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湖南大学 硕士学位论文 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 姓名：张少强 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：李小明 20070425 硕士学位论文 I 摘 要 活性污泥法是目前应用最广泛的污水生物处理工艺，但会产生大量剩余污泥。 目前，剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂一个令人头痛的问题，其费用占 到污水处理厂总运行费用的25%40%，甚至高达60%。因其费用高昂及其污泥最 终处置对环境污染潜在的危害等问题，一直制约着污水处理厂的建设和发展。污 泥减量化技术正是在这一背景下应运而生的。 所谓污泥减量化，是指在保证污水处理效果的前提下，采用适当的措施使处 理相同量的污水产生的污泥量降低的各种技术。本文综合介绍了国内外有报道的 三种常见的污泥减量化技术：降低细菌合成量的解偶联技术、增强微生物利用二 次基质进行隐性生长的各种溶胞技术、利用食物链作用强化微型动物对细菌捕食 的技术。并针对基于隐性生长的生物溶胞作用的污泥减量化作了深入探讨。 本研究中嗜热菌污泥减量化技术分为两个部分，包括污泥在嗜热菌作用下的 好氧消化与污泥传统高温好氧消化的对比研究；另外，进行了嗜热菌污泥减量化 影响因素分析，分别考察温度、污泥初始浓度、溶解氧、嗜热菌接种量等因素对 嗜热消化过程的影响。 研究表明污泥在嗜热菌作用下的好氧消化效果和消化效率均优于传统高温好 氧消化，具体表现在 TSS、VSS 去除率以及消化周期上，嗜热好氧消化 TSS、VSS 去除率分别达到 55%和 65%，高出传统高温好氧消化的 40%和 50%，另外其消化 周期约为 72 h，而传统好氧消化为 96 h，缩短了近 1/4。通过对消化过程中 TCOD、 SCOD、NH4+-N 等指标的测定，污泥在嗜热菌作用下的好氧消化过程以上指标变 化过程均明显优于传统的好氧消化。 研究表明温度是嗜热菌污泥减量化的重要影响因素之一。随着温度的升高， 污泥嗜热菌好氧消化周期逐渐缩短、污泥消化的效果逐渐提高。但也并不是温度 越高越好，针对本研究中的嗜热菌而言，在 65条件下活性最大，对污泥的降解 也比较彻底，TSS、VSS 降解和去除率上，最高可达到 55%和 65%。 污泥的初始浓度也影响着嗜热菌污泥减量化效果，污泥初始浓度越高，消化 过程中 VSS 的去除率会越低；而对 VSS 去除量而言，污泥的初始浓度越高，污泥 嗜热好氧消化过程中 VSS 的去除量就会越高。 溶解氧浓度对嗜热菌污泥减量化的影响也比较明显，溶解氧 DO 的浓度大小 影响着 VSS 去除率，当 DO2 mg/L 时，污泥消化系统中的 DO 浓度增加时，污泥 消化过程中 VSS 的去除率并无明显增加。当 DO 浓度达到一定值时，再增加 DO 浓度的情况下， VSS 去除率不仅不会增加，反而开始变得下降，最佳溶解氧浓度 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 II 应控制在 2 mg/L 左右。 嗜热菌菌种接种量大小对嗜热菌污泥减量化过程中的 VSS 去除率也有一定影 响，但并不是主要影响因素，当接种量为1%时，反应系统中的嗜热菌接种量增 大，污泥消化过程中 VSS 的去除率有增加，但增效不明显。当嗜热菌接种量达到 一定比例时，再增加嗜热菌接种量的情况下，污泥的嗜热菌消化效果没有什么变 化，接种量应控制在 5%为宜。 关键词： 剩余污泥；嗜热菌；隐性生长；生物溶胞作用；好氧消化；酶； 污泥减量化 硕士学位论文 III Abstract Now the actived sludge process has been used more and more extensively, but a large quantity of excess sludge was produced. The problems of treatment and disposition to the excess sludge become difficult and troublesome, the cost can account for 25% to 40%, up to 60% of total plant operation costs. The final sludge disposal became more and more