污泥干化污水处理

朱来松，袁劲梅，赵 珍

(中电环保股份有限公司，江苏 南京 210008)

随着污水处理量的飙升，污泥量显著增加。我国污泥2015年3820万t，2016年4104万t，预计2020年超过5000万t[1-2]。污泥含有丰富的有机质、氮、磷、钾等营养物质，利用价值显现，污泥的高含水率是制约污泥处理技术发展的关键[3]。目前污泥处置常用方法是填埋、堆肥和焚烧[4]，污泥因重金属等有害物质含量较高，污泥堆肥存在问题，污泥的不稳定性导致污泥填埋时无法堆高造成用地过大和土地资源日趋紧张等问题[5]，焚烧法[6]因具有减量化、资源化等优势，逐渐成为主流方式。污泥焚烧通常需要先进行污泥脱水或热干化等前处理以提高污泥的热值。

污泥干化采用热能蒸发水分，大幅减少污泥体积、存储、处置成本，可去除病原体[7]。由于干化过程中微生物裂解，脂肪、蛋白质等大分子有机质水解，挥发性物质释放，使污水中含有大量的氨氮和挥发性有机物[8]、重金属、油脂，不能直接排入污水处理厂，由污泥干化点自行处理，达到回用水标准回用或纳管标准后排入市政管网。

目前，污泥干化及其资源化利用颇受关注，随着我国污泥干化的专业化、规模化，污泥干化污水单独处理后回用或达标排放已成趋势。不同的污泥干化污水含有的污染物不同[9]，作为一类特殊污水，其生物处理技术应用鲜有报道。根据污泥干化污水的生化性，可以采用A/O、氧化沟、SBR等工艺进行处理。

本文以市政、印染、药渣生化污泥三种污泥干化产生的污水为例，介绍利用改良A/O工艺处理取得的效果及经济性分析，为污泥的规模化资源利用提供依据。

1 项目情况

1.1 污水水质与水量

市政、印染、药渣生化污泥干化产生的污水水质如表1所示。

表1 污泥干化污水水质

1.2 工艺流程及说明

1.2.1 市政污泥干化项目

污泥干化污水经混凝沉淀后至调节池，泵送至生化系统，系统设置了预缺氧池，与AO2、二沉池组成了改良的生化系统。二沉池出水收集于清水池，水质达到一级A标准供系统和企业回用。

1.2.2 印染污泥干化项目

污水经混凝沉淀至调节池，泵送至两段AO，经二沉池、滤布滤池后至清水池，系统出水达到GB19923《城市污水再利用工业用水水质》回用水标准，部分回用，其余排入市政管网。

1.2.3 药渣污泥干化项目

污水经絮凝沉淀、气浮后进入调节池，泵送至设有水解酸化和两段回流的AO改良生化系统，经二沉池、滤布滤池后进入清水池，出水达到GB19923《城市污水再利用工业用水水质》工艺与产品用水标准，部分回用，其余排入市政管网。

2 结果与分析

2.1 市政污泥干化污水处理

工艺流程：污水→混凝沉淀→调节池→预缺氧池→缺氧池→1#好氧池→2#好氧池→二沉池。处理水量约183 m3/d，硝化液回流比为150%，污泥回流比为70%，投加片碱50 kg/d，PAC50 kg/d。

图1～3为系统进出水水质，进水COD最高2527 mg/L，最低1510 mg/L，进水氨氮最高302 mg/L，最低224 mg/L，进水总氮最高323 mg/L，最低241 mg/L，进水C/TN为4.9～9.9，污水水质变化大，但出水指标波动不大， COD<50 mg/L，氨氮<1 mg/L，总氮<15 mg/L，出水达到一级A标准，COD、氨氮、总氮的平均去除率分别为97.8%、99.6%、95.7%。图4为水温和水量，水温最高42℃，最低21℃，最高水量245 m3/d，最低115 m3/d，水温、水量波动较大。系统在水温、水质、水量波动较大的情况下出水相对较稳定。

