污水處理廠產泥量分析與減量措施

郭松杰，劉 銳，金 飛，郁志杰，徐 強

[杭州余杭環境（水務）控股集團有限公司，浙江 杭州 310000]

0 引言

根據上海市政院對我國重點流域具有代表性的城鎮污水處理廠污泥產量的調研結果，調研范圍內污水處理廠污泥產率平均值為1.62 tDS/萬m3[1]，以此為基準，不少污水處理廠污泥產量高于行業平均水平，并呈現不斷升高的趨勢。

由此，對杭州市某水務集團下設三座污水處理廠現狀的污水處理設施運行情況進行調研，分析了其進出水水質水量、污泥總產量、生物污泥產量、藥劑添加量等數據指標，從進水、生化反應、藥劑投加、污泥調理等方面進行了污泥來源及性質研究分析，從而得出了國內部分污水處理廠產泥量偏大的可能原因，為污水處理廠優化設計和運行提供參考[2]。

1 污水處理廠運行現狀

1.1 水質水量

該水務集團下設的三座污水處理廠主要以處理生活污水為主，每座污水處理廠日平均處理水量和進出水水質情況如表1、表2所列，出水水質均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A排放標準。

表1 2020年污水處理廠日處理水量平均值一覽表 單位：萬m3/d

表2 2020年污水處理廠進出水水質平均值一覽表 單位：mg/L

1.2 工藝流程

污水處理工藝方面，A廠采用MBR膜池工藝；B廠采用氧化溝+曝氣生物濾池工藝；C廠采用氧化溝+反硝化濾池工藝。污泥處理處置工藝方面，除A廠采用污泥濃縮池+板框脫水工藝，其余兩座污水處理廠均采用離心脫水工藝。

1.3 污泥產量

三座污水處理廠的產泥量如圖1所示，A廠的2020年污泥含水率均值為66.06%，月均污泥量為2 113 t/月；B廠的2020年污泥含水率均值為76.42%，月均污泥量為2 292 t/月；C廠2020年污泥含水率均值為78.48%，月均污泥量為697 t/月。折合全年產生的絕干污泥量分別為8 647 t、6 466 t、1 801 t。每萬噸污水所產絕干污泥量分別為3.13 t、2.61 t、2.81 t，均大于平均值1.62 tDS/萬m3。

圖1 2020年污水處理廠月產泥量情況曲線圖

2 產泥量分析

2.1 污泥分類

污泥是污水處理過程中伴隨產生的副產物，主要來自于四個方面：

（1）無機污泥：污水經由管網收集至城市各污水處理廠，與此同時也攜入了大量泥沙、不可降解或難降解無機物，具體表現為進水SS。

（2）生物污泥：在生化處理過程中，活性污泥中的微生物不斷地消耗著廢水中的有機物質，被消耗的有機物質中，一部分有機物質被氧化以提供微生物生命活動所需的能量，另一部分有機物質則被微生物利用以合成新的細胞質，從而使微生物繁衍生殖，微生物在新陳代謝的同時，其中一部分老的微生物死亡，故產生了剩余污泥。

（3）化學污泥：隨著對排放標準要求提高，越來越多的污水處理廠開始進行加藥進行深度處理，這部分加藥所產生的化學污泥也成了污水處理廠污泥來源之一。常見的污水深度處理化學藥劑有混凝劑、助凝劑、除磷劑等。

（4）調理劑污泥：通過向污泥中投加各種污泥調理劑，改善污泥脫水性能，以便于后期污泥脫水，常用的調理藥劑包括PAM、生石灰（CaO）等。由于污泥調理劑用量比較大，一般來說，投加量要達到污泥干固體重量的5%～20%，從而導致增加了污泥產率。

2.2 泥量計算方法

污泥分為無機污泥、生物污泥、化學污泥和調理劑污泥。每種污泥量相應計算方法為：

（1）無機污泥量計算方法參考《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）及相關標準規范進行計算。

（2）生物污泥量計算方法同樣參考《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）及相關標準規范進行計算。

（3）化學污泥量的計算方法參考Odegaard等[3]研究結果。其研究成果表明鐵鹽和鋁鹽的化學污泥產率系數如表3所列，鐵鹽平均化學污泥產率為4.35 kgDS/kgFe3+，鋁鹽平均化學產泥率為6.31 kgDS/kgAl3+。

表3 常用混凝劑、絮凝劑的化學污泥產率系數統計表

（4）由于污泥調理使用藥劑PAM、生石灰（CaO）磁粉均為固體，可直接帶入污泥中，因此，藥劑投加量可視為調理劑污泥量。

2.3 產泥量分析

結合各污水廠參數，對污水處理廠無機污泥、生化污泥、化學污泥和調理劑污泥進行分項計算，并通過實際污泥產量值進行反向校核驗證，最終得出各污水處理廠污泥產率如表4所列。