difficult with potential pollution to the environment as well as the limitation of the land area available for the disposal. The sludge reduction technologies are studied in lately decades. The sludge reduction are some technologies which can reduce the quantity of sludge priduction, ensuring the same sewage quantity and treatment quality with having been taken some measures.The possible approaches for sludge reduction may be based on three aspects: uncoupling metabolism, cryptic growth enhanced through cell lysis and microfauna pry. Relevant research works were reviewed, characteristics of each technology were compared, and the sludge reduction based on cryptic growth was discussed particularly. The sludge reduction technology with thermophilic bacteria was divided into two parts, including sludge digestion by the aerobic Thermophilic bacteria was compared with the conventional aerobic sludge digestion at 60, 65, 70, and the influences of temperature, the initial concentration values of sludge, dissolved oxygen and the inoculation quantity of thermophilic bacteria were each studied in this paper. The research results indicated that the digestion effect and efficiency of sludge by the aerobic thermophilic bacteria were much better than the conventional aerobic sludge digestion at each three temperature as said before. The removal rate of TSS and VSS was just 40% and 50% for the conventional aerobic sludge digestion process, but in the thermophilic bacteria sludge digestion, The removal rate of TSS and VSS respectively reached 55% and 65%, corresponding to the before both higher fifteen percents. In addition, the digestion cycle was declined from 96 hours to 72 hours, and was shortened by 1/4 than the simple aerobic digestion. The changes about the parameter of TCOD、SCOD、NH4+-N et al. in the thermophilic bacteria sludge digestion were more clearly and better than the conventional process. Temperature was an important effect factor to the thermophilic