临夏某污水厂污泥处置工艺效能分析_周远涛.pdf

2023年4月收稿日期：20221112作者简介：周远涛（1987），男，工程师，主要从事水处理技术应用及项目建设管理工作。摘要：污水处理过程中排出大量富含氮磷等营养元素的污泥，该污泥既是污染物又是一种资源。实现污泥的资源化，对环境生态效益有着重要意义。阐述了传统污泥处理工艺的不足之处，并介绍了复合好氧微生物发酵污泥处置工艺的设计特点及效果。这一工艺有利于提升城市污水处理厂剩余污泥处理质量，实现剩余污泥无害化、资源化和生态化。关键词：污泥；好氧发酵；资源化中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）04-0028-04DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.04.007临夏某污水厂污泥处置工艺效能分析周远涛1，张琦1，王一飞2，季洋3（1.西安创业水务有限公司，陕西西安710000；2.临夏市创业水务有限公司，甘肃临夏731100；3.西安建筑科技大学，陕西西安710055）Efficiency Analysis of Sludge Disposal Process in a Sewage Plant in LinxiaZHOU Yuan-tao1，ZHANG Qi1，WANG Yi-fei2，JI Yang3（1.Xian Capital Water Company Limited，Xian 710000，China；2.Linxia Capital Water Company Limited，Linxia 731100，China；3.Xian University of Architecture and Technology Xian 710055，China）Abstract：Sludge rich in nutrients such as nitrogen and phosphorus is discharged during sewage treatment，which is notonly a pollutant but also a resource.It is of great significance to realize sludge recycling for environmental and ecologicalbenefit.The disadvantages of traditional sludge treatment technology were described，and the design characteristics andeffects of composite aerobic microbial fermentation sludge treatment technology were introduced.This process is beneficialto improve the treatment quality of residual sludge in municipal sewage treatment plants，and realize the harmless，resourceand ecological utilization of residual sludge.Key words：sludge；aerobic fermentation；resource utilization污泥作为城市污水处理的主要副产物，含有大量的氮、磷、钾营养元素和重金属物质。污水处理实践中，不仅要满足出水水质的要求，也应当对污泥等副产物进行无害化处理，避免对环境的二次伤害1。当前，我国污水处理后的污泥处理方式面临两大问题：一是技术不成熟，主要是浓缩、脱水、干化的处理方式和填埋、焚烧等处理手段，缺少对污泥的高效回收利用技术；二是对污泥处理缺少相关法律法规和标准。1剩余污泥的特征剩余污泥主要来自污水处理厂二沉池，其特征分为物理、化学和微生物学3个特征。其中，污泥的物理特征主要包含2个指标，即含水率和热值2。从二沉池出来的剩余污泥含水率通常在97%以上，通过机械脱水的方式可以降低含水率，减少剩余污泥体积，便于后续处理。干化的剩余污泥的基础热值可以达到13 800 kJ/kg。热值大小影响剩余污泥焚烧处置的效果。剩余污泥的化学特征主要包含有机质、氮磷等无机元素和重金属。