图1 进出水 COD

图2 进出水氨氮

图3 进出水总氮

图4 水温和水量

表2为市政污泥干化污水处理水量9.25 m3/ h、进水COD 1971 mg/L、氨氮 302 mg/L、总氮 323 mg/L、硝化液回流量15 m3/h、污泥回流量7 m3/h工况下，系统各设备出水指标。由表可知，因污泥、硝化液回流，预缺氧池内污染物浓度有所降低；预缺氧池对COD、氨氮、总氮均有去除作用，这与预缺氧池的生物选择器作用相吻合，活性污泥在此消耗硝化液中剩余溶解氧[9]发生硝化、同时使介质缺氧而发生反硝化反应；缺氧池内反硝化降低总氮的同时，降低了氨氮，很有可能发生厌氧氨氧化反应；系统的总氮脱除率达到96.28%，远超过此工况下理论脱氮效率70.4%，说明系统硝化反应彻底，脱氮过程存在同步硝化与反硝化、厌氧氨氧化综合反应。

表2 市政污泥干化污水各设备出水水质

2.2 印染污泥干化污水处理

工艺流程：污水→絮凝沉淀池→调节池→一段缺氧池→一段好氧池→二段缺氧池→二段好氧池→二沉池，当处理量为456 m3/d，硝化液回流比为350%，污泥回流比为105%，片碱投加175 kg/d， PAC 35 kg/d。

图5～7为系统进出水水质，进水COD最高1206 mg/L，最低630 mg/L， 氨氮最高207mg/L，最低154 mg/L， 总氮最高246 mg/L，最低195 mg/L，进水平均COD 842 mg/L，氨氮180 mg/L，总氮219 mg/L，C/N在2.7～6.1内，污水水质同样变化较大。图8为水温和水量，温度最高43℃，最低20℃，水量最高480 m3/d，最低288 m3/d，污水的水温、水量波动也较大，但出水COD<55 mg/L，氨氮<3 mg/L，总氮<45 mg/L，且出水较稳定，平均除率分别为94.41%、98.88%、84.01%。该系统在水温、水质、水量波动较大、不外加碳源的情况下出水达到了GB/T19923工艺与产品用水标准。

图5 进出水COD

图6 进出水氨氮

图7 进出水总氮

图8 水温和水量

表3为印染污泥干化污水处理水量19 m3/h、COD 780 mg/L、氨氮 200 mg/L、总氮 237 mg/L、硝化液回流量67 m3/h、污泥回流量20 m3/h的工况下各设备出水水质。因污泥回流和硝化液回流，缺氧池内COD为211 mg/L，氨氮为50 mg/L，总氮为78 mg/L。由表3可知，1#缺氧池对总氮的去除率低于对氨氮去除率，说明在1#缺氧池内回流硝化液溶解氧使部分氨氮发生了硝化反应，消耗多余氧之后才进行反硝化过程；1#好氧池对氨氮去除率较低，可能是1#好氧池内高COD浓度使异养细菌大量繁殖，影响了硝化细菌的硝化；一段AO对COD、氨氮、总氮的去除率分别为54.5%、57.6%、41%，脱氮效率80.93%低于此工况下理论计算的脱氮效率82.07%，二段A/O对COD、氨氮、总氮的去除率分别为41.67%、90%、21.74%，二段AO对降COD、氨氮有较好的脱除效果。

表3 印染污泥干化污水各设备池出水水质

2.3 药渣生化污泥污水处理

工艺流程：污水→混凝沉淀→气浮→水解酸化池→1#缺氧池→1#好氧池→2#缺氧池→2#好氧池→二沉池。其水质有机物高，色度高，异味重，有毒害物质多，成分复杂[10]，难降解。采用沉淀、气浮去除悬浮物和油类，经水解酸化后，需要补充源碳来满足脱氮。处理量为60 m3/d，每天需要投加乙酸钠25 kg，磷酸二氢钾14.6 kg，PAC 12.5 kg，PAM 1.5 kg。

