（环境工程专业论文）城镇污水处理厂污泥减量与调理脱水耦合技术的研究.pdf

y m 2 1 1 1 1 1 0 0 7 川0 5 4 洲8 城镇污水处理厂污泥减量与调理脱水耦合技术的研究 摘要 活性污泥法在污水处理领域的广泛应用，大量剩余污泥随之产 生。剩余污泥因含水率高、量多、体积大及成分复杂等因素而极具二 次污染风险，已成为影响环境、造成环境危害较为严重的污染物之一。 本文在综述污泥处理处置各种技术现状的基础上，选择缺氧好氧消 化工艺对污水处理厂污泥进行减量稳定化处理；通过粉煤灰、硅藻土 调理剂及生石灰对污泥调理效果的对比，选择采用粉煤灰对消化污泥 进行调理脱水，考察缺氧好氧消化结合粉煤灰物化调理的污泥减量 与调理脱水耦合技术对城镇污水处理厂剩余污泥的处理效果。 本课题通过对城镇污水处理厂剩余污泥的好氧消化、缺氧好氧 消化及调理脱水研究，主要得到如下结论： ( 1 ) 连续曝气的传统好氧消化工艺( c a d 工艺) ，当维持污泥 混合液溶解氧值( d o 值) 达6 0m g l 以上，污泥停留时间( s r t ) 为1 2d 即可实现m l v s s 的降解率达到4 0 o 以上，满足城镇污水处 理厂污染物排放标准( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中有关污泥有机物降解率的 要求。且c a d 工艺运行过程中，污泥m l v s s 的变化趋势和污泥脱 氢酶活性( d h a ) 存在显著正相关。通过m l v s s 降解情况及d h a 变化情况的两方面考察，可以较为准确地对污泥稳定化程度进行判 断。 浙江工商大学硕_ 上学位论文 ( 2 ) 传统好氧消化工艺，污泥中微生物发生水解氧化，菌体细 胞破裂，大量营养元素将在消化液中释放并累积( 尤其n 、p 元素) ， 且消化液酸性较大。因而当采用c a d 工艺，在污泥得到减量稳定化 一处理同时应注意消化上清液的有效治理。_ ( 3 ) 试验条件下不同曝气方式对污泥的降解存在一定影响。从 污泥的降解情况来看，缺氧好氧消化工艺( a a d 工艺) 相对逊于 c a d 工艺，而考虑动力消耗，为满足m l v s s 降解率大于4 0 的要 求，a ，a ( a n o x i c a e r o b i c ) 为4 4 、8 8 、1 2 1 2 的m a d 工艺分别要比 c a d 工艺节省能耗2 5 o 、2 5 o 及3 3 3 。m a d 工艺好氧、缺氧 环境交替产生，硝化、反硝化作用在同一反应系统内进行，污泥在得 到减量稳定化处理的基础上，有效降低n 元素在消化液中的积累( t n 在相应消化液中的累积量m a d 工艺基本相当于c a d 工艺的6 0 ) ， 可减轻消化液的脱氮压力，同时由于硝化、反硝化作用的碱度互补， 使消化液p h 值能大致维持中性水平。 ( 4 ) 常温下对原污泥进行调理，当采用粉煤灰、生石灰、硅藻 土调理剂对污泥进行调理时，其最佳投配比( 调理剂干泥) 分别为 1 0 0 ，5 0 和1 0 0 ，调理污泥最适重力沉降时间为9 0r a i n 。采用挤 压式机械脱水，以粉煤灰和生石灰作为调理剂，宜控制外加压力为 o 5m p a ，以硅藻土调理剂用于污泥的调理，外加压力为0 6m p a 较为 合适，且在最适外加压力条件下，压滤作用时间持续9 0s 为宜。 ( 5 ) 在提高污泥的沉降性能及脱水性能方面，三种调理剂的作 用效果大致为：生石灰 粉煤灰 硅藻土调理剂。作为一种工业固体 t t 浙江工商大学硕士学位论文 废物，粉煤灰调理对污泥沉降性能的提高略不及生石灰，但其改善污 泥脱水性能的效能基本等同于生石灰。 ( 6 ) 消化过程，细菌胞外聚合物( e p s ) 的水解及内源呼吸阶 段絮体解体，污泥的平均粒径减小，消化污泥的沉降性能明显劣于原 污泥，上清液浊度、粘度值大幅上升。另一方面，消化过程微生物菌 体溶胞水解，释放的胞内水分可在机械脱水过程部分挤出，在相同压 滤条件下( o 5m p a ) ，消化污泥单位干泥所带水分小于原污泥单位干 泥所带水分量，消化污泥的机械脱水性能相对较好。此外通过粉煤灰 调理作用可增加消化污泥水分量的脱除，粉煤灰对消化污泥调理的最 佳投配比( 调理剂干泥) 为1 0 0 。 关键词：污泥减量；好氧消化：缺氧好氧消化；调理脱水；耦合技 术 i i i 浙江工商大学硕士学位论文 i 之e s e a r c ho nc o u p l e dt e c h n o l o g yo f r e d u c t i o na n dc o n d i t i o no fs l u d g ei n 卫小】_ n i c i p a l 厂a s t e 侈汀e rt r e a t 砸n tp l a n ts a b s t r a c t t h ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si st h em o s tw i d e l yu s e db i o l o g i c a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tf o rb o t hd o m e