目前我国污泥中的有机质含量在 50%70%，低于发达国家的 70%80%，这是影响污泥能否有效进行好氧堆肥的因素之一3。对于富含氮磷的剩余污泥可以制作无机肥料，用于农业生产。而重金属元素含量对生态具有破坏作用。微生物学特征是指剩余污泥中含有的寄生虫、细菌、病原体等有害物质，需要在污水厂进行生物处理，避免剩余污泥对生态的破坏。海河水利282023.No.42剩余污泥处理处置方式分析2.1传统污泥处理方式2.1.1污泥填埋技术4污泥填埋技术算是比较成熟的技术，主要与其他的工业垃圾、城市生活垃圾、城市建筑垃圾一起混合填埋，具有处理成本小的特点。但随着污泥产量的日渐增多，这种填埋方式也暴露出以下问题5：污泥填埋需要征用大量的土地，从大城市未来发展看，土地属于宝贵资源；污泥填埋只是控制污泥污染物扩散范围，延缓污染物的影响时间，并没有对其进行妥善处理，所以这并不是长期的处理手段；污泥填埋技术对土地地质结构有着严格要求，若处理不当，污泥与下层干净的填埋地混合后，有害物质会渗入地下水和周围土壤，对环境造成二次危害。由于城市污泥的产量越来越大，单纯的填埋技术已经难以符合现在的生产要求。2.1.2焚烧技术6污泥焚烧是污泥浓缩、脱水化处理后，将污泥中可燃烧的成分在高温下进行充分燃烧成为稳定的灰渣。焚烧技术有利有弊。其优势在于通过焚烧，在高温下对污泥中的有毒有害病菌进行净化处理，有害物质将大幅度降低，并且其处理效率高，对污泥的减重、减容效果明显7。其弊端在于污泥燃烧设备昂贵，运行费用也不低，在对污泥进行大面积燃烧时会发生大量的化学反应，产生一氧化碳、二氧化碳、硫化物、氯化物等废气，对该区域大气产生严重污染，致使空气质量下降8。2.1.3自然风干剩余污泥的自然风干处理成本小，并且二次危害小，但是灭菌效果差，所需占地面积大，同时污泥的恶臭气味易挥发，适用于地广人稀的区域，不适合大范围推广应用5。2.2新型污泥处理方式2.2.1人工湿地技术9人工湿地（CW）是20世纪70年代发展起来的用于净化污水的系统，相对传统的生物处理方法，具有投资低、管理方便、利用太阳能、对污水的水质水量适应能力强等优势而被开发利用。因此，有学者设计出利用人工湿地处理污泥，这种技术就是将植物的修复功能和污泥干化床技术结合。人工湿地中的养植植物、湿地结构、基质级配、有无通风、污泥负荷、污泥投配频率、温度变化及渗滤液停留时间都是影响处理效果的因素。人工湿地植物的选择需要考虑植物的吸收能力和生长速度。如今已有湿地处理污泥的成功案例，但从运行管理来看，基质堵塞缺陷限制了人工湿地的发展。2.2.2微生物燃料电池技术微生物燃料电池技术是在电化学技术基础上发展起来的，将储存在有机物中的化学能转变成电能，形成电流的技术，是非常具有潜力的新能源技术9。剩余污泥中含有50%70%的有机质，可以在厌氧条件下发生厌氧水解，胞内物质和细胞内的有机质由固相不断释放到液相中，为微生物燃料电池提供相对充足燃料。由相关学者将剩余污泥作为阳极底物、CuSO4溶液作为阴极溶液构建的生物燃料电池，在降解处理污泥的同时又可以处理含铜废水和回收单质铜。微生物燃料电池的降解成本低，不仅处理了剩余污泥，还可以进行产电，是一项环境友好的技术。阴极材料含金属离子的工业废水限制了这一项技术的推广使用。2.2.3超声波处理技术超声波具有特殊的能量，其声化学性能良好7。剩余污泥脱水处理工艺中，利用超声波的特性，在水中形成空穴现象，同时形成高温高压部位和强劲的水力剪切力，使得剩余污泥中的细胞结构被破坏，释放内部的结合水，加强了剩余污泥的脱水效果。超声波的海绵效应使得水分子在通道中更加畅通无阻，同时让剩余污泥颗粒相互之间的碰撞增多，污泥成团越来越大，便于后续运输等操作。2.2.4复合好氧微生物发酵技术好氧堆肥是在有氧条件下，借助好氧微生物（主要是嗜氧菌种）的生物反应作用，有机物不断被分解转化的过程3。复合好氧发酵技术是指在高温好氧发酵的基础之上，在发酵装置内部投加特制的复合发酵菌。这种方式成本低，产出污泥满足相关规定并且增加一定的后续制肥工艺，发酵的产品能直接土地利用或是种植植物。3污泥处理工艺流程及其设计参数结合临夏污水处理厂的地理位置及城市未来发展规划等综合性因素，上述污泥填埋、污泥焚烧技术和自然风干均不适合该污水处理厂。对于新型污水处理技术，当地没有合适的工业废水制备生物燃料电池，人工湿地在干旱的西北地区运行管理复杂，对污水处理厂工作人员的专业技术要求高，也不适合该污水处理厂。因此，结合污水处理厂剩余污泥的特性选择采用复合好氧微生物发酵工艺。3.1工艺概述本工程采用污泥高温好氧发酵工艺。