bacteria sludge digestion. The cycle of sludge digestion was shortened, and the efficiency of sludge 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 IV digestion was enhanced. But, it was oppositely, not endless. When temperature reached 70, its tend of improvement became so unconspicuous. The best temperature for the excess sludge digestion with thermophilic bacteria appeared at 65, when the biodegradation for sludge was more completely, The removal rate of TSS and VSS were higher. The thermophilic bacteria sludge digestion with the different initial concentration values of sludge was studied. When the initial concentration values of sludge was very low, higher removal rate of TSS and VSS has been achieved; when the initial concentration value was very high, the removal rate of TSS and VSS was also very low, the aim to remove much VSS from the excess sludge through digestion method with the thermophilic bacteria will be not obtained. Further more, the phenomenon that removal quantity of TSS and VSS was increased along with the increasing initial concentration value of sludge was indicated in the research results. Dissolved oxygen was one more important effect factor to the thermophilic bacteria sludge digestion. When the dissolved oxygen concentration was around 2mg/L, the thermophilic bacteria could be enriched and the removal rate of TSS and VSS was increasing along with the DO. The DO reached one value while the removal rate of TSS and VSS became steady gradually, no increasing. With the increasing DO, the removal had even declined. The best DO concentration value for the excess sludge digestion with thermophilic bacteria appeared at around 2 mg/L. The inoculation quantity of thermophilic bacteria was one effect factor to the thermophilic bacteria sludge digestion. But the research results indicated that its influence was not so important and obvious. There were no different changes in the removal rate of TSS and VSS if the inoculation