（环境工程专业论文）唐山市污水处理厂污泥排放量计算及处置方法研究.pdf

摘耍 摘要 随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和 提高，产生的污泥量也日益增加，目前全国城市污水处理厂每年产生的湿污泥高 达1 2 0 0 万吨，并以每年1 5 的速度增长。按2 0 0 4 年我国的污水处理能力统计， 我国每天从各个污水厂产生约7 ，0 0 0 吨的污泥饼，现在7 0 以上是弃置，2 0 是 填埋，不到1 0 的是通过堆肥等技术处理后回用于土地。由于污泥中往往含有病 菌和过量的重金属，没有经过无害化处理的污泥大量的弃置，最终作为资源用于 土地，常常造成二次污染，严重影响了环境综合整治的实际成果。唐山市市区现 有的四座污水处理厂日处理能力现为处理污水2 8 9 万m 3 ，污水处理厂产生的污 泥如果不经合理的方法进行处置，必将对环境造成危害。所以对污水处理厂污泥 产生量和处置方法进行研究，具有很强的现实意义。 本课题通过对比污泥产生量的计算方法和国内外污泥处置先进技术并结合 唐山市实际情况，通过对比三种污泥产生量计算方法：污泥负荷法、数学模型法 和泥龄法的优缺点，活性污泥工艺的设计计算方法有必要从污泥负荷法逐步向泥 龄法过渡，最终过渡到数学模型法，在数学模型法实用化之前，泥龄法将发挥重 要作用。因此本课题计算污泥产生量并进行预测采用泥龄法进行推算。从计算结 果可以看出，近期( 2 0 0 7 年) ，唐山市中心区四座污水处理厂产生干化污泥( 含 水8 0 ) 约1 1 万吨，中期( 2 0l o 年) 约1 8 万吨，远期( 2 0 1 5 年) 约3 0 万吨。 唐山市中心区污水处理厂污泥现阶段以卫生填埋为主，少部分好氧堆肥土地 利用，基本无焚烧处理，根据三种处理方法优缺点，并结合唐山市实际情况，市 中心区污水处理厂污泥应该由卫生填埋为主向土地利用和焚烧处置发展，逐步减 少卫生填埋量，提高土地利用率和焚烧处理率，最终实现污泥处置的资源化目标。 关键词唐山市；污泥；排放量：处置方 北京t 业人学t 程顾l ：学位论文 a b s t r a c t i ti si n c r e a s e da l s oi n c r e a s i n g l yt h a ta l o n gw i t ht h ed o m e s t i cd e v e l o p m e n to ft h e c a u s eo fs e w a g ed i s p o s a l ，s e w a g ef a c t o r yh a n d l e sw a t e rq u a n t i t ya l w a y sa n dh a n d l e s t h em u d q u a n t i t yt h a td e g r e ew i l le n l a r g ea n dr i s ec o n s t a n t l ya n dp r o d u c e s ，n o w , t h e w e tm u dt h a tc i t ys e w a g et r e a t m e n tp l a n tp r o d u c e sn a t i o nw i d ee v e r yy e a ri s 嬲h i 【g h a st w e l v em i l l i o n st o n s ，a n di n c r e a s e sw i t ht h es p e e do fa n n u a l15 m a k es t a t i s t i c s a c c o r d i n gt ot h ea b i l i t yo fs e w a g ed i s p o s a lo f2 0 0 4o u rc o u n t r y , o u rc o u n t r yp r o d u c e s s e v e nt h o u s a n d st o n so fm u dc a k e se v e r yd a yf r o me v e r ys e w a g ef a c t o r y ，i sn o w d i s c a r d e dm o r et h a n7 0 ，2 0 i st of i l lb u r y ，d on o tg ot o10 r e u s ea f t e rb e i n gt h e r e a s o no ft e c h n i c a ld i v i s i o n so fp a s s i n gt h r o u g hc