新一轮污水厂升级改造启动！推进减少污泥产量

当前，我国污泥处理处置领域正面临哪些难题？“随着污水厂的提标改造，污泥量还在大幅增加，但污泥的处置出路尚未打通......”近日，北京市政工程设计研究总院原副总工程师杭世珺出席活动回答该提问。
一项数据显示，预计到2025年，我国年产生含水量80%的污泥将达到1.6亿吨（包括生活污泥和工业污泥），而这显然不符合国家推进美丽中国建设、“无废城市”建设的美好愿景。

一、无废城市建设加速，污水厂污泥系统亟待改造

10月22日，生态环境部举行10月例行新闻发布会。生态环境部固体废物与化学品司司长郭伊均就全国“无废城市”建设进展和下一步工作计划答记者问。他表示，开展“无废城市”建设是党中央、国务院针对固体废物污染治理作出的一项重要改革举措。“十四五”期间，全国113个地级及以上城市和8个特殊地区扎实推进“无废城市”建设，计划建设3700余项工程项目，投资超过1万亿元。
下一步，生态环境部将引导参与城市和地区在实施固体废物减量化、资源化、无害化具体工程项目建设上下功夫，切实解决工业、生活、建筑和农业等领域的固体废物实际问题。其中，实现污水厂污泥减量化、资源化，无疑是“无废城市”从“建设”向“建成”过渡中的一项重要工作任务。

杭世珺认为，污泥处理的技术手段以前更关注末端的处理处置，未来源头减量十分重要。正因如此，包括南京在内的多座城市都在《市政府办公厅关于印发“无废城市”建设工作方案的通知》里要求：“推进生活污水处理厂污泥、污水管道沟污泥源头减量。”
据一些业内人士透露，为了打造“无废城市”，全国多家污水处理厂正在抓紧改造升级污泥处理车间，还有很多污水处理厂把目光放在了污泥量少的处理工艺上，如VFL工艺、OSA工艺、AOA工艺等。
二、4类污泥产率控制措施，减少污泥处理处置量??????????
作为污水处理过程中伴随产生的副产物，污泥主要来自于四个方面：预处理污泥、生物污泥、化学污泥、调理剂污泥。
1、预处理污泥产泥率控制措施
    预处理污泥包括初沉池、水解池、吸附-生物降解工艺（AB法）A段、化学强化一级处理工艺产生的污泥。就初沉池污泥而言，污泥产率与排泥周期、水温、水力停留时间、进水 SS 浓度有着密切关系。
由于我国特别是南方地区污水普遍存在碳源不足的情况，为防止溶解性BOD5吸附在 SS 或非溶解性BOD5沉淀上，近年来新建污水厂一般不设初沉池，已建初沉池也逐步改造为生化池或调节池等，即SS与生化池增殖的剩余污泥一同在二沉池中进行沉淀。
2、生物污泥产泥率控制措施
1）运行参数优化
    影响剩余污泥产量的因素包括进出水水质、污泥龄、处理工艺、温度等。据《室外排水设计标准》，剩余污泥的计算公式为ΔX=（V·X）/θc。
式中：ΔX为剩余污泥量，kgSS/d；V为生物反应池的容积，m3；X为生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L；θc为污泥龄，d。
因此，通过对生化池运行参数优化，在不影响二沉池泥水分离效果、生物除磷和污泥活性的情况下提高污泥龄，可以减少生物污泥产率。
2）解耦联剂添加
解耦联剂能抑制细胞体内能量偶联磷酸化的化合物，其存在可打破细胞内分解代谢与合成代谢之间的能量偶联，可通过解耦联剂添加降低活性污泥中微生物合成量。
常见的解偶联剂主要有酚类、苯胺类、氨基酸以及重金属离子等物质。以A2/O工艺（厌氧段、缺氧段、好氧段有效容积分别为4L、4L、16L）为例，有人分别添加了1.6mg/h四氯水杨酸苯胺、40.0mg/h二氯酚、7.0mg/h四(羟甲基)硫酸磷，运行至85d，污泥产量分别下降38.6％，43.4％，39.3％。
优点是无需改造工艺，操作简单、便捷，能耗低，规模可大可小；缺点是偶联剂为难降解物质，存在二次污染风险。
3）微生物捕食
生化系统中存在以吞噬细菌等微生物为食的食物链顶端的微生物、原生动物、后生动物等，通过其大量吞食污水中活性污泥微生物，进而实现污泥减量化。
目前，使用比较多捕食微生物有的水蚯蚓、蠕虫、顠体虫、仙女虫等。某日处理2万t污水厂，通过维持水蚯蚓接种密度1.2g/L，实现污泥削减52.43％～85.9％，污泥削减量高达64.20～169．84mg/L，年削减绝干污泥240.9t。
优点是工艺简单，成本低，无二次污染，适合大型生产；缺点是易受环境影响，出水浓度偏高，捕食微生物数量规模难以控制，需定期清粪等。
3、化学污泥产泥率控制措施
建立“前馈+反馈”药剂投加模式，通过进水磷负荷确定加药量设定值。根据出水磷酸盐的浓度动态调整加药量，实现对除磷药剂精确投加，实现按需加药，减少化学污泥产率。
4、调理剂污泥产泥率控制措施
1）调理剂优选
在实际生产中，无机絮凝剂和有机絮凝剂是常用的污泥调理剂。其中，无机调理剂主要有铝盐和铁盐两大类，添加无机调理剂的缺点是用量大且具有腐蚀性，根据计算，其用量达到污泥干重的5％~20％，导致污泥量变大，对设备的要求很高。
因此，当污水处理厂用于污泥调理的铁盐和石灰的耗量非常大，可选择高效絮凝剂，确定最佳投加量。
2）溶胞-隐形生长
溶胞-隐形生长技术是指通过外加作用使细胞破碎，释放胞内物质，并将上述释放的胞内物质用于其他微生物的生长代谢，从而实现污泥的减量。
     溶胞-隐形生长技术又可分为溶胞和隐形生长两阶段。其中，溶胞过程是该技术的限制步骤，高效的溶胞技术可有效提高污泥减量的效果。
常用的溶胞技术主要包括物理法（加热、超声破碎、机械破碎）、化学法（臭氧、芬顿等氧化剂氧化法）、生物法（酶制剂）。