quantity changed, and the best inoculation quantity to the thermophilic bacteria or sludge of this study was 5% (volume ratio). Keywords: excess sludge; thermophilic bacteria; cryptic growth; death-regeneration function; aerobic digestion; enzyme; sludge reduction 硕士学位论文 V 插图索引 图 1.1 有机物厌氧消化模式图.10 图 2.1 臭氧处理污泥减量工艺流程图 .29 图 3.1 试验装置简单示意图 .31 图 3.2 数码相机拍摄到的试验装置图 .31 图 4.1 污泥嗜热消化和好氧消化过程中 pH 变化 .36 图 4.2 污泥嗜热消化和好氧消化过程中 TCOD 及 SCOD 变化.38 图 4.3 污泥嗜热消化和好氧消化过程中 TSS 变化 .40 图 4.4 污泥嗜热消化和好氧消化过程中 VSS 变化.41 图 4.5 污泥嗜热消化和好氧消化过程中 NH4+-N 变化.43 图 5.1 不同温度下污泥嗜热消化过程中 pH 值的变化.48 图 5.2 不同温度下污泥嗜热消化过程中 TCOD 及 SCOD 的变化 .49 图 5.3 不同温度下污泥嗜热消化过程中 TSS 变化及去除率对比 .50 图 5.4 不同温度下污泥嗜热消化过程中 VSS 变化及去除率对比.51 图 5.5 不同温度下污泥嗜热消化过程中 NH4+-N 变化.52 图 5.6 不同初始浓度污泥嗜热菌消化过程中 pH 值的变化.53 图 5.7 不同初始浓度污泥嗜热菌消化过程中 TCOD 及 SCOD 变化 .54 图 5.8 不同初始浓度污泥嗜热菌消化过程中 TSS 变化及去除率对比.54 图 5.9 不同初始浓度污泥嗜热菌消化过程中 VSS 变化及去除率对比 .55 图 5.10 不同初始浓度污泥嗜热菌消化过程中 NH4+-N 变化 .56 图 5.11 不同溶解氧浓度下污泥嗜热菌消化过程中 pH 值的变化 .57 图 5.12 不同溶解氧浓度下污泥嗜热菌消化过程中 TCOD 及 SCOD 变化.57 图 5.13 不同溶解氧浓度下污泥嗜热菌消化过程中 TSS 变化及去除率对比 .58 图 5.14 不同溶解氧浓度下污泥嗜热菌消化过程中 VSS 变化及去除率对比.59 图 5.15 不同溶解氧浓度时污泥嗜热菌消化过程中 NH4+-N 变化 .59 图 5.16 不同接种量下污泥嗜热菌消化过程中 pH 值的变化 .60 图 5.17 不同接种量下污泥嗜热菌消化过程中 TCOD 及 SCOD 变化 .61 图 5.18 不同接种量下污泥嗜热菌消化过程中 TSS 变化及去除率对比.61 图 5.19 不同接种量污泥嗜热菌消化过程中 VSS 变化及去除率对比 .62 图 5.20 不同接种量时污泥嗜热菌消化过程中 NH4+-N 变化 .63 图 5.21 嗜热菌污泥减量工艺流程图 .65 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 VI 附表索引 表 1.1 传统城市污水处理厂中污泥（包括固体物质）的来源.1 表 1.2 代表性污泥的含水率 .2 表 1.3 城市污水处理厂污泥的基本理化成分.3 表 1.4 污泥中的有机物组成 .3 表 1.5 部分国家污泥产生量及处理途径 .6 表 1.6 几种浓缩方法的比能耗和含固浓度.9 表 1.7 未稳定和厌氧消化污泥中的病原菌浓度.13 表 2.1 各种解偶联剂的应用情况.22 表 2.2 不同污泥减量技术的操作和污泥减量效果 .22 表 2.3 细胞在生命循环各阶段对基质的分配情况 .26 表 3.1 试验设备与仪器 .31 表 3.2 试验用污泥主要指标 .32 表 4.1 试验设备与仪器 .34 表 5.1 试验设备与仪器 .46 湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 随着日益增加的人口和全球社会的日益城镇化，城市用水量日益增加，城市 污水的产生量越来越大，生态环境面临日益严重的破坏压力，因此，城市污水的 处理势在必行。在城市污水处理过程中，必然产生大量的污泥。污泥的成分很复 杂，一般是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体， 除含有大量的水分外(可高达99%以上)，还含有难降解的有机物、重金属和盐类， 以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。