好氧发酵周远涛，张琦，王一飞，等：临夏某污水厂污泥处置工艺效能分析292023年4月是指在有氧的条件下，污泥中的有机物通过好氧发酵微生物的作用进行分解，其代谢产物主要为二氧化碳、水和热。在好氧发酵时刻，反应装置内部的空气温度上升至55以上，在此温度下持续好氧发酵一定时间，高温使得污泥脱水，在杀灭病原菌和杂草种子的同时，对内部有机质进行反应降解。3.2污泥处理工艺流程污泥处理工艺流程，如图1所示。污泥经过脱水后含水率在80%左右，将此污泥再投入复合好氧发酵系统，根据统计结果，投入相应的辅料及回料。通过轨道式翻抛机让各种物料在混合过程中供氧，好氧发酵微生物在有氧条件下发生生物反应，对污泥中的有机物进行不断的分解转化。整个好氧堆肥过程，经历升温高温降温腐熟4个不同的阶段，每个阶段不同的微生物在特定环境中利用微生物群落对多相有机物进行分解，将污泥改良成稳定的腐殖质。污泥经过微生物降解腐熟后，外观呈现暗灰色或茶褐色，有土霉味，无恶臭味，质地松软。经过处理后的污泥含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，这些都是植物生长所需的重要营养物质，对改良土壤结构具有重要作用。该技术对污泥进行无害化处理，使之成为一种产品，有利于节约资源，实现可持续发展。3.3污泥处理工艺设计参数此工艺设计污水处理规模为9.0104m3/d，二级处理干污泥量为 15.77 t/d，深度处理泥量集中在去除SS和P，二级处理出水SS按20 mg/L计，PAC投加量按 30 mg/L计，深度处理干泥量为5.93 t/d，合计处理干污泥量为21.70 t/d，污泥含水率按99.5%计（终沉池出水），湿污泥量为 4 340.2 m3/d。设计时，考虑污泥远期处理规模为90 t/d、含水率80%，近期处理规模为60 t/d、含水率80%；工艺土建部分按照远期设计规模考虑，设备配置按照近期设计规模考虑。4复合好氧发酵技术运行效果分析4.1臭气影响小传统的污泥堆肥技术可能存在发酵不均、局部厌氧、能耗高，臭气污染严重及生物气溶胶潜在的环境污染风险等问题。本工艺采用复合好氧微生物发酵的同时，考虑到会产生氨、硫化氢、甲基硫醇等废气，因此配套生物滤池除臭技术，利用生物活性固体介质来吸收或吸附气流中的化合物，并进行后续的生物氧化。4.2有机有毒有害物质得到有效降解好氧堆肥过程中的嗜氧微生物能够在适宜的条件下进行大量繁殖消耗基质并充分分解，使得污泥中的有机有毒有害物质得到充分降解。4.3减少辅料依赖本工艺可在低碳氮比即 C/N 为 1020 的条件下进行发酵处理，除初次启动时需要添加大量辅料（秸秆、木屑等）外，正常运行时可采用发酵回料作为辅料的一部分对污泥进行预处理，这样有效减少了外加辅料，进一步降低了运行成本。发酵辅料的选择取决于污泥的特性以及辅料的来源和价格。发酵辅料的价格随地区的不同以及辅料运输距离的远近而不同，甚至会有较大的差异。发酵辅料的选择宜结合工程当地实际，选取当地来源广泛、价格便宜、能满足污泥发酵要求的物料。对于该工艺，木屑、秸秆、废纸、煤灰等常见物均可作为辅料，且价格便宜。关于本工程污泥好氧发酵辅料的选择，根据当地实际，拟采用苗圃剪枝、落叶等作为辅料来源。同时，考虑到苗圃剪枝的来源存在一定的不确定性，为确保辅料来源及供给量的稳定性，本工程在利用苗圃剪枝、落叶的基础上，考虑利用周边地区稻草等作物秸秆作为备选辅料。4.4解决聚丙烯酰胺造成的土壤板结问题为了实现污泥机械脱水，必须事先进行污泥调理，通常是采用化学调理，如采用聚丙烯酰胺进行调理。污泥中含有的聚丙烯酰胺较稳定，但在土壤中可使土壤板结，聚丙烯酰胺会发生缓慢的物理降解（热、剪切）、化学降解（水解、氧化以及催化氧化）和生物降解，最终生成各种低聚物以及具有神经毒性的剧毒丙烯酰胺单体，对人体造成间接或直接危害。经高温发酵处理，聚丙烯酰胺去除率达70%80%。4.5处理后污泥成分分析经过复合好氧发酵工艺处理后的污泥，其铜、锌、镍、镉、铬、铅、总汞、总砷的检测结果均满足 城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质（GB/T 246002009）要求。这说明该工艺能有效地对污水厂剩余污泥进行减量化、无害化处理，避免了剩余污泥对生态环境的二次污染。图1污泥处理工艺流程污泥给料机回料计量料机辅料计量料机计量给料自动槽式布料机全液压槽式发酵技术自动槽式布料机自动槽式出料机出厂回料（下转第60页）海河水利302023年4月等工程的同时，在迎水坡实施黏土截渗。