“零污泥排放”的好氧生物处理工艺介绍

零污泥排放”或低污泥量排放的好氧生物处理工艺在部分小型污水处理工程得到应用。然而，个人认为“零污泥排放”并非是系统中没有污泥产生。依据一些成功案例，现将“零污泥排放”加以阐述，同时分析其经济技术上的可行性，以供环保同行参考。

    形成“零污泥排放”的主要原因为：有机负荷非常低，微生物在曝气池内长期处于内源呼吸，增长的污泥量大部分自身氧化，剩余污泥量很少;有少量的剩余污泥随沉淀池出水带出，从而形成生化处理系统无剩余污泥排放的表象。表1为2个基本无剩余污泥排放的生物处理工程实例数据分析。

     表1基本无污泥排放生物处理工程实例

基本无污泥排放生物处理工程实例

     由Monod有机底物降解与微生物增长动力学方程得：

    △X=Y(So-Se)Q-KdVXv(1)

    △X—每日增长的挥发性污泥量(VSS)，kg/d;

    (So-Se)Q—每日有机底物降解量(BOD5)，kg/d;

    VXv—曝气池混合液中挥发性污泥总量，kg/d;

    Y—产率系数;

    Kd—活性污泥微生物内源呼吸自身氧化率，d-1;

    So、Se—进水、出水BOD5浓度，mg/L;

    Q—日处理污水量，t/d;

     活性污泥法BOD5污泥负荷Nrs表达式为：

    Nrs=(So-Se)Q/VXv，(2)

    将式(2)代入式(1)并整理得：

    △X=(So-Se)Q(Y-Kd/Nrs)(3)

    由式(3)可知，对于某一确定的污水，其So、Se、Q、Y、Kd相应确定，增长污泥量是污泥负荷Nrs的函数。以生活污水为例，取Y=0.58，Kd=0.075d-1,当进水BOD5浓度So=200mg/L，出水BOD5浓度Se=20mg/L，处理流量Q=600m3/d，其增长挥发性污泥量为：

    △X=108(0.58-0.075/Nrs)

    其增长污泥量与污泥负荷之间的关系如图1所示。

增长污泥量与污泥负荷之间的关系

式(3)中，当Y≤Kd/Nrs时，表明增长的微生物量与微生物内源呼吸减少量相等;但微生物通过内源呼吸，理论上被氧化成无机物的极限值为80%，仍有20%为不能分解的残留物质，再加上进水携带入的无机性固体与不可生物降解有机物，系统必然还是有很少量的剩余污泥产生，与出水带出的SS量基本相等时，系统显示出无污泥排放的表象。

    以表1某印染厂为例，类似印染废水[1]试验得到Y=0.74，Kd=0.053d-1,其增长挥发性污泥量(VSS)为：

    △X=0.74(186-10)1900×10-3-0.053×1800×2100×10-3=47.12kg(VSS)/d;

     取VSS/MLVSS=0.75，则全部污泥增长量为：

    △X’=47.12/0.75=62.83kg(MLSS)/d;

     相应地出水携带出的SS为：

    △X”=1900×(21～46)×10-3

    =39.9～87.4kg(MLSS)/d;

    理论计算污泥增长量与出水带出的SS量基本相近。系统从表象上显示出无污泥排放的现象。

    同样，以表1某生活污水处理站为例进行分析。据有关研究，生物接触氧化法BOD5负荷在1.0kg/(m3.d)以下时，微生物每降解1kgBOD5所产生的剩余污泥为0.18kgMLSS[2]，则系统从理论上产生的剩余污泥量为：

    △X’=600(152-5)×0.15×10-3

    =13.23kg(MLSS)/d;

     相应地出水携带出的SS为：

    △X”=600×(18～45)×10-3

    =10.80～27.0kg(MLSS)/d;

    理论计算污泥增长量与出水带出的SS量也基本相近。

    污水好氧生物处理系统产生的增殖污泥减量化有多种途径。除低负荷自身内源呼吸减量外，主要有厌氧消化、好氧消化及堆肥等。采用活性污泥法工艺的污水处理厂中，剩余污泥在浓缩后可以进行厌氧消化后脱水;对小型污水处理站，活性污泥法或生物接触氧化法工艺运行中产生的增量污泥，可以进入污泥好氧消化池减量化或直接浓缩脱水。这些方法在技术上都是可行的，但在投资、运行成本及管理上存在较大的差异。下面以日处理量为10000m3/d规模的城市污水处理厂采用不同污泥减量与处理方法进行比较分析。    