由于污泥含有的有机质高，易腐变质，且 一般含有大量的重金属物质和大量的病原菌及病毒微生物，并可能含有各种毒性 有机物，因此，在其外排、利用之前必须进行适当的处理和处置，以达到稳定化、 无害化、减量化。目前，剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂一个令人头痛 的问题，其费用已经占到污水处理厂总运行费用的25%40% ,甚至高达60%1。可 见对污泥的处理和处置是十分必要的，对其减量化的处理更是在把问题解决在了 源头，更显得必要。 1.1 污泥的产生与性质 1.1.1 污泥的来源与分类 污水厂污泥是各种污水处理过程中产生的泥状物质。其中工业污水处理污泥， 由于污水本身性质多变，相应的污水处理工艺也变化较大，因此，其污水处理污 泥在处理过程中具体产生来源环节较难定义；而城市污水处理厂污泥，则因污水 性质和工艺的相似性，其在污水处理各过程中的产生环节相对确定。有关城市污 水厂污泥在污水处理厂中的产生环节与特征见表 1.12。 表 1.1 传统城市污水处理厂中污泥（包括固体物质）的来源 来源 污泥类型 备注 格栅 栅 渣 来自格栅或滤网，组成与生活垃圾类似， 但浸水饱和 沉砂池 无机固体颗粒 沉砂池沉渣一般为密度较大的较稳定的 无机固体颗粒 初次沉淀池 初次沉淀污泥和浮渣 进厂污水中所含有的可沉降性物质，污 水处理处置的主要对象 曝气池 悬浮活性污泥 产生于BOD的去除过程，常使用浓缩法将 其浓缩 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 2 二次沉淀池 剩余活性污泥和浮渣 曝气池活性污泥的沉降物，污泥处理处 置的主要对象 化学沉淀池 化学污泥 混凝沉淀工艺过程中形成的污泥 城市污水厂污泥可按不同的分类准则分类，其中常见的有： 按污水的来源特征分，可分为生活污水污泥和工业废水污泥。 按污水的成分和某些性质，可分为有机污泥和无机污泥、亲水性污泥和疏水 性污泥。 按污泥处理的不同阶段，可分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥和 干化污泥。 按污泥的来源，可分为栅渣、沉砂池沉渣（无机固体颗粒）、浮渣、初次沉 淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥和化学污泥。 1.1.2 污泥的性质 1.1.2.1 污泥的含水率 污泥的含水率一般都很大，相对密度接近于1。污泥中所含水分的多少称为含 水量。污泥含水量用含水率表示，即单位重量的污泥所含水分的重量百分数3。 污泥含水率的计算公式如下： %100 + = SW W pW (1.1) 式中， W P为污泥的含水率，%；W为污泥中水分重量，g；S为污泥中总固 体重量，g。 污泥的含固率可用如下公式表示： WS P SW S P= + =100%100 (1.2) 式中， S P为污泥的含水率，%；W为污泥中水分重量，g；S为污泥中总固 体重量，g。 一些污泥的含水率见表1.23,4。处理设备的小型化、自动化，此法仍在不断发 展中。离子交换法也有其不足之处：一是投资大，一般占地面积较大，技术掌握 较难，废水处理物浓度不宜太高，存在再生洗脱液的处理问题。 表1.2 代表性污泥的含水率 名称 含水率，% 名称 含水率 栅渣 80 浮渣 9597 沉渣 60 生物滴滤池污泥 硕士学位论文 3 腐殖污泥 9698 慢速滤池 93 初次沉淀污泥 9597 快速滤池 97 混凝污泥 93 厌氧消化池 活性污泥 初次沉淀污泥 8590 空气曝气 9899 活性污泥 9094 纯氧曝气 9698 1.1.2.2 污泥的基本理化性质 城市污水处理厂污泥的基本理化成分见表1.3所示。从表中可见，城市污水处 理厂污泥是以有机物为主， 有一定反应活性， 理化特性随处理情况变化而变化2,4。 表1.3 城市污水处理厂污泥的基本理化成分 项目 初次沉淀污泥剩余活性污泥厌氧消化污泥 pH值 5.08.0 6.58.0 6.57.5 干物质总量/% 38 0.51.0 5.010.0 挥发性物质总量（以干重计）%6090 6080 3060 固体颗粒密度/（g/cm3） 1.31.5 1.21.4 1.31.6 容重 1.021.03 1.01.005 1.031.04 BOD5/VS 0.51.1 COD/VS 1.21.6 2.03.0 碱度（以CaCO3 计）(mg/L) 5001500 200500 25003500 1.1.2.3 污泥中有机物组成 污泥中的主要有机物质包括蛋白质、碳水化合物和脂肪，这些有机物是由长 链分子构成。