s t i ca n di n d u s t r i a lp l a n t si nt h ew o r l d ， b u ti th a sas e r i o u sd r a w b a c ko fp r o d u c i n gh u g ea m o u n to fe x c e s ss l u d g e d u et oi t sh i g hm o i s t u r ec o n t e n t ，l a r g e rv o l u m ea n dc o m p l e xc o m p o n e n t s ， e x c e s ss l u d g em a yc a u s es e r i o u s s e c o n d a r yp o l l u t i o np r o b l e m s i f i m p r o p e r l yd i s p o s e d t h i sp a p e rr e v i e w e dt h et e c h n o l o g i e so ns l u d g e t r e a t m e n ta n dd i s p o s a l ，a n df o c u s e do ns l u d g er e d u c t i o na n ds t a b i l i z a t i o n p r o c e s sw i t ha n o x i c a e r o b i cd i g e s t i o n ( m a d ) c o m p a r i n gc o a lf l ya s h ， d i a t o m i t ec o n d i t i o n e ra n dc a oo ns e t t l e a b i l i t ya n dd e w a t e r a b i l i t yo f e x c e s ss l u d g e f i n a l l y , t h ei n t e g r a t e de f f e c to fc o u p l e dt e c h n o l o g yw i t h a n o x i c a e r o b i c d i g e s t i o n a n dc o a lf l ya s hc o n d i t i o n i n gm e t h o dw a s s t u d i e d t h em a i nc o n c l u s i o n sa r es h o w na sf o l l o w s ： i v 浙江工商大学硕士学位论文 ( 1 ) i nc o n v e n t i o n a la e r o b i cd i g e s t i o n ( c a d ) s y s t e m ，w h e nd i s s o l v e d o x y g e n ( d o ) v a l u eo f m i x e ds l u d g er o s et o6 0m g l ，a n ds l u d g er e t e n t i o n t i m e ( s r t ) r e a c h e dt o 12d a y s ，t h ed e g r a d a t i o nr a t i oo fm i x e dl i q u o r 一一v o l a t i l es u s p e n d e ds o l i d s ( m l v s s ) w a su pt o4 0 。w h i c hh a dm e tt h e d e m a n do fd i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t ( g b18 918 2 0 0 2 ) ( t h ed e g r a d a t i o nr a t i oo fo r g a n i c s 4 0 ) t h e r e w a s p o s i t i v e c o r r e l a t i o nb e t w e e nm l v s sa n d d e h y d r o g e n a s ea c t i v i t y ( d h a ) ，t h e r e f o r e ，i t sc o n d u c i v et od e t e r m i n et h e d e g r e eo fs t a b i l i t yo fs l u d g eb yi n v e s t i g a t i n gt h ev a r i a t i o n so nb o t h ，v s sa n dd h a ( 2 ) i nc a ds y s t e m ，s o m em i c r o b e si na c t i v a t e ds l u d g ew e r el y s e d b yh y d r o l y z a t i o n a n do x i d a t i o n ，a n da l a r g ea m o u n to fn u t r