o m p o s ti nl a n d o f t e nc o n t a i ng e r m s a n de x c e s s i v eh e a v ym e t a li nm u d ，h a v en o te n d u r e dt h em u do fh a r m l e s sh a n d l i n g p l e n t yo fp u ta s i d e ，i sr e s o u r c ee v e n t u a l l yt ob eu s e di nl a n d ，o f t e nc a u s et op o l l u t e t w i c e ，h a v ei n f l u e n c e dt h ea c t u a la c c o m p l i s h m e n to fe n v i r o n m e n t a lc o m p r e h e n s i v e r e n o v a t i o ns e r i o u s l y t h e4s e w a g et r e a t m e n tp l a n t st h a tt a n g s h a nc i t yu r b a na r e a s h a v et h ea b i l i t yo fh a n d l i n go nt h ed a yi sc u r r e n tt oh a n d l e2 8 9 0 0 0 0s e w a g em 3 s ，t h e m u dt h a ts e w a g et r e a t m e n tp l a n tp r o d u c e sm u s te n d a n g e rf o rt h a te n v i r o n m e n tc a u s e s i fn o tc a r r yo u td i s p o s a lb yr e a s o n a b l em e t h o d s of o rs e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，m u d p r o d u c e sq u a n t i t ya n dd i s p o s a lm e t h o dt oc a r r yo u tr e s e a r c h ，h a v ev e r ys t r o n g r e a l i s t i cm e a n i n g t h i sp r o g r a mp r o d u c e st h r o u g hc o m b i n i n gt a n g s h a nc i t ya c t u a l c o n d i t i o nf o rt h ec a l c u l a t i o nm e t h o da n dd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lm u d d i s p o s a la d v a n c e dt e c h n i q u et h a tp r o d u c e sq u a n t i t yt h a nm u da n dp a s s i n g t h r o u g h3k i n d s o fc o n t r a s tm u dt om e a s u r ec a l c u l a t i o nm e t h o d ：t h e t e c h n o l o g yo fa c t i v a t e ds l u d g ea n dt h eg o o ds h o r t c o m i n go fm u dl o a df r a n c e ， m a t h e m a t i c sm o d e lf r a n c ea n dm u da g ef r a n c ed e s i g nc a l c u l a t i o nm e t h o di s n e c e s s a r yf r o mm u dl o a df r a n c es t e pb ys t e pt om u da g ef r a n c et r a n s i t i o n ， l a s tt r a n s i t i o ni st om a t h e m a t i c sm o d e lf r a n c e ，b e f o r ei nm a t h e m