污泥濃度升高對東莞市政污水處理的影響分析

潘明秋

（東莞市環保產業促進中心，廣東 東莞 523000）

1 市政污泥處理現狀

目前，市政污水、工業污泥處置的最大問題是污水處理設備不完善。同時，在城市污水處理廠使用的處理設施中，大多數并未擁有城市污水的處理能力，只能處理城市生活污水，導致在制定生產運營方案時，負責人會忽略城市污水管理方面的費用。其次，假如城市主管部門在污水處置方面采取了盲目的污水的措施，就會導致污水的處置方式不會很完善。并且由于處理廠設施限制，導致污水沒有辦法實現很完美的資源化處置，這樣一來不但使得其中很多有利資源白白地的浪費了，而且還會造成對環境的二次污染。最后，由于政府部門對污水處置管理工作上的疏忽，使得能接納并處置污水和污泥的處理廠總量不夠，因此也影響了對市政污水、污泥的有效處置[1]。

目前，全市BOT污水處理廠的生活污泥以特許經營權的形式送至東莞市金茂污泥處置有限公司處理，該公司的處理工藝為高壓板框脫水，投加藥劑為：石灰和氯化鐵，處理后含水率為60%。通常情況下，該公司的生活污泥日處理能力為1 400 t/d。從2021年1月～3月，金茂污泥處置有限公司總接收生活污泥為107 393.07 t，平均接收處理污泥約為1 193.26 t/d，全部接收的為BOT污水處理廠污泥。

2 東莞市污泥處置規劃

2.1 污水處理項目運行情況

截至2020年底，東莞市有56座一級市政生活污水處理項目（其中，BOT污水處理項目35座，市水務集團運營污水處理項目21座），設計總規模為376萬t/d，統計的日均產泥量為1 668 t/d。其中，BOT污水處理項目規模為217萬t/d，市水務集團運營污水處理項目規模為159萬t/d。其中，BOT污水處理項目35座，規模為217萬t/d，統計的日均產泥量為965 t/d（含水率按80%計算），詳見表1。BOT污水處理項目采用的污水處理主體工藝包括AAO，改良AAO，CASS，氧化溝、MBR、BAF等。市水務集團運營污水處理項目21座，規模為159萬t/d，統計的日均產泥量為703 t/d（含水率按80%計算），詳見表1。污水處理項目主體工藝包括AAO，改良AAO，氧化溝，CASS，MBR等。

表1 2020年污水處理項目及日均產泥量情況表

2.2 污泥產量

據統計，2020年東莞市污水處理項目BOD的削減量為9.29萬t，同比增長17.45%；SS削減量為18.31萬t，同比增長16.1%。當前，由于污水處理廠進水濃度增加，污染物削減量增大，2020年均產泥率為4.67 t/萬m3，同比增長率為24.87%。其中，根據BOT污水處理項目運行數據，2021年1～5月平均產泥率為5.04 t/萬m3，產泥量平均為1 266 t/d。

2.3 污泥處置情況

2020年東莞市生活污水處理廠共處理污泥68萬t（約80%含水率），同比增長28.35%。其中，東莞市金茂污泥處置有限公司（以下簡稱金茂公司）處理約為48.2萬t，市水務集團處理約19.8萬t。以上污泥經板框壓濾脫水后形成半干化污泥約40萬t，全部由市水務集團眾源公司負責組織外運資源化處置。而金茂公司除每天新接收的污泥外，本部還暫存半干化污泥總量約27萬t，市水務集團于2020年11月15日起加大半干化污泥的外運力度，每天清運量在2 000～3 000 t左右，截至2021年3月初，已清運約14.7萬t。目前，已基本完成庫存半干化污泥的清運任務，實現了半干化污泥日產日清，同時減少了臭氣擾民的現象。

3 污泥濃度對污水處理能力的影響

市政污水處理廠在處理生活污水時大多使用生態法，也就是運用細菌的代謝功能，使水中呈現溶解性或膠體狀態的有機物，同時將其分解氧化為穩定的無機化合物，以達到凈化污染物的目的。通常，最常見的生態法即為生物活性污泥法。而污泥濃度是反映微生物數量的一項關鍵指標，直接關系著污泥的處置效果。同時，影響污泥濃度的因素很多，如進水濃度，DO值，污泥回流比，排泥頻率，有毒有害物質等。一般情況下，若污水處理廠的污泥濃度過低，可通過投加營養物質、控制DO值，加大污泥回流比，減少排泥次數等來提高污泥濃度，從而提高污水的處理效果。因此，從某種意義上說，高濃度的污泥有助于系統對污染物的去除[2-3]。