i e n t s ( e s p e c i a l l yn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ) r e l e a s e da n da c c u m u l a t e di nt h e s u p e r n a t a n t ，p hl e v e lw e n td o w n t h e r e f o r e ，i ts h o u l dp a ym o r ea t t e n t i o n o nd i g e s t i o ns u p e r n a t a n tt r e a t m e n tw h i l ee x c e s ss l u d g ew a sd i g e s t e da n d s t a b i l i z e di nc a d s y s t e m ( 3 ) d i f f e r e n ta e r a t i o nm o d e si n f l u e n c e ds e w a g es l u d g ed e g r a d a t i o n a a dp r o c e s sw a sr e l a t i v e l yi n f e r i o rt oc a d p r o c e s so nt h ed e g r a d a t i o n o f s l u d g eo r g a n i c s h o w e v e r , i fc o n s i d e r i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n ，i no r d e r t om e e tt h em l v s sd e g r a d a t i o nr a t i o 4 0 ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) ，4h o u r s a e r o b i ca n d4h o u r sa n o x i cc y c l e s ( 4 4 ) ，8h o u r sa e r o b i ca n d8h o u r s a n o x i cc y c l e s ( 8 8 ) ，12h o u r sa e r o b i ca n d12h o u r sa n o x i cc y c l e s ( 12 12 ) v 浙江工商大学硕士学位论文 a c t u a l l yn e e d e da e r a t i o nt i m eo f9d a y s ，9d a y sa n d8d a y s ，r e s p e c t i v e l y , w h i c hs a v e d2 5 o ，2 5 o a n d3 3 3 e n e r g yc o s tc o m p a r e dw i t h12 d a y so fa e r a t i o n t i m eo fc a dp r o c e s s ，a a dp r o c e s ss h o ws o m e p o t e n t i a l i nl o wc o s t o p e r a t i o n i na d d i t i o n ，a e r o b i c a n da n o x i c e n v i r o n m e n t a p p e a ra l t e r n a t e l y i nm a ds y s t e m ，n i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o nt u r nu pi no n es y s t e m ，m a dp r o c e s sc o u l dr e m o v ep a r t i a l ne l e m e n ti nd i g e s t i o ns u p e m a t a n t ( t nc o n c e n t r a t i o ni nm a ds y s t e m w a sa b o u t6 0 o fw h i c hi nc a ds y s t e m ) a l k a l i n i t yp r o d u c e db y d e n i t r i f i c a t i o nc o u l dm a k eu pf o ra l k a l i n i t yc o n s u m p t i o na tn i t r i f i c a t i o n ， a n dd i g e s t i o ns u p e r n a t a n ti na a ds y s t e mc o u l dk e e pn e u t r a l ( 4 ) e x c e s ss l u d g ew a sc o n d i t i o n e dw i t hc o a lf l ya s h ，c a oa n d d i a t o m i t ec o n d i t i o n e