a t i c s m o d e lf r a n c ei sp r a c t i c a l ，m u da g ef r a n c ew i l lp l a yi m p o r t a n tr o l e 摘嘤 t h e r e f o r et h i sp r o g r a mc a l c u l a t i o nm u dp r o d u c e s q u a n t i t yf o r e s e et h a t w i t hm u da g e ，1 a wi sr e c k o n e d f r o mc a l c u l a t i o na sar e s u l t ，m a yf i n do u t ， r e c e n t l y ( i n2 0 0 7 ) ，4t a n g s h a nc e n t r ed i s t r i c ts e w a g et r e a t m e n tp l a n t s p r o d u c ed r ym u d ( c o n t a i nw a t e r8 0 ) t oa s ko n eh u n d r e d a n dt e nt h o u s a n d s t o n sa n dm i d - t e r m ( 2 0 1 0 ) a b o u to n eh u n d r e da n de i g h t yt h o u s a n d st o n si s f o r w a r d ( 2 015 ) t h r e e h u n d r e d st h o u s a n d st o n s t h et a n g s h a nc e n t r ed i s t r i c tm u do fs e w a g et r e a t m e n tp l a n ts h o w ss t a g e ，晰t l l h y g i e n e ，f i nt ob u r ym a i n l y ，l o s ep a r t i a l l yg o o do x y g e nc o m p o s tl a n dt ou s e ，h a v e n o b u mb a s i c a l l yt oh a n d l e ，c o m b i n et a n g s h a nc i t ya c t u a lc o n d i t i o na c c o r d i n gt ot h e3 k i n d so fg o o ds h o r t c o m i n go fp r o c e s s i n gt e c h n i q u e ，t h ec e n t r ed i s t r i c tm u do fs e w a g e t r e a t m e n tp l a n ts h o u l df i l lb yh y g i e n eb u r ym a i n l yd e a lw i t hd e v e l o p m e n tt ol a n du s e a n db u m ，r e d u c eh y g i e n es t e pb ys t e pt of i l lb u r yq u a n t i t y , r a i s el a n du t i l i z a t i o nr a t e a n db u mt oh a n d l er a t ea n dl a s tr e a l i z a t i o nt h er e s o u r c eo fm u dd i s p o s a lm e l t sg o a l k e y w o r d ：t a n g s h a nc i t y , m u d ；d i s c h a r g ec a p a c i 锣；d i s p o s a lm e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 卤埒 日期：2 棚i 1 ，厂 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：埒 导师签j ，乙 第l 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 水资源现状 第1 章绪论 中国人均水资源量为世界人均占有量的1 4 ，是世界上1 3 个主要贫水国之 一。