率分別為80.72%、75.31%、58.92%，二段A/O對COD、氨氮、總氮的去除率分別為50%、81%、21.7%，一段AO脫氮效率87.04%，超過了對應的理論脫氮計算值77.78%，1#缺氧池消耗余氧降解COD的同時可能發生了短程硝化與反硝化反應；1#好氧池很好地降解了COD、氨氮；水解酸化池促進了生化性差的藥渣生化污泥污水系統一段AO的生化能力，同時自身對部分COD、氨氮、總氮也有降解作用。

表4 藥渣污泥干化污水各設備出水水質

2.4 成本分析

表5為三種污泥干化污水處理的運行成本。表中市政污泥干化污水的運行成本最低，印染污泥次之，藥渣生化污泥的成本最高。

表5 三種污泥干化污水處理系統加藥量及運行成本

注：葡萄糖參考價格為3200元/t，磷酸二氫鉀參考價格6500元/t，PAC參考價格3200元/t，片堿參考價格4560元/t，PAM參考價格8000元/t。

3 討論與結論

3.1 討論

由圖1～12可知，污泥干化污水水質隨污泥的性質不同而不同，進水水溫、COD、氨氮、總氮、C/N 2.9～15.7波動大，水量隨污泥量的變化而變化，但出水水質相對穩定，這主要是系統中設置了能容納晝夜的調節池、預缺氧池、水解酸化池、二段回流AO等設備及運行參數調整的改良生化系統；市政污泥干化污水雖然COD、氨氮、總氮較印染污泥干化污水高，但總氮與氨氮的差值較印染污泥、藥渣污泥干化污水低，采用帶預缺氧池的AO2系統對COD、氨氮、總氮平均去除率高于印染污泥和藥渣生化污泥采用二段回流AO系統，說明市政污泥干化污水的可生化性要強于印染污泥、藥渣污泥干化污水，預缺氧池對提高脫氮效率起較大作用；藥渣污泥干化污水處理系統中的一段AO對COD、氨氮、總氮的去除率高于印染污泥干化水處理系統，且脫氮效率高于對應工況下的理論值，說明可生化性較差的藥渣污泥干化污水處理系統的水解酸化池起到了促進作用。

由于污泥干化污水水量、水溫、水質、C/N波動較大，即使有調節池緩沖作用，還是有波動，采用SBR工藝調整水力停留時間和污泥濃度等條件可以使出水合格，但運行人員應具有較強的污水處理知識、觀察能力及豐富的經驗，并且系統需適應較高頻率調整。對于這種波動較大的工況，只可通過設計耐沖擊、自動化程度較高的系統來完成，從目前實際運行結果判斷，改良AO工藝具有較高的適應性。

3.2 結論

(1)對于水質、水量、水溫波動較大的污泥干化污水處理系統，設置調節池是必要的，不同種類的污泥干化污水處理需要差異化設計，但自動化程度較高的改良AO工藝可以達到回用水標準；

(2)市政污泥干化污水處理采用改良AOO系統，出水可達到一級A標準；

(3)生化性較差的污泥干化污水處理需設水解酸化池，改善系統設計，根據進水水質靈活調整運行參數。