ra tr o o mt e m p e r a t u r e ，a n dt h eb e s t d o s a g e ( c o n d i t i o n e f f d r ys l u d g e ) w a s10 0 ，5 0 a n d10 0 r e s p e c t i v e l y , t h eb e s t g r a v i t a t i o n a ls e t t l i n gt i m ew a s9 0m i n t u e s i na d d i t i o n ，t h ep r e s s u r ew a s d e s i r a b l et ob ec o n t r o l l e da t0 5m p aw h e ns l u d g ec o n d i t i o n e db yc o a lf l y a s ha n dc a ow a sd e w a t e r e db yf i l t e r - p r e s s i n gm e c h a n i c a le q u i p m e n t ， w h i l et h a tc o n d i t i o n e db yd i a t o m i t ec o n d i t i o n e rw a sr a t i o n a lt ob e c o n t r o l l e da t0 6m p a ( 5 ) e f f e c t so fc o a lf l ya s h ，d i a t o m i t ec o n d i t i o n e ra n dc a oo n s e t t l e a b i l i t ya n dd e w a t e r a b i l i t yo fa c t i v a t e ds l u d g ew e r ec o m p a r e d t h e o r d e rw a sa sf o l l o w s ：c a o c o a lf l ya s h d i a t o m i t ec o n d i t i o n e r a sa n i n d u s t r i a ls o l i dw a s t e ，c o a l f l y a s hp e r f o r m e dw e l li ni m p r o v i n g v i 浙江工商大学硕士学位论文 d e w a t e r a b i l i t yo fs l u d g e ( 6 ) d u r i n gt h ed i g e s t i o np r o c e s s ，b a c t e r i u me x t r a c e l l u l a rp o l y m e r s u b s t a n c e s ( e p s ) w e r eh y d r o l y z e da n ds l u d g ef l o e sw e r ed i s i n t e g r a t e da t e n d o g e n o u sr e s p i r a t i o np h a s e ，t h e r e f o r e ，t h ea v e r a g ep a r t i c l es i z e o f s l u d g ed e c r e a s e da n dt h et u r b i d i t ya n dv i s c o s i t yo fd i g e s t i o ns u p e r n a t a n t i n c r e a s e d h o w e v e r , s i n c es o m eo r g a n i s m sw e r eo x i d i z e da n dl y s e d d u r i n gt h ed i g e s t i o np r o c e s s ，p a r t i a li n t r a c e l l u l a rw a t e rr e l e a s e d ，w h i c h w a sr e l a t i v e l ye a s yt or e m o v eb ym e c h a n i c a ld e w a t e r i n ge q u i p m e n t i t c o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h em e c h a n i c a ld e w a t e r a b i l i t yt od i g e s t i o ns l u d g e w a sb e a e rt h a nt h a to fr a we x c e s ss l u d g e a d d i n gc o a l f l y a s ha s c o n d i t i o n e rc o u l di n c r e a s et h er e m o v a la m o u n to fm o i s t u r ei nd i g e s t i