【分享】德国市政污水厂提效改造措施的借鉴（二）

3 降低污泥处理费用的各种措施

污泥处理处置费用一方面和污泥产量有关，另一方面和运输费用有关。因为即使脱水处理之后, 脱水污泥中仍然含有 70% 以上的水分。为了降低污泥产量，还必须继续采取以下措施：

▪对脱水过滤液进行厌氧处理

通过对离心液/脱水过滤液进行厌氧处理，可以降低污水好氧曝气处理过程中会产生剩余污泥产量。
▪采用污泥热水解工艺

研究显示，通过采用污泥热水解技术，被处置的污泥产量可以下降大约 9.4%。
▪采用膜分离技术进行生物质回收

通过膜技术分离活性污泥，可将曝气池内的DS浓度维持在10~12 g/L 范围，而采用传统二沉池技术时污泥浓度只有 2.5~3.5 g/L。当进水浓度不变时，污泥处理负荷很低，因此剩余污泥产量会相应降低。

▪对市政污泥进行太阳能干化处理

目前市场上已有许多污泥干化系统, 一般都需要采用很高能源，可在占地很小情况下和短时间内将市政污泥干化至很高固含量。与此相反，太阳能污泥干化系统所需要的能耗极低, 基本上采用免费太阳能进行污泥干化处理。这些污泥被铺设在干化场内。污泥干化场的外壳是封闭型透明暖房，用于防雨保温。在通风曝气受到控制的情况下，污泥在干化场内被连续不断地抛翻处理。不管外部气候如何，此时总可以利用环境空气的干化潜能对市政污泥进行干化处理。为了进一步提高污泥干化能力，还可以额外在冬季输入沼气发电机(BHKW)所产生的废热。为了防止产生臭气和提高干化效率，一般必须定期对污泥进行全自动翻滚处理。一旦污泥达到所需要的干化程度, 这些污泥就可排出进行相应后处置。

太阳能污泥干化技术已经在欧洲得到广泛应用，但一般用于小型市政污水厂内，规模是在 1000 和 300000 人口当量之间。举例来说，在德国 Füssen 市政污水处理厂(70000 人口当量) 内，已经采用含废热利用(BHKW) 的太阳能污泥干化装置。脱水污泥的固含量大约为 28%DS，被铺设在污泥干化场 2000 m2 (分成 4 块干化场，每块面积 10 x 50 m) 进行干化处理，干化后污泥固含量可达到 75%~95%DS。

对于大型市政污水处理厂来说，则可以采用带式污泥干化装置和沼气发电机(BHKW) 所产生的废热来进行污泥干化处理。

4 污泥厌氧消化处理所产生的问题

在考虑进行强化厌氧消化的同时，还必须考虑到市政污水处理厂整体运转时会带来的优点和缺点：通过投加协同发酵基质和浓缩液可以提高沼气产量，但同时会大幅低提高发酵液内的氨氮浓度，必须返回生物处理阶段进行处理。一般情况下，采用污泥热水解工艺之后消化液内的NH4+浓度也会提高。根据不同的框架条件，消化液内返送回生物处理阶段的总体氨氮负荷会提高 10%~25%。因此，有必要在此返送支流上进行脱氨处理。在实际工程上已经采用的技术是：

▪氨吹脱 (蒸汽或空气)

▪ MAP-沉淀

▪ 催化氧化
如果脱水液采用蒸汽进行吹脱处理, 在后续的冷凝液内可以获得氨水, 可以作为肥料或者在焚烧装置内用于降低 NOx 浓度。当采用空气进行氨氮吹脱时，则产生的氨气被吸附在酸液内 ((H2SO4或者 HNO3)。在图 3内显示了德国Straubing 市政污水处理厂的氨吹脱装置。

图 3 德国 Straubing 市政污水处理厂的氨吹脱 / 酸洗装置

所产生的硫酸铵溶液可用于各种工业领域(皮革工业、木材加工业、农业)。在进行 MAP-沉淀反应时，氨氮和磷与镁离子进行沉淀反应。上述各种工艺的应用情况在很大程度上与产品的销售渠道和市场有很大关系。

与其他产生氨氮化合物的处理工艺不同，催化氧化只是消灭氨氮，不会产生剩余物质。在进行催化氧化反应时，过滤液内的氨氮首先通过吹脱被转化成氨气。然后这些含有氨氮的吹脱气体被预加热，在大约400°C时在催化剂作用下按以下方程进行反应，被氧化成氮气和水：

2 NH3 + 1.5 O2→ N2 + 3 H2O+ 能量

通过输入空气提供氧化时所需要的氧气。在冷却之后，水蒸气和氮气作为废气被排出装置, 此时完全可以达到德国 TA Luft 的废气排放标准。被排出的废气流量相当于输入的新鲜空气质流量。而留在系统内的支流是进入吹脱塔作为吹脱气体循环运转。图 4 显示了这一处理装置的工艺流程。

图4 催化氧化装置的工艺流程

当氨氮浓度很高情况下，氧化反应时会释放能量，因此装置会自热运转, 只是在装置启动时需要外热，将装置提高至所需要的操作温度。当氨氮浓度较低的情况下，则所释放能量不能维持操作温度, 此时必须进行辅助加热。这个过程也就意味着将提高运转费用。

在进行支流氨氮回收的同时，还应该在此同时讨论磷回收问题。因为在德国污泥农用受到愈来愈严格的限制, 市政污泥内磷肥循环利用也将变得困难。作为平衡，只能在农田内采用磷化肥物质。与氮肥不同，1913年德国科学家Haber 和 Bosch 发现氨氮合成技术之后，可以毫无限制地大量生产氮肥。但磷肥来自磷矿石，目前全球的磷矿储存量十分有限，价格不断上涨。因此，目前许多欧洲国家要求采用技术措施，从市政污水或市政污泥中抽提磷肥物质。

在德国，目前已有不少大型和中试磷回收装置投入运转并获得初步结果。所采用的处理工艺主要是和污水厂内的除磷方式, 即磷在市政污泥内的结合形式有关。

就市政污水处理厂内的污水和污泥处理过程来看，有很多地点可以整合安装磷回收装置，至少理论上可在以下6种物质流内进行磷回收(图 5)：

• 市政污水厂出水
  
  
• 回流污泥
  
  
• 污泥脱水液
  
  
• 消化污泥
  
  
• 脱水污泥
  
  
• 污泥灰烬
  
  

图 5 P-回收装置的安装地点

但如果考虑到磷回收工艺的经济效益和技术可实施性能，目前都是在鸟粪石(MAP)沉淀工艺在消化污泥或污泥脱水液水中进行磷回收。其中在欧美国家应用最为广泛的磷回收工艺是在德国柏林开发的AirPrex® 处理工艺，可在消化后污泥液中直接抽提鸟粪石(MAP)。

通过采用AirPrex® 处理工艺，可对消化污泥进行定向磷沉淀处理并可为整套污泥处理系统带来以下益处：↗明显提高污泥机械性脱水性能: 降低絮凝剂消耗量和明显提高脱水污泥的固含量↗在污泥处理工段内不再产生鸟粪石沉淀结晶现象↗进入生化系统的磷返回负荷降低大约 80%~90%↗回收利用 MAP-肥料