2 0 0 0 年地表水资源量2 6 5 6 2 亿立方米，2 0 0 0 年总供水量5 5 3 1 亿立方米，其 中地表水源供水量占8 0 3 。地下水源供水量占1 9 3 ，其它水源供水量占0 4 。2 0 0 0 年总用水量5 4 9 8 亿立方米，人均综合用水量为4 3 0 立方米，城镇生活 用水占5 2 ，万元生产总值用水量为6 1 0 立方米。同时，国内水资源浪费现象 严重，农业用水利用率仅4 0 一5 0 ，工业用水重复利用率为2 0 一4 0 ，单 位产品用水定额往往比发达国家高1 0 倍以上。水资源在时间、空间分布上也极 不均匀。每年汛期，洪水集中，沿江地区往往水满为患；旱季则缺水严重，2 0 0 0 年5 月由于干旱缺水，全国1 5 0 座城市实行定时定量供水。 水资源区域分布与土地资源、人口分布及经济发展也不协调。北方黄河、淮 海、松辽河及内陆河流域片平均水资源量仅占全国水资源量的1 9 ，但g d p 约 占全国总量的4 5 以上。西南流域片，平均水资源量为全国的2 0 8 ，g d p 却 不到全国总量的1 ，属工程性缺水地区。淮河流域，平均水资源量约占全国的 3 4 ，开发利用程度6 0 左右，但该流域属污染严重，按水质标准判别，缺水 率很高，是资源性和水质性并存的缺水地区。中国水环境污染现状也相当严重， 七大水系中，长江水质情况较好，干流有6 6 7 的河段为i i i 类和优于i i i 类水质， 而黄河干流6 6 7 的河段为类水质，珠江干流2 9 2 的河段为类水质，8 3 为v 类和超v 类水质河段，淮河一级支流5 2 为超v 类水质，二、三级支流 7 1 为超v 类水质，松花江7 0 6 的河段为类水质，海滦河5 0 的河段为v 类和超v 类水质，辽河5 0 的河段为超v 类水质：而十大淡水湖也受到严重的 有机污染和氨、磷污染，富营养化问题突出。水环境的污染迸一步加剧了水资源 的短缺。 北京t 业人学t 稃硕f 学位论文 1 1 2 城市污水回用现状 中国城市污水利用研究，早在1 9 5 8 年就列人国家研究课题，6 0 年代着重于 污水灌溉，7 0 年代中期进行了城市污水回用的深度处理试验，8 0 年代初，大连、 青岛、太原等缺水城市相继开展了污水回用于工业和民用的研究与实践，有些城 市修建了家用试点工程并取得了成功，不少公共建筑亦建设了污水回用装置。表 1 - 1 列出了部分城市污水回用情况，除表1 - 1 之外，还有西安，厦门、沈阳等大 中城市的污水回用也取得了相当好的效果。这些工程为污水回用工作的进一步开 展树立了榜样和经验参考。然而，从整体上看，由于北方属于水量型缺水，南方 属于水质型缺水，水资源比较贫乏的北方污水回用比水资源相对富裕的南方要做 的好，工作成效也较南方显著。 表卜1中国部分城市污水回用现状 城市处理厂水量( 万m 3 d )用途 春柳河 8 工业区回用 大连开发区回用 7 市政、工业冷却 马栏河 1 2 市政杂用 北郊污水处理厂( 一级) 4 0 ，( 二级) 1 0市政杂用 长春 西郊污水处理厂( 一期) 5 ，( 二期) 1 0第一汽车厂 邯郸邯郸市污水厂 1 0 市政杂用 太原杨家堡处理厂 0 2 市政杂用 天津 纪庄子污水厂 o 2 市政杂用 北京 高碑店 3 0 冷却、市政杂用 根据“十五”计划，2 0 0 5 年城市污水集中处理率要达到4 5 ，如污水回 用率达到2 0 ，则“十五 期末年污水回用量可达到4 0 亿立方米，约为城市缺 水量的一半。按国家城市污水处理及污染防治技术政策，到2 0 1 0 年，全国设 市城市和建制镇的污水平均处理率不低于5 0 ，设市城市的污水处理率不低于 6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 。2 0 0 0 年国务院召开的全国城市供 水节水与水污染防治工作提出：大力提倡城市污水回用等非传统水资源的开发 第1 荦绪论 利用，并纳入水资源的统一管理和调配。由此可见，城市污水处理率的提高，大 量城市污水处理厂的建设，回用政策的逐步完善，为城市污水回用创造了前所未 有的机遇；作为有效缓解水资源短缺的重要措施，己受到政府管理部门和行业各 界密切关注，将是中国水处理行业的主要热点之一。 1 3 城市污水污泥现状 城市污水污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物。近几十年来，随着我们 国家城市社会经济的高速发展，我国的城市排水基础设施的建设取得了很大的进 步。城市污水处理厂的数量从1 9 7 7 年的3 5 座增加到2 0 0 4 年的6 6 7 座，城市水 处理能力从过去的每天处理污水1 0 0 多万吨增长到今天的每天处理污水近3 ，0 0 0 多万吨。