图9～11为系统进出水水质，进水COD最高4380 mg/L，最低2310 mg/L，氨氮最高378 mg/L，最低210 mg/L，总氮最高409 mg/L，最低245 mg/L，平均进水COD、氨氮、总氮为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内，水质波动很大。图12为水温和水量，污水温度最高41℃，最低23℃，水量最高100 m3/d，最低50 m3/d，水温、水量波动较大，但出水COD<60 mg/L、氨氮<5 mg/L、总氮<30 mg/L，COD、氨氮、总氮的平均去除率为98.41%、99.34%、94.04%，系统在水质、水温、水量波动情况下出水相对较稳定，达到GB/T19923工艺与产品用水标准。

图9 进出水COD

图10 进出水氨氮

图11 进出水总氮

图12 温度和水量

表4为药渣生化污泥污水处理水量2 m3/h、进水COD 2985 mg/L、氨氮 343 mg/L、总氮 374 mg/L、硝化液回流量5 m3/h、污泥回流量2 m3/h工况下各设备出水水质。表中一段AO对 COD、氨氮、总氮的去除率分别为80.72%、75.31%、58.92%，二段A/O对COD、氨氮、总氮的去除率分别为50%、81%、21.7%，一段AO脱氮效率87.04%，超过了对应的理论脱氮计算值77.78%，1#缺氧池消耗余氧降解COD的同时可能发生了短程硝化与反硝化反应；1#好氧池很好地降解了COD、氨氮；水解酸化池促进了生化性差的药渣生化污泥污水系统一段AO的生化能力，同时自身对部分COD、氨氮、总氮也有降解作用。

表4 药渣污泥干化污水各设备出水水质

2.4 成本分析

表5为三种污泥干化污水处理的运行成本。表中市政污泥干化污水的运行成本最低，印染污泥次之，药渣生化污泥的成本最高。

表5 三种污泥干化污水处理系统加药量及运行成本

注：葡萄糖参考价格为3200元/t，磷酸二氢钾参考价格6500元/t，PAC参考价格3200元/t，片碱参考价格4560元/t，PAM参考价格8000元/t。

3 讨论与结论

3.1 讨论

由图1～12可知，污泥干化污水水质随污泥的性质不同而不同，进水水温、COD、氨氮、总氮、C/N 2.9～15.7波动大，水量随污泥量的变化而变化，但出水水质相对稳定，这主要是系统中设置了能容纳昼夜的调节池、预缺氧池、水解酸化池、二段回流AO等设备及运行参数调整的改良生化系统；市政污泥干化污水虽然COD、氨氮、总氮较印染污泥干化污水高，但总氮与氨氮的差值较印染污泥、药渣污泥干化污水低，采用带预缺氧池的AO2系统对COD、氨氮、总氮平均去除率高于印染污泥和药渣生化污泥采用二段回流AO系统，说明市政污泥干化污水的可生化性要强于印染污泥、药渣污泥干化污水，预缺氧池对提高脱氮效率起较大作用；药渣污泥干化污水处理系统中的一段AO对COD、氨氮、总氮的去除率高于印染污泥干化水处理系统，且脱氮效率高于对应工况下的理论值，说明可生化性较差的药渣污泥干化污水处理系统的水解酸化池起到了促进作用。

由于污泥干化污水水量、水温、水质、C/N波动较大，即使有调节池缓冲作用，还是有波动，采用SBR工艺调整水力停留时间和污泥浓度等条件可以使出水合格，但运行人员应具有较强的污水处理知识、观察能力及丰富的经验，并且系统需适应较高频率调整。对于这种波动较大的工况，只可通过设计耐冲击、自动化程度较高的系统来完成，从目前实际运行结果判断，改良AO工艺具有较高的适应性。

3.2 结论

(1)对于水质、水量、水温波动较大的污泥干化污水处理系统，设置调节池是必要的，不同种类的污泥干化污水处理需要差异化设计，但自动化程度较高的改良AO工艺可以达到回用水标准；

(2)市政污泥干化污水处理采用改良AOO系统，出水可达到一级A标准；

(3)生化性较差的污泥干化污水处理需设水解酸化池，改善系统设计，根据进水水质灵活调整运行参数。