污泥中有机物组成如下表1.4所示。 表1.4 污泥中的有机物组成 有机物种类 初次沉淀污泥 二次沉淀污泥 厌氧消化污泥 有机物含量 % 6090 6080 3060 纤维素含量（占干重）% 815 510 815 半纤维素含量（占干重）% 24 木质素含量（占干重）% 37 油脂和脂肪含量（占干重）% 635 512 520 蛋白质含量（占干重）% 2030 3241 1520 碳氮比 （9.410）：1（4.65.0）：1 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 4 1.2 我国污泥概况 1.2.1 我国污泥产量概况 活性污泥法是城市污水处理厂应用最为广泛的污水生物处理技术，它具有基 建投资省、处理效果好的优点，但它一直存在一个最大的弊端，那就是在运行过 程中会产生大量的剩余污泥。一座日处理10万吨污水的城市污水处理厂，如每日 正常运行，则每日将产生污泥固体1020吨，折合成含水80%污泥，将达50100 吨。在我国1999年的污泥产量就达近1000万吨(欧洲为660万吨)，而此时的城市污 水处理率还不到20%。今后几年我国的污水处理厂污泥产量将会有大幅度的上升， 主要有以下几方面原因5： 1.2.1.1 污水量增加 随着我国城市化进程的加快、人口的急剧增加，污水排放量日益增加。根据 有关预测，我国城市污水量在未来20年还会有较大增长，2010年污水里将达到 440108 m3/d，2020年将达到536108 m3/d。全国目前共有污水处理厂约400多座， 年处理污水100多亿立方米。建设部计划从现在到2010年，新建城市污水处理厂 1000余座，污水处理能力将由目前的1 200万吨/日增加到5 0006 000万吨/日，因 此污泥产量将会成倍地增长。 1.2.1.2 污水处理率提高 2002年我国城市污水处理率为22.3%，根据国家环境保护十五规划，到2005年 城市生活污水集中处理率要达到45%，且50万人以上的城市要达到60%，省会及重 点旅游城市不低于70%。就杭州市而言，污水处理率达30%时，年产污泥就己达2 万吨之多。按照国家十五规划要求，到2005年杭州市的城市污泥将达到年产5万吨 以上。 1.2.1.3 处理标准要求高 随着我国排放标准日趋严格及污水处理功能的拓展，污泥产量随之增加。尤 其是现在日益引起重视的无机营养物质N、P的去除，德国脱氮除磷污水处理厂的 运行经验表明，若污泥中磷的含量为5%。污泥量比传统活性污泥法要增加13%。 一般为保证出水磷含量达标，通常辅以化学除磷，这样污泥量至少增加30%以上。 污泥含有大量的水分(7599%)，成分复杂，且有大量的病原菌和寄生虫(卵)、 有害的有机污染物、重金属等有害成分，伴有恶臭，易腐烂。如不及时处置，极 易造成二次污染。现在大量未稳定处理的污泥已成为城市污水处理厂的沉重负担 和环境的极大威胁。如何处置这些污泥是一个急待解决的大问题。 硕士学位论文 5 1.2.2 我国污泥处理处置现状及存在的问题 我国污泥的产生量快速增长，但与此同时，污水处理厂污泥的处理处置且普 遍存在以下问题6。 1.2.2.1 重视不够 难度增加 长期以来，国内外对污水处理技术给予了更多的关注，处理工艺日益成熟。 处理标准随着国家对环境问题的重视逐渐提高。但由于经济、设计、管理等诸多 方面的原因忽视了污泥处理的重要性。同时由于大量工业废水超标排放、农业排 水及雨水径流等面源污染的问题使得污泥成分日益复杂，污泥存在大量人工合成 难生物降解的有机物、重金属、病原微生物等，使污泥处理难度增加。这些污泥 如不妥善处理，势必会对环境造成二次污染，形成新的公害，使城市污水处理事 倍功半。 1.2.2.2 标准提高 面临新问题 为防止水体富营养化的发生，污水处理不仅要进行有机物的去除，而且要进 行N，P等无机营养物的去除。同时由于水资源的日益紧张，各国城市尤其是缺水 地区都在寻求新的水源，污水资源化是其中的主要途径，而满足污水回用需进一 步去除污水中的污染物质，随着这种处理功能的拓展，污泥量随之增加，而且生 物除磷脱氮工艺要考虑污泥处理处置中N、P的返回负荷，如德国脱氮除磷工艺运 行情况表明，污泥处理返回的氮量可达进水含氮量的20%，返回的磷量可达进水含 磷量的60%，具体返回负荷大小与污泥处理工艺有关，这对污泥处理提出了新的要 求。 1.2.2.3 基建投资大 运行费用高 虽然污泥量约为污水量的12%， 但污泥处理设施投资在整个污水处理厂总投 资中占约4050%。