国家正在调整政策，在建设和谐社会的过程中，集中全社会的资源，加 速污水处理的能力建设和强化这一环节的科学管理。按照这样一个进程，至2 0 1 5 年，全国城市污水处理厂的数量将达到2 0 0 0 座以上，污水处理能力将达到每天 处理污水8 ，0 0 0 多万吨，污水处理率将达到7 0 以上，我国的水污染将得到控 制，水环境将明显改观。 随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和 提高，产生的污泥量也日益增加，目前全国城市污水处理厂每年产生的湿污泥高 达1 2 0 0 万吨，并以每年1 5 的速度增长。按2 0 0 4 年我国的污水处理能力统计， 我国每天从各个污水厂产生约7 ，0 0 0 吨的污泥饼，现在7 0 以上是弃置，2 0 是 填埋，不到1 0 的是通过堆肥等技术处理后回用于土地。由于污泥中往往含有病 菌和过量的重金属，没有经过无害化处理的污泥大量的弃置，最终作为资源用于 土地，常常造成二次污染，严重影响了环境综合整治的实际成果嗍。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 污泥是污水处理的伴生物，通常占污水总量的0 5 1 ，由于其成分复杂， 既含有大量的有机质，又含有害的重金属、病原微生物等，处理和处置费用高， 堆放风险大，它容量大，不稳定，易腐败，有恶臭，如不加以妥善处理和处置， 北京1 业人掌。i 程倾l 。掌9 r 论殳 将造成堆放和排放区周围环境严重的二次污染，更有甚者，将污水污泥任意施于 农业，导致农作物污染，土壤受到不可逆转的中毒受害。因而如何安全、经济、 合理地处置和利用污水处理厂污泥一直是当今世界各国十分关注的研究课题。 城市污水污泥既会造成污染，又可进行综合利用。污泥中所含的有机物是有 效的生物能源，污泥中的有机物分解产生的腐殖质可以改良土壤，避免板结，而 污泥中丰富的氮、磷、钾等则是植物和农作物生长不可缺少的营养物。干燥的污 泥可产生1 6 6 5 - - 一2 0 9 3 兆j t 的热能，是种低热值的燃料当今世界上，越来越 多的人对“地球上的一切资源都是有限的 这一客观存在的事实有了越来越深刻 的认识，因此，污水污泥的处理处置与污泥资源化的相结合，必将成为城市污水 污泥唯一的最终出路。一个城市污水处理厂、污泥处理处置不当就不能够充分发 挥它消除污染保护环境的作用，也就明显地削弱了污水处理厂的净化功能。本课 题通过对比污泥产生量的计算方法和国内外污泥处置先进技术并结合唐山市实 际情况，研究推算唐山市污水处理厂污泥排放量和处置方法选择方案，为唐山市 有关管理部门制定城市固体废弃物处理处置制度提供技术支持和决策依据。 1 2 2 研究意义 唐山是一座具有百年历史的沿海重工业城市。随着经济的高速发展和人们生 活水平的提高，城市供水和污水排放也将明显提高，据( 2 0 0 4 年唐山市环境状 况公告1 2 0 0 3 年全市污水排放量为3 6 8 3 0 1 9 万m 3 ，市区现有的四座污水处理 厂日处理能力现为处理污水2 8 9 万m 3 ，污水处理厂产生的污泥如果不经合理的 方法进行处置。如此大量的污泥如果不经合理的方法进行处置，必将对环境造成 危害。所以对污水处理厂污泥产生量和处置方法进行研究，具有很强的现实意义。 1 3 相关研究领域国内外研究的现状 1 3 1 国内外常用污泥产生量的确定方法 目前国内外常用的污泥产生量确定方法有两个：实测法、推算法h 1 。实测法 应用数据准确，但不能在污水厂正常运行前确定污泥产量并进行预测；推算法是 根据活性污泥处理工艺的三种设计计算公式推算而得，即：污泥负荷法、泥龄法 第1 章绪论 和数学模型法。三种方法在操作上难易程度不同，计算结果的精确度不同，直接 关系到设计水平、基建投资和处理可靠性，同时也直接关系到污泥产生量的推算。 正因为如此，国内外专家都在进行大量细致的研究，力求找出一种精确度更高而 又便于操作的计算方法。 1 3 2 污泥处置方法研究现状 近年来，随着人们对环境污染控制认识的加深，污水处理厂在各主要城市相 继建成并投入运行，与此同时污水处理厂又产生大量的残渣即污泥。国l a 夕i 污泥 处理处置的方法很多，一般采用浓缩、消化、脱水、干化等工艺处理后有效利用 ( 主要为农用) 、填埋及焚烧等方法处置，或用其中某几种方法组合处置。污泥 的最终出路不外是资源化利用或以某种形式回到环境中去，随着海洋投弃被禁 止，污泥弃置的比例正逐渐减小，同时土地填埋也受到越来越严格的限制。在今 后数年里美国的大部分填埋场将关闭，欧盟也将规定填埋必须和焚烧相结合，只 有焚烧灰才可以被填埋。