3.1 東莞市污泥濃度升高對污水處理的影響

東莞市污泥處置長期存在污泥處置能力與污水處理廠的產泥量不匹配的情況，如污水處理廠無備用泥斗等問題，導致污水處理廠排泥不及時，污泥處于高濃度運行狀態。通過污水處理廠實際的運行結果表明：在污泥高濃度（實際運行污泥濃度是設計值的2～3倍）連續運行600 d的情況下，污水處理廠出水中的COD、NH3、TN、TP的濃度可分別達到：14 mg/L、0.43 mg/L、6.37 mg/L和0.25 mg/L。此外，高濃度的污泥可增強系統抗低溫、進水負荷抗沖擊的能力，并且聯合后置缺氧段強化了系統的內源反硝化。如塘廈白泥湖污水處理廠，在停止運營前曾經長期高污泥濃度運行，污泥濃度大部分時間保持在9 000 mg/L以上，其出水水質一直穩定達標，且優于其他生活污水處理廠的出水。但長時間的污泥高濃度運行可能造成污泥老化、膨脹，好氧池有效容積減小、微生物個體活性降低等負面影響。因此，在污泥高濃度的運行下，要保持正常的處理能力，必須要進一步提高運營管理能力，并采取適當的措施減少污泥老化、膨脹帶來的負面影響。目前，從東莞市BOT污泥高濃度運行的污水處理廠來看，負荷率均大于100%，有三分之一達到了130%。截至目前，東莞市還未出現因污泥高濃度運行而造成污水處理廠減產的案例，但污泥高濃度運行存在的風險不容忽視，還是要加強管理，如發現苗頭要及時實施壓泥清運等措施，以控制污泥濃度。

3.2 最大污泥濃度限值分析

污泥濃度（MLSS）是反應池處理效果好壞的重要因素，也是優化反應池正常運行的一項重要控制參數，且直接決定著單位體積反應池中活性污泥的微生物數量。理論上，反應池混合液中的MLSS數量越高，反應池中聚磷菌和反硝化細菌的數量就越多，脫氮除磷效果越好，但太高則會引發污泥膨脹，導致剩余污泥較多，污泥處理成本升高等一系列的問題；而MLSS過低，單位體積反應池內的微生物數量就越低，則導致生物處理效果不理想。因此，污泥濃度應維持在一定的范圍內[4]。

國內外活性污泥法的污泥濃度一般在控制在3 500～5 000 mg/L。從設計角度看，根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2016），活性污泥法的污泥濃度大部分在2 500～4 500 mg/L，最高不超過6 000 mg/L。活性污泥法的污泥濃度范圍詳見表2。

表2 活性污泥法的污泥濃度范圍

根據東莞市市政污水處理廠的歷年運營情況，因末端污泥處置問題未妥善解決，部分污水處理廠的污泥濃度即使維持在7 000～8 000 mg/L，也未對污水處理廠的正常運營造成本質影響。

綜上所述，結合工程設計、國內外學者研究及東莞市實際情況，建議污泥高濃度運行的BOT污水處理項目，將污泥濃度保持在6 000 mg/L以下較為穩妥。

4 影響污泥濃度提升的原因及風險

4.1 影響污泥濃度提升的原因

4.1.1 曝氣過度，溶解氧值控制過高

曝氣過度對活性污泥含量的增加有負面影響，主要體現在活性污泥提升的過程中，生成的游離細菌極易被過度的曝氣而氧化，這會導致活性污泥的含量無法逐步增加。因此，為了保證合適的曝氣量，要求作業技術人員要定期地加以核實，且曝氣效果也是整個生化池區域內的溶解氧值。