o n s l u d g e ，a n dt h eb e s td o s a g ew a s10 0 k e yw o r d s ：s l u d g er e d u c t i o n ；a e r o b i c d i g e s t i o n ；a n o x i c a e r o b i c d i g e s t i o n ；c o n d i t i o n i n g ；d e w a t e r i n g ；c o u p l e dt e c h n o l o g y v u 浙江工商大学硕士学位论文 第一章绪论 随着我国污水处理设施的普及、污水处理量和处理率的增加、处理标准的日 益提高及污水深度处理功能的拓展，作为污水生物处理最终产物的污泥，其产生 量大幅度地增加。同时，由于污水生物处理过程中有毒有害物质( 如寄生虫卵、 病源微生物、重金属) 及一些难降解和未稳定化有机物在污泥中的积累，污泥已 成为影响环境、造成环境危害较为严重的污染物之一。此外，由于剩余污泥含水 率高，成分复杂，对其的妥善处理己成为污水处理厂实现良性循环最急需解决的 问题。基于此，探明一种处理成本低、运行效果好、操作简单，且易于管理的剩 余污泥减量及调理脱水技术具有深远的意义。 1 1 污泥的基本特性及危害 目前全世界城镇污水和工业废水处理厂使用最为广泛的生物处理技术为活 性污泥法，该法在运行过程中会产生大量的剩余污泥。一般传统活性污泥工艺每 去除lk gb o d 5 将产生剩余污泥约1 5 1 0 0l ，其含水率超过9 5 o , 2 1 。 剩余污泥主要是一种由微生物菌体、有机物质残片、无机颗粒等组成的复杂 非均质体，具有一定胶体性质。污泥的存在状态包括生物絮凝态、颗粒态及可溶 态和胶体组分，依次占污泥总量的6 9 、2 3 及8 t 3 1 。由于其特殊的絮体结构 及胶体特性，剩余污泥具有高度亲水性，使之包含的水分一般较难机械脱除。按 水分在污泥中存在的形式可分为间隙水、毛细管结合水、表面吸附水和内部水， 其分别占污泥总水分的7 0 、2 0 、7 、3 左右 4 1 。污泥中各形式水分的结合 强度由大到小的顺序大致为：内部水 表面吸附水 毛细管结合水 间隙水。 剩余污泥由于产量大，含水率高，体积庞大，对其的处理与处置费用可占污 水处理厂总运行费用的2 0 4 0 ，甚至高达6 0 t 5 。而根据住建部资料显示， 截止到2 0 0 9 年年底，全国仅投运的城镇污水处理厂就达到了1 9 9 2 座，城镇污水 处理量达到2 8 0 亿m ? ，湿污泥( 含水率8 0 ) 产生量突破2 0 0 0 万t 。同时调研 结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥约有8 0 没有得到妥善处理【6 】。由于污 水生物处理过程中有毒有害物质及一些难降解有机物在污泥中的积累，如不经适 当的处理处置而直接进入环境，会带来二次污染，对生态环境和人类健康构成严 浙江工商大学硕士学位论文 重威胁。现阶段污泥产生的环境污染问题日益突出，剩余污泥己构成较为显著的 安全隐患，给污水处理厂、政府增加了巨大的经济负担。 1 2 污泥的处理处置现状 为妥善缓解污水处理厂剩余污泥所带来的一系列问题，对污泥开展合理有效 的处理及最终处置至关重要，而无论污泥的处理还是处置，首要原则是实现污泥 有效减量及减容。 1 2 1 污泥减量 目前，对污泥的减量处理主要可分为物化法和生物法两大类。 1 2 1 1 物化法 物化法污泥减量处理主要采用物理、化学方法使剩余污泥破碎，发生微生物 菌体溶胞现象，使细胞内有机物质释放，然后将剩余污泥破碎液重新回流到污水 生物处理池，通过活性污泥的生长代谢过程进行分解，从而实现污泥的溶胞隐 形生长忉。 ( 1 ) 物理溶胞法 物理溶胞法主要包括热处理、机械破碎、超声波破解等。如：污泥处理过程 中，温度对于污泥活性，细胞内物质释放及溶胞产物消耗都具有较大影响。一般 而言，常温下污泥中的碳水化合物和脂肪类物质都较容易降解，蛋白质由于受到 细胞壁的保护则变得不易，而在6 0 - - 1 8 0 1 2 下对污泥进行热处理，可以有效破坏 细胞壁使蛋白质溶出，从而便于其降解嗍。同样，当采用超声波对污泥进行处理 时，超声波通过交替的压缩和扩张产生空化作用，通过微气泡的形成、扩张和破 裂达到压碎细胞壁、释放细胞内含物的目的，在较短的时间内就能将细胞内物质 迅速释放【9 】。 ( 2 ) 化学溶胞法 化学溶胞法主要包括氧化剂破解、湿式氧化、超临界水氧化等。利用氧化剂 ( 如臭氧、氯气、f e n t o n 试剂等) 的强氧化性可将污泥溶解为生物易降解的物质。 如d e l e r i s 等1 0 1 研究表明，经臭氧氧化后5 0 ( 质量分数) 以上的碳素变得易于 生物降解，利于后续的生物处理。而k h a n 等在以湿式氧化法对污泥进行减量 研究中发现，在3 0 0 下通入氧气( 空气纯氧) ，湿式氧化法对挥发性总固体 2 浙江工商大学硕士学位论文 ( v t s ) 和污泥总固体( t s ) 的去除率分别达到9 0 和6 0 ，同时产生大量以 乙酸为主的挥发性脂肪酸。 1 2 1 2 生物法 生物法污泥减量处理一般通过改变污泥中微生物生存环境或延长微生物所 处食物链的措施实现。