人们认识到污泥处理的优先顺序是减容、利用、废弃， 污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已经成为主流。 污水处理厂的污泥处理、处置系统的装备，发达国家在2 0 世纪6 0 年代就已 达到先进的成套化水平，如污泥消化系统设备、污泥浓缩脱水设备、污泥干燥焚 化设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥系统装备以及污泥固化工业利用技术 与设备，8 0 年代末又启用湿式氧化技术处置污泥。我国城市污水处理厂污泥处 理起步较晚，8 0 年代中期建设城市大型污水厂，污泥处理也采用中温厌氧消化， 引进先进技术的同时也引进了设备，尤其是在借助国外贷款建设项目中，污泥处 理系统装备几乎全部需要进口。近年来，我国城市污水厂的污泥处理技术和某些 单项专用设备有较大发展，积累了中温厌氧消化的经验，而在污泥处置的最终出 路方面尚属实验研究阶段 污泥处理与处置的目的主要有以下四个方面隋1 ： ( 1 ) 减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用，即污泥 的减量化： ( 2 ) 通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避 免产生二次污染，即污泥的稳定化； 北京t 业人学t 程硕t 。学位论文 ( 3 ) 达到污泥的无害化与卫生化，即污泥的无害化。 ( 4 ) 在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼 气等，即污泥的的资源化 1 3 。2 1 污泥减量化 污泥减量化分为质量的减量和体积的减量，前者包括稳定和焚烧，污泥稳定 化过程和焚烧过程是同一过程。后者主要是指通过浓缩、脱水、干化使污泥含水 率降低( 体积的减量化) 的过程。 由于污水处理厂污泥是由液体和固体两部分组成的悬浮液，所以污泥处理最 重要的步骤就是分离污泥中的水分以减少污泥的体积，为污泥的输送、消化、脱 水和进一步综合利用创造条件。污泥中所含水分包括孔隙水、附着水、毛细水、 吸附水。孔隙水是指存在于污泥颗粒间隙中的水( 约占污泥水分的7 0 左右) ， 其与污泥颗粒结合力相对较小，一般通过浓缩在重力的作用下可部分分离。附着 水( 污泥颗粒表面上的水膜) 和毛细水( 约占污泥水分的l o 2 2 ) 与污泥颗 粒之间的结合力较强，则需借助外力，比如采用机械脱水装置进行分离。吸附水 ( 约占污泥水分的5 8 ) 为内部水，通常只能采用干燥或者焚烧的方法来去除。 来自污水处理厂初次沉淀池和二次沉淀池( 剩余活性污泥或者生物滤池污 泥) 的混合污泥通常含有6 0 , - - - , 8 0 的有机物，如碳水化合物、脂肪、蛋白质， 而且还含有大量的多种微生物，这种污泥在堆放时极易自发地进行不希望的厌氧 生物反应，产生异味并导致污泥脱水性质恶化。 随着我国城市污水处理厂和污泥产量的增加，污泥减量化技术应运而生，所 谓污泥减量技术，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 量的污水所产生的污泥量降低的各种技术。污泥减量化技术是与生物处理工艺中 微生物代谢特性、剩余污泥的产量与微生物利用有机物合成自身的作用、内源呼 吸作用以及微型动物对细菌捕食作用有关。前一部分使剩余污泥的量增加，后两 部分使剩余污泥的量减少。为此，减少剩余污泥的产量可能通过以下途径来实现： ( 1 ) 降低细菌的净合成量；( 2 ) 增加生物体的自身氧化速率；( 3 ) 增强微型动物对 细菌的捕食。 以下将对国内外近年来这3 方面的污泥减量技术的研究现状和进展分别进 行介绍。 第l 币绪论 ( 1 ) 降低细菌细胞的合成量 降低细菌细胞的合成量，即降低细菌的产率系数可以通过以下两方面实现： 从物质上对细菌的合成进行抑制，如限制其合成自身所必需物质的供给，但这 种方法在污水处理中显然不适合；从能量上对细菌的合成进行抑制，使细菌氧化 底物所获得的能量不用于合成细胞本身，即at p 不随底物被氧化的同时大量合 成或者合成以后迅速由其他途径释放而不是用于细胞的合成。正常情况下，生物 的分解代谢和合成代谢是由腺苷三磷酸( a t p ) 和腺苷二磷酸( a d p ) 之间的转化 而联系在一起的，即分解一定的底物，将有一定比例的生物体合成。 ( 2 ) 通过溶胞强化细菌自身氧化速率 通过强化细菌的隐性生长也可以达到污泥减量的目的。所谓隐性生长是指细 菌利用衰亡细菌所形成的二次基质生长，整个过程包含了溶胞和生长。