5.3应急转移在确认水库即将发生重大险情、有溃坝风险时，府谷镇政府立即发布命令，迅速组织受洪水威胁的群众进行安全转移，妥善安置。同时，做好救灾和卫生防疫工作，划定危险区域警戒线，所有人员一律不得进入危险区。在水库下游群众聚居点的危险地段，树立“出险地点”标志牌，标明危险区。6结语通过分析探讨可知，后河川水库防洪调度和应急抢险均按照安全第一的原则进行，对出现超汛限、超设计、超标准等不同洪水情况，实施不同的调度方案。若水库出现险情，根据不同情况，采用临水截渗、背水导渗、透水后戗、翻填夯实等方法进行应急抢险，为水库安全运行提供了科学依据。参考文献1 李春娟，杨建虎.孤山川流域降水变化特征及趋势分析J.地下水，2012，34（4）：136-138，151.2 王锋.府谷县城段防洪能力与超标准洪水探析J.广西水利水电，2020（5）：51-54.3 刘强.大西海子水库运行调度分析J.水利科学与寒区工程，2022，5（2）：75-77.4 由淑明.水利水电设施险情处置研究与实践J.水利水电技术（中英文），2021，52（S2）：214-219.5 聂永华.浅析水利建设工程防洪抢险技术J.湖南水利水电，2019（5）：31-33.5结语随着城市发展规模不断扩大，污水处理产生的剩余污泥量越来越多，结合我国国情，从环境生态、经济发展等方面，对污泥实行减量化、无害化、资源化处理的趋势愈加明显。加强和促进污水厂对污泥处置方式的改变是必然的，而实行高效、经济节约的处理方式也是污水厂所需的。临夏污水处理厂采用的复合好氧发酵污泥处理技术是可行的，从实际工程上提供了适应当地实际的污泥处理方式，为周边其他县城污水处理厂进行污泥处理提供了一种示范。参考文献1 陈晨咏.污水处理厂污泥处置技术及再利用研究J.皮革制作与环保科技，2021，2（19）：107-108.2 汪泽洋.国内外污泥处理处置技术研究与应用现状J.冶金管理，2021（3）：141-142.3 黄小玲，蔡莉颖，肖海林.污泥高温好氧密闭仓发酵技术探讨J.山西建筑，2021，47（9）：157-159.4 黄申斌.城市污水处理厂剩余污泥处置的资源化利用效果研究J.环境科学与管理，2019，44（10）：87-91.5 刘媛媛.污水处理厂污泥处置及利用途径研究 J.甘肃农业，2021（6）：58-60.6 魏亮，金星，马丽萍.污水厂剩余污泥处理处置技术研究进展J.农业与技术，2021，41（8）：8106-8108.7 吴晓俊.城市污水处理厂剩余污泥处理技术研究与进展J.科技视界，2018（7）：189-190.8 王泽.城镇污水处理厂污泥处理处置J.山西化工，2021，41（6）：2179-2180.9 李娟，肖恩荣，吴振斌.剩余污泥资源化利用新工艺研究进展J.水生生物学报，2017，41（5）：1149-1156.（上接第30页）河南省委、省政府 河南省大运河文化保护传承利用实施规划（豫办 2020 2号）中均要求浚县城区段局部旅游通航，为避免套涵按治理工程设计建设后还得拆除重建，造成不良影响，建议增加河南省大运河永济渠卫河浚县段白寺坡水利枢纽东于柳闸，同时套涵方案调整为可以满足旅游通航的设计方案。6结语经过本次洪涝水检验，发现卫河干流（淇门徐万仓）治理工程存在诸多不足和问题。为此，建设单位和设计单位应结合本次实际行洪过程，复核卫河干流治理已批复的建设内容，结合各地提出的合理意见，进行工程调整，全面提升卫河干流行洪能力，集中力量加快防洪体系建设，到2030年使卫河流域达到规划的50 a一遇防洪标准，保障流域人民群众生命财产安全，促进流域经济社会高质量发展。参考文献1 中水北方勘测设计研究有限责任公司.卫河干流（淇门一徐万仓）治理工程可行性研究报告R.天津：中水北方勘测设计研究有限责任公司，2018.2 张光锦，范海燕，王超.海河流域防洪薄弱环节建设重点问题的思考与对策J.海河水利，2013（1）：26-29.3 河南省豫北水利勘测设计院有限公司.河南省海河流域蓄滞洪区“217”洪水淹没调查分析报告R.郑州：河南省豫北水利勘测设计院有限公司，2021.4 李彦东.海河流域防洪建设方针的思考与认识J.海河水利，2003（6）：39-41.5 赵立坤.加快海河流域防洪体系建设对策建议J.水利发展研究，2012（4）：45-47，72.6 郭亚梅，池建军，张立民.淇门以下卫河干流治理必要性分析J.海河水利，2011（6）：16-18，47.（上接第53页）姬玉霞：后河川水库防洪调度与应急抢险探析60