4.1.2 營養劑投加不足

投加營養添加劑，對于活性污泥化培菌工藝和產品車間正常運轉都是十分關鍵的。因為，營養作為細菌的必要構成元素是一定不可缺少的，不然，會極大遏制最基本的細菌膠團形成。而當增加了活性污泥含量的時候，就必須合理加大營養劑的投入額，不然會導致投加不夠的現象出現，這時就會對活性污泥的正常功能代謝形成危害。

4.1.3 進水底物濃度太低

通常，活性污泥的生長和增殖所需要的主要能源都來自于污水中和廢水中的有機質，因此，有機質的濃度就決定了支撐一個多大群落的活性污泥總量。正是這一基本原理，相關技術人員才了解活性污泥的濃度并不能盲目提高，因為其會受到基質含量濃度的影響。所以，在需要增加活性污泥的含量時，還要明白為什么要增加傳統活性污泥法的含量，不能若無目的地提高活性污泥含量。這主要是因為，當活性污泥的含量保持在動態平衡狀態時，此時就會與入水基質的含量相同。但若漫無目的地增加活性污泥的含量，基質濃度可能無法跟上，就會導致活性污泥的含量無法增加[5]。

同時，若在長期不排出污水的狀況下提高活性污泥含量，活性污泥就會步入老化階段，進而會減少其含量。所以，如果必須增加活性污泥的含量，就要在恒定底物含量的條件下，使活性污泥法的含量保持在某個高點，就是其峰值限制。但要突破這種峰值極限，就必須增加新的基質含量，并提高活性污泥含量。

4.1.4 含有過量的有毒或抑制類物質

在活性污泥正常生長的過程中，難降解的生物以及有毒的化學物質的進入對其有重要影響。基于這樣的狀況必須要減少這種毒性物質的排入，要及時對積聚在活性污泥內的有毒或惰性物質利用排泥的方式進行清除，但不能通過降低排泥量來增加活性污泥的含量。此外，提高停留時間也是處理惰性物和難降解有機物的主要方式，這是因為許多難降解物如苯類化合物、印染廢水的染料等都必須增加在整個生化體系中的停留時間，方可較為徹底的對其加以處置。

4.2 污泥高濃度運行風險分析

提高污泥濃度，可使污泥中存在的微生物數量隨之不斷增加，但因有機物總量基本保持不變，當微生物的數量不斷增多時，彼此之間必然會因為食物而出現激烈的競爭。而當微生物的數量處于飽和狀態后，若污泥濃度仍然繼續增加，不但不能使微生物的數量持續增加，相反還會使大量的微生物相繼死亡，引起污泥膨脹，就會對活性污泥法的沉淀特性產生一定的負面影響。因為污泥膨脹會抑制二沉池中泥水分離的功效，而在二沉池中未經沉降析出的回流污水又易隨制水流失，而大量活性污泥的流失會導致出水處含有大量淤泥而渾濁，導致出水的懸浮液指標超標。另外，由于膨脹污泥的分子結構比較松散，導致二沉池中的污水沉淀效果不佳，而若沒有及時進行適當地處置，則回流至曝氣池中活性污泥的含量也相應減少，造成有機質的吸收和生物分解能力減弱，從而也就無法達到污水處理的要求[6]。

5 污水處理效果及成本影響

5.1 污水處理效果

活性污泥法是通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細懸浮狀態的有機污染物轉化為穩定、無害的物質。因此，在一定程度上，污泥濃度升高有助于有機物的去除，即高濃度的污泥可增強系統抵抗低溫、進水負荷沖擊的能力。在污水處理廠提標改造中，有學者研究通過提高污泥濃度來提高污水出水水質。一系列實例證明，污泥濃度的適當提高有助于有機物的去除[7-8]。但污泥濃度也不能太高，太高的污泥濃度會打破生化系統脫氮除磷等動態平衡，導致系統不能穩定運行。同時，正常排泥也是保持系統穩定的重要因素之一，所以，不能盲目追求污泥的高濃度而長期不排泥。因此，污泥要維持一定的濃度，并正常排泥。需要注意是，污泥高濃度運行，但也要保持污泥的活性，仍要保持及時排泥，避免死泥的累積，影響污水處理效果與好氧池容積。

5.2 運營成本影響

污泥高濃度運行，微生物的數量增加，耗氧量也隨之增加，為保證好氧池的溶解氧濃度，需要增大曝氣量，否則可能導致污泥老化，水的SS上升，增加了污水處理廠的運營成本。同時，這也對污水處理廠的運行管理提出了更高的要求。