利用各种 溶胞技术，使细菌能够迅速死亡并分解成为基质再次被其他细菌所利用，是在污泥 减量过程中广为应用的手段。促进细胞溶解，在传统模型中可以认为是增大了细 胞衰减速率，这样可以降低剩余污泥的产量。 通常的溶胞作用包括各种化学、物理、生物及其相互联合的作用。通过溶胞 强化细菌的自身氧化在工程应用上极为容易实现。通常可在传统活性污泥法工艺 流程中的污泥回流线上增加相关处理装置。 ( 3 ) 利用微型动物对污泥减量化的研究 微型动物的概念是一个模糊的界定。在水处理领域，习惯把原生动物和一些 体型较小的后生动物( 如轮虫、线虫、大型无脊椎动物如环节纲的蚯蚓和软体动 物等) 称之为微型动物。严格地说，微型动物不是生物分类学上的概念而是一种俗 称。利用微型动物对污泥进行减量可从以下三个方面着手。 是利用微型动物在食物链中的捕食作用。从生态学角度，当系统中食物链 越长，能量损失越多，可用于合成生物体的能量就越少，最终形成的总的生物量也 就越少。因此，延长食物链或强化食物链中的微型动物的捕食作用均能达到减少 剩余污泥产生量的目的。生物膜法与传统活性污泥法相比，一个重要特点是在生 物膜中体型较大营养级较高的微型动物容易繁殖，甚至出现苍蝇一类的昆虫，使得 食物链变长变复杂。生物膜处理系统内产生的污泥量一般要比活性污泥法低l 4 。 北京t 业人学t 程顾f ：学位论文 是直接利用微型动物对污泥的摄食和消化，在减少污泥的容量的同时增 加污泥的可溶性。原生动物中的附着型的种类如缘毛类纤毛虫，以及后生动物中 的附着型的轮虫均有较强的摄食悬浮性固体的能力。而苍蝇一类的昆虫的幼虫和 一些软体动物更能够直接吞食较大的絮状活性污泥或生物膜。 是利用微型动物来增强细菌的活性或增加有活性的细菌的数量，从而增强 细菌的自身氧化和代谢能力。微型动物和细菌之间的关系，除了捕食者和被捕食 者的关系外，还有互利的关系。在污水生物处理系统中，微型动物和细菌可以共存。 细菌对微型动物捕食可以形成菌胶团进行抵御，同时，细菌的分泌物能刺激原生动 物的生长，反过来原生动物活动产生溶解性有机物质可被细菌再利用，促进细菌的 生长。 虽然有关污泥减量的必要性在学术上还有争论( 传统观点认为污泥是一种生 物能量，没有必要去研究如何降低生物转化效率) ，但污泥减量化的研究，适应了 污水处理系统实现良性运行、防止污水处理出现二次污染、使污水治理更具环境 效益的需要。在今后较长时间内，污泥减量化的研究还需要从原理、技术等方面 进行全面、系统的研究和比较。一旦有所突破，对水处理不啻是一重大的贡献。 1 3 2 2 污泥稳定化 污泥稳定化的含义针对污泥中有机质而言，事实上是与污泥中有机物的矿化 过程相关的。所谓有机物的矿化过程( 污泥的稳定化) 是在一定条件下，通过物 理化学或生化反应，使污泥中的有机物发生分解或降解为矿化程度较高的无机化 合物，如仍d c 仍或c h 4 c o ：的过程。根据定义污泥的稳定化不仅与有机物 含量有关，其还与是否在一定条件下有机物的分解或降解反应有关，这里所谓一 定条件是指时间和环境条件。例如，在采用厌氧u a s b 工艺处理污水中形成的颗 粒污泥，其有机质的含量有时高达9 0 以上，但是其在环境中是稳定的，在相当 长的一段时间内不再发生( 明显发生) 降解反应，也可以认为它是稳定的。 污泥稳定化处置以厌氧消化为主，发达国家广泛采用，欧美、日本、独联体 等国家，用厌氧消化处理污泥占污泥量的一半以上。表1 - 2 列出欧洲各个国家污 泥处理方式所占比例，厌氧平均占5 8 ，发达国家六十年代，对污水处理厂污 泥处理处置系统的装备已达到先进的成套产业化水平，如污泥消化系统设备、污 泥浓缩脱水设备、污泥干燥焚化设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥系统装 第1 币绪论 备以及污泥固化工业利用技术与设备，八十年代末又应用湿式氧化技术处置污泥 口1 。我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，八十年代中期建设城市大型污水厂， 污泥处理也采用中温厌氧消化，引进先进技术的同时也引进了设备，尤其是借助 国外贷款建设项目中，污泥处理系统装备几乎全部需要进口。近十多年来，我国 城市污水厂污泥处理技术和某些单项专用设备有较大发展，积累了中温厌氧消化 技术的丰富经验，而在污泥处置和最终出路方面尚属试验研究阶段。 表l 一2 欧洲1 1 个国家污泥处理方式比例( ) 国名厌氧处理好氧处理 比利时 6 72 2 丹麦 5 04 0 法国4 91 7 西德 6 41 2 希腊 9 73 爱尔兰 1 98 意大利 5 64 4 卢森堡 8 1 o 荷兰 4 43 5 西班牙 6 5 5 英国 4 8 1 平均值 5 61 7 1 3 2 3 污泥无害化 污泥无害化主要包括杀死虫卵，减少病菌和消除重金属的污染，后者只能从 上游污染源的严格控制来解决，污泥处置和综合利用方法有填埋、焚烧、排海、 制造建筑材料等途径。