其主要包括：代谢解偶联、好氧消化、厌氧消化、生物捕 食等。 ( 1 ) 代谢解偶联 正常情况下，微生物物质能量代谢由腺苷三磷酸( a t p , a d e n o s i n e5 - t r i p h o s p h a t e ) 和腺苷二磷酸( a d p , a d e n o s i n ed i p h o s p h a t e ) 之间的转化偶联。通 过a t p 和a d p 之间的转换，微生物的分解代谢和合成代谢被联系在一起，即分 解一定量的底物，将会有一定比例的生物体合成。但在特殊情况下( 如投加解偶 联剂、高有机负荷运行条件等) ，底物被氧化的同时a t p 并不大量合成或者合成 以后迅速由其他能量途径释放，总体上使得细菌的分解代谢和合成代谢不再由 a t p 的合成与分解反应偶联在一起，从而导致细菌在保持正常分解底物的同时， 自身合成速度减慢，表观产率系数降低，达到降低污泥产量的目的【1 2 1 。 ( 2 ) 好氧消化 污泥好氧消化实质上是活性污泥法的一种延续，即在不存在外加能源物质的 前提下适当延长污泥停留时间，使污泥中微生物进入内源代谢过程。曝气充入的 氧气使污泥中微生物有机体发生自身氧化分解，转化为二氧化碳、水和氨气等， 从而使污泥减量并趋于稳定1 3 】。由于代谢过程存在能量和物质的损耗，从而导致 细胞物质合成的量小于被分解的量。污泥的好氧消化减量稳定作用正是通过强化 这一过程达到目的的。 若以c 5 h 7 n 0 2 表示细胞分子式，则好氧处理过程中发生的氧化作用可以表 示为式( 1 1 ) ： c 5 h 7 n 0 2 ：+ 5 0 2 + w - 5 c 0 2 小m 4 + + 2 h 2 0 ( 1 1 ) ( 3 ) 厌氧消化 污泥厌氧消化是指污泥在没有分子氧的环境条件下，由兼性细菌和厌氧细菌 将污泥中的可生物降解有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥达到稳定的 过程。厌氧消化是污泥减量化、稳定化的常用手段之一，目前世界各国在污泥处 浙江工商大学硕士学位论文 理的领域仍以污泥厌氧消化工艺为主，其较流行于大中型污水处理厂的污泥处理 【l 钾 。 厌氧消化是一个多阶段的复杂过程，目前较为公认的理论模式是1 9 7 9 年 b r y a n t 等人根据微生物的生物种群提出的厌氧消化三阶段理论1 5 1 。如图1 1 所示。 有机物质一二竺长链脂肪酸、醇类! 竺：三竺竺竺，乙酸、兰! 竺竺竺，c 地 有机物质夏磊；吾长链脂肪酸、醇类乏i j ；h “2 , 峨c o 2 ：c 地 发酵细菌 产氢、产乙酸菌 产甲烷菌 图l l 厌氧消化三阶段 f i g u r el 一1t h r e es t a g e sd u r i n ga n a e r o b i cd i g e s t i o n 第一阶段水解发酵阶段：在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作 用下首先被分解成简单的有机物，如纤维素经水解作用转化成较简单的糖类；脂 类转化成脂肪酸和甘油；蛋白质转化为较简单的氨基酸等。继而这些简单的有机 物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇 类。 第二阶段产氢产乙酸阶段：在该阶段，产氢产乙酸茵把丙酸、丁酸等脂 肪酸和醇类等除乙酸、甲烷、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物转化为乙酸和 氢气，并产生二氧化碳。 第三阶段产甲烷阶段：在该阶段，产甲烷菌把第一、第二阶段产生的乙 酸、氢气、二氧化碳等转化为甲烷。 产甲烷阶段通过两组生理特性不同的产甲烷菌完成，一种将氧和二氧化碳转 化为甲烷；另一种对乙酸脱羧产生甲烷。在厌氧消化的过程中，由乙酸形成的甲 烷约占总量的2 3 ，由二氧化碳还原形成的甲烷约占总量的l 3 ，转化反应见式 ( 1 2 ) 和式( 1 3 ) 。产甲烷阶段产生的能量绝大部分都用于维持细菌生存，只有 很少能量用于合成新细菌，故细胞的增殖减少。 4 h 2 + c 0 2 一c i - h + 2 h 2 0 ( 1 2 ) 2 c h 3 c o o h 一2 c h 4 + 2 c 0 2 ( 1 3 ) ( 4 ) 生物捕食 依据生态学理论，基于物质和能量在食物链传递过程中逐级递减的原理，生 物捕食法污泥减量技术主要利用原、后生动物捕食细菌，减少剩余污泥产生量的 4 浙江工商大学硕士学位论文 技术。现阶段生物捕食法污泥减量技术主要包括两段法污泥减量工艺和寡毛类蠕 虫污泥减量工艺。 两段法污泥减量工艺：污水处理系统中，各生物处理单元设计以及其工艺运 行参数主要是以微生物降解有机污染物为目的，因而污水处理系统运行条件并不 十分适于原、后生动物的生长。两段法污泥减量工艺通过单独构建适于原、后生 动物等捕食生物生长的反应器，使大量分散细菌在相应反应器内被捕食，从而减 少污泥产量。两段法工艺主要由分散细菌阶段和捕食者阶段构成，实现污水污泥 分步处理。分散细菌阶段，微生物以污水中丰富的有机污染物作为能源物质快速 生长；捕食者阶段，原、后生动物捕食微生物菌体，实现污泥减量。