三、OSA工艺、VFL工艺，这些低污泥量工艺被重点关注
目前，我国城镇污水处理厂广泛应用活性污泥法作为主要处理工艺，采用该类工艺的污水处理厂数量约占全国污水处理厂总数的81.6%。
有人研究了全国31省4000座主体工艺采用一种活性污泥法的污水处理厂，发现不同污水厂的产泥率差异较大。其中，MBR工艺平均污泥产率最低，主要原因是MBR工艺中活性污泥浓度高、污泥负荷低，提高了系统的内源呼吸率，活性污泥絮体中有机物被作为底物分解代谢，实现污泥减量。也有人发现在传统活性污泥法中的污泥回流段设置厌氧反应环节，可以大幅原位削减污泥产量，这就是OSA工艺。
1、OSA（Oxic-Settling-Anaerobic）工艺
     OSA工艺由好氧池，沉淀池与厌氧反应器构成，其中厌氧反应器设置在污泥回流的回路中。当污泥再次回流到底物充足的好氧池中，微生物会开始大量的对有机底物进行氧化分解，所生成的能量不会立刻进行细胞物质的合成，而是优先用于合成ATP储备，从而有效地降低了污泥的增长速率。 

有污水厂通过运行改进的OSA工艺，通过与传统活性污泥法进行比较发现，OSA工艺的污泥产量为0.13~0.29kgSS/kgCOD，而传统活性污泥法的污泥产量为0.28~0.47kgSS/kgCOD。同时还发现，OSA工艺的污泥减量效果主要受以下4个因素影响：
①厌氧污泥反应器中的氧化还原电位（ORP）；

②厌氧污泥回流比；

③污泥进入厌氧污泥反应器的停留时间；

④主体反应区的污泥龄。

比如，当把OSA工艺厌氧反应器的ORP控制在-250mV，较其ORP在+100mV时可以发生36%的污泥减量率，如果对比传统的活性污泥法工艺则可以发生58%的污泥减量率。
2、VFL（Vertical-Flow-Labyrinth）工艺
     VFL工艺是集厌氧、缺氧、好氧、沉淀于一体的组合池，采用独特的垂直流迷宫式结构，具有排泥量低（接近零排放）、同步进行污水和污泥的处理、高效低耗的特点。                          VFL工艺示意图
产泥量方面，传统AAO 工艺剩余污泥产量较大。倒置 AAO 工艺由于污泥回流比很大，通过二沉池底排出的剩余污泥也大大增加。VFL工艺因具有内回流比例大的特点，从而使得系统内的各个单元既能保持推流式的特点，又兼具完全混合的形态，整个生化系统的平均污泥浓度非常高，并且能够保持在很稳定的水平。同时，整个系统的污染物浓度也保持在比较稳定的状态，梯度较小，大大降低了好氧区的有机负荷，这使得系统好氧区的微生物能够因为一直保持在内源呼吸期的状态而不会发生污泥膨胀的现象，令剩余污泥的产生量大大减少，产泥量仅为一般工艺的 10%~20%。

作品来源：环保水圈

素材参考：生态环境部、中国给水排水、中国水网、网络等

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