6 對東莞市政污水處理的建議

目前，以東莞市污水處理項目中污泥的產生、處置情況及未來的規劃為基礎，再結合近年來東莞市污水處理項目的運行情況，污泥高濃度運行的情況正逐漸改善，趨勢逐漸向好，并逐漸恢復到正常的污泥濃度范圍。因此，污泥高濃度運行所帶來的風險總體可控。污水處理廠污泥濃度建議保持在6 000 mg/L以下。

6.1 加強污水處理廠的運營監督管理

要保障污水處理廠的正常運營，必須要加強運營監督管理工作，以減少和防止因人為因素造成的非正常運營狀態。一是污水處理廠需提升運營管理水平，增加應對負荷沖擊的能力，減少在運營過程中出現不合理添加各種藥劑的情況；二是針對個別污水處理廠出泥能力不足的情況，盡快要求其增加設施，提升污泥出泥能力；三是健全進水異常情況反饋機制，當發現進水異常時要及時反饋、及時排查處理。

6.2 污泥處理穩定化

在污水處理廠運行過程中，只有使污水處于平衡狀態,才能合理降解污水中的各類有機物微生物，減少污泥的含水率，保證污水濃度處于一種比較穩定的狀況，同時，也減少了污水中的病原體和細菌等有害物質，降低了污水的臭味程度。因此，為了使廢水成分處于平衡狀態，可以選擇加入各種高效的化工制劑，甚至可以使用厭氧消化狀態工藝等，從而促使污水中的細菌被降解消除，避免污水在處理中發生重復排污的情況[9]。

6.3 污泥處理減量化

在BOT污水處理廠對其污泥脫水間進行改造時，是由現狀的帶式脫水改為板框脫水。目前，國內已有很多成熟可靠的板框壓濾脫水技術，不僅處理效果好，而且機械模塊化程度還高，維修簡單方便。同時，實現了出廠污泥含水率在60%左右。水務集團對萬江、溫塘等污水處理廠進行了相關試驗（滿負荷試驗），通過投產之后對四個技術的脫水效果、建設成本、直接運行成本、占地面積、環境影響、污泥增量、污泥熱值影響來篩選合理的技術和設備。從試驗結果來看，其完全能滿足設計要求的含水率，含水率可實現最低50%的要求。

6.4 污泥再利用

污泥在經過燃燒后，剩下的灰質物可以制作成各種添加劑，比如說污泥陶粒、污泥砂以及污泥礫石等多種建筑材料。而且，還可以與建筑垃圾破碎混合，加入水泥攪拌，制成氣泡水泥磚，該產品是一種輕質隔熱、節能環保、抗壓抗震的新型墻體材料。通過實驗發現，由污泥燃燒剩余物質所制造而成的建筑用磚、水泥等，質量并不亞于一般的建筑用磚、水泥。另外，由于污泥中含有或多或少的重金屬，重金屬經過燃燒會固定在污泥建筑材料中。而生活污泥中還存在著相當多的細菌蛋白質，因此，能夠使用這種細菌蛋白質制成膠合生化纖維板，甚至是生物蛋白塑料等。同時，還可以把污泥餅底制作為阻礙材料，主要為了防止填埋的污染物出現遷移問題。因為污泥底灰經擠壓后，其剪切強度要遠高于壓實粘土，所以，經過壓實的污泥底灰能夠在斜坡上維持長時間的穩定狀態。

7 結語

BOT污水處理廠目前主要采用的帶式脫水機、無相應的存泥空間，再加上金茂公司拉泥不及時，使污水處理廠無法排泥，導致生化系統污泥升高。到2021年4～6月，東莞市污泥高濃度運行BOT污水處理項目受其他因素干擾相對較少，基本能反映未來常態運行狀況，因此，以4～6月污泥濃度數據，采用多項式擬合，對未來東莞市污泥高濃度運行BOT污水處理項目污泥濃度情況進行了預測。基于此，本文在分析了污泥濃度升高對污水處理影響的同時，也探究了一些解決方案及措施，促使在今后的污水處理工藝中合理提高或減少污泥濃度，從而進一步提升污水處理技術。