我国的污泥处理技术严重滞后，现有的污水处理设施中，污泥 处理工艺和配套设施极不完善，有污泥稳定处理设施的还不到25%，处理工艺和配 套设备完善的不到10%。目前我国污泥的处理大多采用厌氧消化，其前期一次性投 资大，而且还有工艺负荷低、安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等 问题。使得部分运行管理水平较低的污水处理厂索性将消化池闲置，造成很大浪 费。有些污水处理厂被逐渐发展的居民区包围，隔离距离达不到消防部门要求， 造成消化池无法正常运行。因此，在实践中要求规模较小的污水处理站，应用厌 氧消化工艺处理污泥是不可能的。小型废水处理设施，通常不考虑污泥的处置问 题。绝大多数污泥经过重力浓缩、消化、机械脱水这一套简单的工艺处理后，就 送住垃圾场填埋或直接暴露在旷野中，造成严重的二次污染。尽管国家花费了大 量人力、物力、财力治理了污水，但污水处理的伴生产品污泥却得不到充分有效 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 6 的控制，大大抵消了污水处理的环境保护意义。 1.2.2.4 现有处置方法存在不足 污泥的处理与处置费用一般要占总运行费用的30%(填埋)60%(焚烧)。在我 国城市污水处理厂中，传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理厂总运 行费用的2050%。投资占污水处理厂总投资的3040%。在许多国家(欧美、中 国等)，常用的污泥处理处置技术中，投海已明令禁止。填埋所需成本最低，但是 它要占用大量的土地资源，而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗滤水、臭气 的困扰，在许多国家和地区，新建填埋场遭到人们坚决反对，如德国从2000年起， 要求填埋污泥的有机物含量小于5%，美国环保局估计今后20年内，美国6 500个填 埋场将有5 000个被关闭。焚烧处理虽然减量程度很高，但投资运行费用很高，难 以处理量大面广的城市污水处理厂的污泥，而且存在烟气污染的问题，我国少数 应用焚烧装置并试运行的城市，发现二恶英排放超标而不得不停止运行。土地利 用可以将污泥变废为宝，但是污泥中含有重金属离子、吠喃等有害物质。尤其我 国，由于排水沟道建设的不完备，绝大多数城市生活污水与工业废水混合进入污 水处理厂集中处理，造成剩余污泥中重金属和持久性有机污染物(POPs)普遍超标， 难以达到上地利用标准。 目前大多数国家采用填埋、焚烧、投海、土地利用等实用性方法。表1.5列出 了一些国家污泥产出情况与处置途径。 表1.5 部分国家污泥产生量及处理途径 国家 产生量（干重，千吨/日） 填埋 焚烧 土地利用 其它 美国 6 800 3 750 670 2 330 350 德国 2 750 1 787 275 688 日本 1 365 403 896 148 18 英国 1 075 172 54 548 301 法国 900 477 180 243 瑞典 180 72 63 45 瑞士 170 50 120 丹麦 130 43 36 48 3 1.2.2.5 小型污水处理厂污泥问题严重 随城市化建设步伐的加快，大童新建住宅小区、经济技术开发区远离市区， 污水近期难以排入市政管道集中处理，因此不得不分散、就近建设大量小型污水 处理厂站，其污泥绝大部分未能妥善处置，势必对当地环境造成影响。这些小型 硕士学位论文 7 污水处理厂站污泥问题巫待解决。污泥的最终处置越来越困难，污泥处置己成为 污水处理厂设计、运行中必须优先考虑的主要环节。1996年国际水质协会(IAWQ) 对全世界24个国家进行污泥处理处置调查表明，污泥问题不仅是中国也是全世界 面临的技术挑战。解决污泥的出路问题是污水处理厂正常运行的前提条件。为了 防止污泥的二次污染，首先，应尽可能通过技术进步和工艺改造等手段减少污泥 的产生量，这是最有效的措施。大力开展促进污泥减量技术的研究，以大幅度降 低现有污泥处理处置基建和运行费用，提高污水处理厂投入产出比，促进污水处 理技术的日益完善。对污水处理厂来说，只有污水、污泥两部分都能合理且妥善 地去除，才能达到污染控制和清洁生产的目的。 1.3 国内外污泥常用处理处置技术 从国内外已运行的城市污水处理厂来看， 污泥处理工艺包括污泥浓缩、 稳定、 脱水、最终处置四个主要过程。 1.3.1 污泥浓缩 城市污水污泥含水率很高，一般为99.2%99.8%，体积庞大，因而对污泥的 处理、利用和输送都造成很大困难，故必须首先对其进行浓缩。浓缩后的污泥近 似糊状，含水率一般为95%97%。