    采用普通活性污泥法(为比较分析简化，不考虑脱氮除磷因素)，BOD5污泥负荷为0.3kg/(kg.d)，污泥浓度2.0g/L，由微生物增殖产生的含水率为99%的污泥以150m3/d计;低负荷活性污泥法BOD5污泥负荷为0.075kg/(kg.d)，污泥浓度3.5g/L;采用不同污泥减量与处理方案的工程费用测算见表2。

     表2不同污泥减量与处理方案的工程费用测算(万元)

不同污泥减量与处理方案的工程费用测算

    1)低负荷工艺仍有少量污泥排放，故仍需建污泥池。

    2)曝气池土建费用以550元/m3容积计，因供氧增加的鼓风设备投资增加量未计入。

    从表2可见，采用低负荷活性污泥法工艺减少了污泥排放量，但大幅度提高了工程的投资费用。以城市污水处理厂常规1100元/(m3.d)工程造价估算，整个工程费用方案3比方案1增加了11%左右，比方案2增加了17%左右。

    供氧耗电成本是污水好氧生物处理成本的主要部分，活性污泥法需氧量计算式为：

    O2=a′(So-Se)Q+b′VX

    O2=(So-Se)Q(a′+b′/Nrs)(5)

    一般生活污水取a′=0.48，b′=0.15，其负荷变化与需氧量的关系式为：

    O2=(200-20)10000(0.48+0.15/Nrs)

    需氧量与负荷之间的关系如图2所示。

    同表2各方案工艺参数相同，采用不同处理方案的供氧耗电成本及其它运行成本测算比较见表3。

    从表3可见，尽管低负荷工艺省却了多项污泥处理费用，但其供氧电耗增加量很大，*终的运行费用还是明显超过了普通负荷工艺。

     表3不同污泥减量与处理方案运行成本测算(元/d)

不同污泥减量与处理方案运行成本测算

    占地上，方案1增加了污泥消化与浓缩脱水的场地;方案3曝气池占地面积较大，但总体上低负荷工艺占地面积更大。

    管理上，方案3*简单，它省去了管理要求严格的污泥厌氧消化工艺，降低了运行管理要求。

    污泥处置上，方案3避免了寻找污泥处置场地以及组织运输的过程，使污泥处置过程简单化。

    通常情况下，小型生活污水处理站规模小，一般为物业管理部门监管，管理力量很薄弱，采用污泥脱水等设备不仅占地，影响周围环境，而且从运行管理上而言也较困难;另一方面，由于规模小，采用低负荷工艺增加的投资和运行费用*值较低，经济上实际增加的负担有限，而在管理上能克服诸多困难，使处理设施能有效运行。因此，一般而言小型生活污水处理站采用“零污泥排放”或低污泥量排放好氧生物处理工艺是可行的。

    工业废水处理站宜视处理规模、产生污泥量的大小及企业的管理水平来确定。规模小、增量污泥少、企业管理水平较薄弱时，采用“零污泥排放”或低污泥量排放好氧生物处理工艺是合理的。反之，则会较大地增加工程投资与运行费用，经济上的可行性较差。

    污水处理厂由于规模较大，又有专业的管理力量实施科学管理，显然采用此工艺会较大幅度增加工程投资与运行费用，根据中国的国情，是欠合适的。除非在污泥出路特别困难的场合可以考虑采用。

    据报道，一些新开发的复合微生物菌群具有相互共生的增殖体系和低污泥增长率，从而达到低剩余污泥排放量，这一类型的工艺有待于一定规模的工程实践。另外有报道，对某些特定类型的有机废水，通过浓缩污泥的微生物水解、酸化，提高污泥在系统中的氧化分解效果，在经济合理的情况下实现基本无剩余污泥排放。因此，随着技术进步，研究技术可行、经济合理的低剩余污泥排放生物处理工艺，将是努力和发展的方向。