表4 各污水處理廠污泥產率對比表（t污泥/萬t污水）

結合表4可知：

（1）A、B、C三座污水處理廠生物污泥產率偏高，分別為1.01 tDS/萬m3、1.19 tDS/萬m3和1.48 tDS/萬m3，但屬于正常范圍內。

（2）進水管網攜帶的無機污泥產率較高，調研分析的三個廠平均達到1.01 tDS/萬m3。

（3）化學污泥平均產泥率為0.46 tDS/萬m3，雖然占比相對生物產泥率和無機污泥產泥率低，但也是產泥量增加重要原因之一。

（4）污泥調理劑產泥方面，A廠比B廠、C廠相對較高，這是由于A廠在板框脫水中添加了污泥調理劑，B廠、C廠使用離心脫水幾乎不產生污泥。

根據計算和統計結果對污水處理廠出現產泥量偏高原因進行分析，主要有以下影響因素：

（1）進水水質方面：管網帶入無機污泥濃度高，部分地區污水管網存在雨污混接、管網破損滲漏，污水收集過程中大量無機物進入污水管網，導致污水處理廠無機污泥產量偏高。

（2）污水廠工藝方面：隨著國家對環保日益重視，各地排水系統提質增效工作不斷深化，通過提高工藝運行等措施致使生物產泥量增加。

（3）污水廠運營方面：在對污水廠運行過程中，由于污水廠藥劑投加的方式大多為傳統投加模式，投加量為人工理論計算或者經驗值，很容易出現過量加藥的情況，致使化學污泥增加。

（4）水質排放標準方面：近年來我國城市污水處理事業在政府的大力支持和整頓下迅猛發展，行業出水標準與以往相比有較大提高。出水標準的提高致使在后續處理中需要在水線和泥線加大各類藥劑的投加量，而這又進一步增加了最終污泥產量。

3 污泥產率控制措施

針對污水處理廠產泥量不斷增加與節能降耗之間的矛盾，開展污泥減量工作是十分必要的。對此，可采取以下措施對污泥產量進行控制。

3.1 生物產泥率控制措施

（1）運行參數優化。通過對生化池運行參數優化，在不影響二沉池泥水分離效果、生物除磷和污泥活性的情況下提高污泥齡，減少生物污泥產率。

（2）解耦聯劑添加。解耦聯劑能抑制細胞體內能量偶聯磷酸化的化合物，其存在可打破細胞內分解代謝與合成代謝之間的能量偶聯，可通過解耦聯劑添加降低活性污泥中微生物合成量。

（3）微生物捕食。通過延長活性污泥系統生物鏈，增強微型動物對細菌的捕食以減少細菌數量[4]。

3.2 化學產泥率控制措施

建立“前饋+反饋”藥劑投加模式，通過進水磷負荷確定加藥量設定值。根據出水磷酸鹽的濃度動態調整加藥量，實現對除磷藥劑精確投加，實現按需加藥，減少化學污泥產率。

3.3 污泥調理劑產泥率控制措施

（1）調理劑優選。污水處理廠用于污泥調理的鐵鹽和石灰的耗量非常大，可選擇高效絮凝劑，確定最佳投加量。

（2）污泥破壁回用。通過化學法、生物法、物理法或聯合法對剩余污泥進行破壁，釋放出胞內物質，并回流至缺氧單元，為反硝化過程提供碳源，實現剩余污泥資源化利用，減少出廠污泥量[5]。

4 結論與建議

4.1 結論

針對近年來國內部分污水處理廠出現的產泥量高于行業平均值的現象，以杭州某水務集團下設三座污水處理廠為例，對污水廠污泥產量進行分析，得出以下結論：

（1）對無機污泥、生物污泥、化學污泥和調理劑污泥的四大組成部分進行分項計算，結果表明無機污泥和化學污泥產率較高，生化污泥產率仍處于合理范圍。

（2）污泥產量偏高的影響因素由進水水質、污水廠工藝、污水廠運營、水質排放標準等多方面引起。

（3）通過運行參數優化、解耦聯劑添加、微生物捕食、除磷藥劑精確投加、調理劑優選、污泥破壁回用等污泥減量措施可減少污泥產量。

4.2 建議

為實現污水處理廠污泥處理節能減排、減污增效目標，建議進一步完善污水收集系統，減少無機污泥；同時，針對污水處理廠產泥量不斷增加的趨勢，優化泥線設計方法，調整工藝參數，確保滿足后續生產需求。