故此，污泥浓缩就是通过去除污泥颗粒间的 自由水分，以达到减容的目的，从而减轻污泥后续处理、处置和利用设备、设施 的压力。当污泥的含水率由99%降至96%时，体积可缩小到原来的1/4，但仍可保 持其流动性，可以用泵输送，运输方便，大大降低了运输及后续处理的费用。因 此污泥浓缩是减少污泥体积最经济最有效的方法，特别是对剩余活性污泥的处理， 尤其不可缺少。 污泥浓缩主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等4。 1.3.1.1 污泥重力浓缩 重力浓缩是污泥在重力场的作用下自然沉降的分离方式，是一个物理过程， 不需要外加能量，是一种最节能的污泥浓缩方法。重力浓缩还可以分为四种形态： 自由沉降、干涉沉降、区域沉降和压缩沉降。 第一类为自由沉降，当悬浮物含量不高时，在沉降过程中，颗粒之间互不碰 撞，呈单颗粒状态，各自独立地完成沉降过程。沉降的颗粒与上清液之间不形成 清晰的界面，但可以见到澄清区域。不过如果所含胶体颗粒不失稳，还是得不到 澄清的上清液。颗粒的沉降速度不受固体颗粒含量的影响，而决定于颗粒的大小 和密度。 第二类为干涉沉降，当悬浮物浓度增加到50500mg/L时，在沉降过程中，颗 基于微生物隐性生长的嗜热菌污泥减量化技术研究 8 粒与颗粒之间可能因为互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒的粒径与质量逐渐增大， 沉降速度不断加快。如果将这种悬浮液搅拌后静置，短时间内就会出现自由沉降 速度最快的颗粒形成的颗粒层，该层上方颗粒浓度很低，残留的颗粒发生自由沉 降，颗粒层中的颗粒以相同的速度沉降，一般没有明显的界面。 第三类为区域沉降，当悬浮物浓度大于500mg/L时，在沉降过程中，相邻的颗 粒之间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自相对位置保 持不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结成一个整体向下沉降，与澄清水之间形 成清晰的液界面，沉降显示为界面下沉。 第四类为压缩沉降，颗粒之间互相支撑，上层颗粒在重力的作用下，挤出下 层颗粒的间隙水，使得污泥浓缩。压缩沉降过程中界面的沉降速度和通常的沉降 速度不同，它还受到堆积颗粒层高度的影响，变得十分缓慢。 1.3.1.2 污泥气浮浓缩 初次沉淀池污泥的相对密度平均为1.021.03，污泥颗粒本身的相对密度约为 1.31.5， 初次沉淀池污泥易于实现重力浓缩； 活性污泥的相对密度约在1.01.005 之间，活性污泥絮体本身的相对密度约为1.01.01，当处于膨胀状态下，其相对 密度甚至小于1，因而活性污泥一般不易实现重力浓缩。气浮浓缩就是使大量的微 小气泡附着在污泥颗粒表面，从而使污泥颗粒的密度降低而上浮，实现泥水分离 的目的。因而气浮浓缩法适用于浓缩活性污泥和生物滤池污泥等颗粒密度较轻的 污泥。通过气浮浓缩，可以使含水率为99.5%的活性污泥浓缩到含水率为94% 96%。气浮浓缩法所得到的出流污泥含水率低于重力浓缩法所能达到的含水率可 达到较高的固体通量，但运行费用比重力浓缩高，适合于人口密集缺乏土地的城 市应用。 目前，在气浮浓缩时较多采用的气浮浓缩方式为出水部分回流加压溶气方式， 可使污泥得到较好的浓缩，达到减容的目的。 1.3.1.3 污泥离心浓缩 重力浓缩的动力是污泥絮体的重力，气浮浓缩的动力是空气微小气泡附着在 污泥絮体上后产生的浮力。而离心浓缩法的原理是利用污泥中的固体、液体存在 的密度差，在离心力场中所受到的离心力不同而被分离。离心浓缩法可连续工作， 占地面积小，工作场所卫生条件好，造价低，但运行费用与机械维修费用较高， 且存在噪声问题。目前，用于离心浓缩的离心机主要有三种：无孔转鼓式离心机、 转盘式离心机和篮式离心机。其中无孔转鼓式离心机是应用最广泛的污泥离心浓 缩用离心机。 三种浓缩方法的选择可针对污泥的不同特性以及处理场所的有关特征进行综 合考虑, 其处理性能如表1.6 所示14。 硕士学位论文 9 表1.6 几种浓缩方法的比能耗和含固浓度 浓缩方法 污泥类型 浓缩后 含水率 （%） 比能耗 （干固体） kWh/t 比能耗（脱除 水）kWh/t 重力浓缩 初沉污泥 9095 1.75 0.2 重力浓缩 剩余活性污泥 9798 8.81 0.09 气浮浓缩 剩余活性污泥 9597 131 2.18 框式离心浓缩 剩余活性污泥 9192 211 2.29 无孔转鼓离心浓缩 剩余活性污泥 9295 117 1.23 从表1.6可以看出，初次沉淀池污泥用重力浓缩法处理