两段法污泥 减量工艺的顺利进行关键要做好两点：一，在分散细菌阶段要控制水力停留时间 ( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m eh r t ) 等于污泥停留时间( s l u d g er e t e n t i o nt u n e s l h ) ，确定一个合理的h r t ，一方面要避免冲走分散细菌，另一方面要防止细 菌结团和捕食者在该阶段的生长；二，在捕食者阶段要保持较长的s r t ，促进原 生动物和后生动物在该阶段的生长、增殖。首先应用两段法反应器的是r a t s a k 等【1 6 1 ，他们证实了第二阶段原、后生动物捕食细菌实现污泥产生量减少的能力， 且研究表明剩余污泥产生量随原、后生动物生长得越好就越少。 寡毛类蠕虫污泥减量工艺：寡毛类蠕虫是环节动物门( a n n e l i d a ) 寡毛纲 ( o l i g o c h a e t a ) 的通称，其蚯种约有3 0 0 0 种，其中少部分为淡水生。目前，应 用于污泥减量工艺研究的寡毛类蠕虫主要包括两类：一类是红斑瓢体虫( a h e r n p f i c h i ) 和仙女虫属( n a i ss p ) 等游离型蠕虫，另一类是颤蚓科( t u b i f i c i d a e ) 和带丝蚓属( l u m b r i c u l u ss p ) 等附着型蠕虫1 1 7 1 。 r a t s a k 1 8 , 1 9 】等首先开展寡毛类蠕虫污泥减量技术的研究。1 9 9 4 年，r a t s a k 首 先观察到了红斑瓢体虫和仙女虫的大量生长与污泥产量之间的关系。在对荷兰某 活性污泥处理厂中寡毛类蠕虫种群一年半的动态监测结果表明，伴随着仙女虫 ( n a i se l i n g u i s ) 的大量爆发，污泥产生量显著减少，且活性污泥池曝气充氧需 求量随之降低。此外，除了占绝大多数的仙女虫外，i s a l 【等还在活性污泥中观 察到吻盲虫( p r i s t i n as p ) 、红斑瓢体虫( a h e m p r i c h i ) 的存在和线虫( n e m a t o d e ) 的偶尔出现，更深入的研究表明，一般每升污泥混合液中约含2 0 - - 3 0 条寡毛类蠕 虫，污泥产量就能明显减少。另外，在国内杨健等【2 0 】以上海市某污水厂剩余污泥 5 浙江工商大学硕士学位论文 为研究对象，对比分析未投加蚯蚓的生物滤池( c b f ) 和投加蚯蚓的生物滤池 ( e b f ) 处理城市剩余污泥的效果，结果表明，e b f 的挥发性悬浮固体浓度( v s s ) 减量率、悬浮固体浓度( s s ) 减量率分别可达6 0 0 - - 6 3 2 和4 9 5 5 5 6 ，比 c b f 分别提高了2 2 3 屯6 4 和1 4 4 屯1 7 ，且e b f 的出泥v s s s s 由原泥的 6 4 8 降至5 1 8 ，通过蚯蚓一微生物协同作用可以显著提高剩余污泥的减量效 一一，一 一 果。 污泥减量的研究，适应了污水处理系统实现良性运行、降低污水处理出现二 次污染风险、使污水治理更具环境效益的要求。对比物化及生物两大类污泥减量 措施，物化减量法具有处理效果好、周期短等特点，但该法一般对能量、药剂的 需求大、对设备的要求高，因而其运行费用和投资费用相对较大，这些劣势制约 了其在实际工程中的应用。生物法在污泥的减量处理上应用较多，有关解偶联技 术受制反应条件及环境安全性问题，现阶段对其的研究更侧重于基础机理研究。 在城市污泥的多种处理方法中，厌氧消化是研究较为深入、在生产实际中应用较 广泛的一种方法，加之能回收沼气，制备氢气回收能源，在当今能源危机的形势 下具长远战略意义，但厌氧消化工艺在实际应用中也存在着不少缺点，如水力停 留时间长、反应效率不高、不便于操作管理、厌氧微生物对环境因素要求较苛刻、 维护管理问题较多等，因此如何进行高效、实用的污泥厌氧处理工业化应用还需 进一步的深入研究。好氧消化作为一种常规污泥处理手段，虽然该工艺的能耗、 运行费用相对较高，但其更具有运行管理方便、操作灵活、投资低、处理不容易 失败等优点，加之今后中小型污水处理厂的更广泛普及，污泥好氧消化及其改良 工艺的研究将有着巨大的发展潜力。寡毛类蠕虫污泥减量工艺近年来受到了广泛 关注，但在实际应用之前，一方面需妥善解决好蠕虫来源、回收、循环利用及出 路等问题，另一方面还必须进行科学合理的技术经济分析，应避免标新立异给污 泥处理增加新的负担。综上所述，在对污泥减量技术进行研究时，应注意将各种 物理化学法与生物法进行优化组合以最大限度提高污泥处理处置效率、减少基建 及运行费用。 1 2 2 污泥减容 污泥减容主要采用浓缩、脱水和干燥等方法，降低污泥含水率，以便于后续 的污泥运输和最终处置。 6 浙江工商大学硕士学位论文 1 2 2 1 污泥浓缩 污泥浓缩去除的对象是自由水和部分间隙水，其主要目的是使污泥初步减 容，减小后续处理构筑物的容积或设备容量。污泥浓缩的传统方法主要包括重力 浓缩法和气浮浓缩法。 重力浓缩法利用污泥中的固体颗粒与水之间的相对密度差来实现泥水分离。 重力浓缩法因贮存污泥能力强、运行费用及动力消耗低，操作较简单而被广泛应 用，但同时由于重力浓缩较长的停留时间( 一般需要1 2 - 2 4h ) ，污泥容易腐败 发臭，在较长的厌氧条件下，特别是在有营养物质存在时，经除磷富集的多聚磷 酸盐将从聚磷菌体内分解释放到泥水中。 气浮浓缩是采用大量的微小气泡附着在污泥颗粒的表面，从而使污泥颗粒的 相对密度降低而上浮，实现泥水分离。目前气浮浓缩法的实现方式包括压力溶气 气浮浓缩( f d a 法) ，生物气浮浓缩和涡凹气浮浓缩( c a f 法) 2 1 】。气浮浓缩 较适用于浓缩活性污泥系统和生物滤池等颗粒密度相对较轻的污泥。 传统污泥浓缩方法优缺点对比如下表1 1 。 表1 1 传统污泥浓缩方法的优缺点比较 t a b l e1 - 1a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f c o n v e n t i o n a ls l u d g et h i c k e n i n gm e t h o d s 此外，目前微孔滤剂浓缩法、隔膜浓缩法和生物浮选法等技术也逐步被用于 污泥的浓缩处理。 7 浙江工商大学硕士学位论文 1 2 2 2 污泥脱水 脱水是污泥处理处置流程中一个非常重要的环节，通过减少污泥体积对节省 后续运输、填埋、焚烧等处理处置成本具有重大意义。常用的机械脱水方式包括 板框压滤、带式压滤、离心脱水和螺旋压榨式脱水。这四类脱水机械的相关指标 此较如表1 - 2 所示。 表1 2 四类脱水机械的相关指标比较 t a b l e1 - 2r e l a t e di n d i c a t o r so ff o u rm e c h a n i c a ld e w a t e r i n ge q u i p m e n t s 近年来，转鼓离心机和带式压滤机发展较快，现阶段我国较多采用板框、带 式压滤机等挤压式机械设备对污泥进行脱水。 此外，由于污泥的特殊絮体结构使其与水亲和能力强，泥水分离性能较差， 污泥含水率一般高达9 8 以上。为改善污泥的脱水性能，在脱水工序前，往往需 8 浙江工商大学硕士学位论文 要对污泥进行适当的调理作用。污泥调理依据调理机制可分成三类：i 物理法： 泛指通过外加能量或应力以改变污泥性质的方法，如加热处理、冷冻融化处理、 高压处理、超声波处理、电处理等；i i 化学法：以加入化学药剂的方式改变污泥 特性的方法，如改变酸碱值、改变离子强度、添加无机金属盐类絮凝剂或添加有 机高分子絮凝剂、表面活性剂【2 2 1 等；生物法：利用生物工程方法改善污泥的性 状，如用溶菌酶破坏菌胶团以改善污泥的脱水性能【矧。化学调理方法因其操作简 单、投资成本相对较低、调理效果较稳定而成为目前比较常用的方法。 1 2 2 3 污泥干化 干化实质是一种污泥深度脱水方式，干化作用水分的去除主要经历两个过程 阴】：i 蒸发过程：物料表面的水分汽化，水分从物料表面转入介质；i i 扩散过程： 当物料表面水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，然后以热量 为推动力将水分从内部转移到表面。污泥干化就在表面水汽化和内部水扩散这两 个相辅相成、并行不悖的过程中完成。 根据热源来源不同，污泥干化可分为利用自然热源( 太阳能) 的自然干化和 使用人工能源作为热源的热干化。自然干化主要依靠渗透和蒸发作用，其技术简 单、能源消耗较少，但该技术一般占用场地较大、历时较长、受天气变化影响显 著，而且处理过程中产生的恶臭问题较难控锘l j 2 5 1 。随着人们对环境质量要求的不 断提高，自然干化的应用已越来越受到限制。污泥的人工干化即热干化，采用人 工热源对污泥进行深度脱水，虽然能源消耗、费用和技术难度要求较高，但该方 式省时高效，可以脱除污泥中的毛细管结合水和黏附水，获得较高的干燥程度， 从而大幅减少污泥体积，便于运输和处理 2 6 】。 现阶段，污泥干化设备主要可以分为以下两类【2 l 】：i 直接加热式：原理为对 流加热，代表设备有转鼓、流化床等；间接加热式：原理为传导或接触加热， 代表设备有螺旋、圆盘、薄层、碟片、桨式等，其中直接加热转鼓干化技术、直 接加热流化床技术、间接加热转鼓干化技术、间接加热圆盘干化技术较为常见。 几类常见污泥干化技术的特点如下表1 3 。 目前，国内外污泥干化技术仍一直处在发展中，有些技术工艺结合了上述两 种或两种以上干化类型，开展污泥二级( 多级) 干化处理设备已成为该领域热点。 污泥减容通过浓缩、脱水及干化等过程，能使污泥含水率降低，体积大幅减 9 浙江工商大学硕士学位论文 小，为污泥的后续运输和处置提供了极大便利。在减容处理过程中应注意将污泥 自身性质、调理方法及脱水方式联系在一起，实现减容过程的三位一体考虑。例 如在选择调理方法时，就要同时考虑污泥的性质和后续选用的机械脱水方式，同 样在选择机械脱水方式时，也必须考虑调理后的污泥理化性质。 表1 - 3 常见污泥干化技术的特点 t a b l ei - 3c h a r a c t e r i s t i c so fc o n v e n t i o n a ls l u d g ed r y i n gt e c h n o l o g i e s 1 2 3 污泥处置 目前，我国许多污水处理厂对污泥仅仅通过简单的浓