表1 3 列出欧洲各国污泥产量及处置方式所占比例嘲。 北京t 业人学t 程硕f j 学位论文 表1 3 欧洲各国的污泥产生量和处置方法 污泥总量( t 国家 农业( ) 填埋( ) 焚烧( ) 海洋( ) 干污泥a ) 奥地利 2 83 53 72 5 00 0 0 比利时5 74 33 5 00 0 0 丹麦 4 32 92 81 5 00 0 0 法国 2 75 32 09 0 00 0 0 德国 2 56 51 027 5 00 0 0 希腊 1 09 02 0 00 0 爱尔兰 2 33 44 32 30 0 0 意大利 3 45 5l l8 0 0 0 0 0 卢森堡 8 02 01 50 0 0 荷兰5 3 2 9l o82 8 0 0 0 0 葡萄牙 8 01 282 0 0 0 0 0 西班牙 6 11 02 93 0 00 0 0 瑞典 6 0 4 01 8 00 0 0 瑞士 5 03 02 02 5 00 0 0 英国 5 11 652 815 0 00 0 0 1 3 2 4 污泥资源化 污泥经过减容、稳定和无害化处理后，可以作为资源综合利用，解决污泥的 最终出路，减量、稳定和无害都是为污泥资源化进行铺路，目前的主要方向是土 地与热能利用。土地利用的污泥处理方法有干化、碱性稳定和堆肥；热能利用有 干化、焚烧、低温热解。污泥资源利用方案的选择应根据“环境卫生安全、资源 回收、资源投入产出比和收益影响比 三个方面进行嘲。 ( 1 ) 环境安全：污泥利用需满足严格的环境卫生标准，不能造成新的环境危害。 污泥利用的环境问题是重金属和氮、磷对土壤、作物、水体的影响以及病原物污 染，严格执行农用污泥控制标准，控制重金属的积累和减少氮、磷流失对水体的 污染。 第1 章绪论 ( 2 ) 资源回收：污泥土地利用可回收养分并且改善土壤的物理性质( 降低容重、 提高渗透性和保湿性) ，其效益是显著的。对污泥进行堆肥造粒或热干化处理形 成高质量的颗粒肥，易撒播且适宜包装上市销售。 ( 3 ) 资源投入产出比和收益影响比 据美国环保署估计，美国1 5 3 0 0 个城市污水处理厂中，年产干固体污泥7 6 9 万吨，4 5 的污泥用于农林业，2 1 进行填埋，3 0 用于投弃海洋n0 1 。焚烧法由于 能耗高，所以只占3 。原西德年产干污泥约2 0 0 万吨，农田利用占3 2 ，填埋占 5 9 ，焚烧占8 。日本5 5 的污泥进行焚烧，3 5 的污泥进行填埋，约9 的污泥 进行农田利用n 。污泥排海处置，由于对海洋越来越高的要求，许多国家己停止 使用。污泥焚烧以日本、德国、奥地利等国占比例高，一般大型污水厂污泥通过 焚烧无害化，产生的热能可回收利用，污泥减容减量化程度很高，但焚烧投资巨 大，操作管理复杂，能耗和运行费均很高，近期内我国还不能全面推广采用。 污泥资源化技术主要有以下几种。 ( 1 ) 污泥堆肥 污泥中含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物需要的养分，其含量高于常用 牛羊猪粪等农家肥，可以与菜籽饼、棉籽饼等优质的有机农肥相媲美。但是污泥 中往往也含有有害成分，因此在土地利用之前，必须对污泥进行稳定化、无害化 处理，如好氧与厌氧消化、堆肥化等，其中堆肥化处理是较多采用的一种方法。 堆肥化是利用微生物的作用，将不稳定的有机质降解和转化成稳定的有机质，并 使挥发性有机质含量降低，减少臭气；物理性状明显改善( 如水含量降低，呈疏 松、分散、粒状) ，便于贮存、运输和使用；高温堆肥还可以杀灭堆料中的病原 菌、虫卵和草籽，使堆肥产品更适合作为土壤改良剂和植物营养源。 我国农村利用杂草、秸秆等和禽兽粪便混合，制成有机肥料的做法已有很长 的历史，但这种堆肥过程主要靠自然通风或表面扩散向堆料供氧，由于供氧不充 分，不能作为大规模处理处理、生产高质量堆肥产品的手段。现代堆肥化制好氧 快速堆肥过程，污泥堆肥过程的主要技术措施比较复杂，主要包括：调整堆料的 含水率和适当的c n 比；选择填充料改变污泥的物理性状；建立合适的通风系统； 控制适宜的温度和p h 值等。 ( 2 ) 污泥消化制沼气 北京t q k 人学t 稃硕l j 学位论文 污泥厌氧消化不仅是现在，而且也是未来应用最为广泛的污泥稳定化工艺。 厌氧消化较其他稳定化工艺获得广泛应用的原因是它具有如下优点： 产生能量( 甲烷) ，有时超过废水处理过程所需的能量； 使最终需要处置的污泥体积减少3 0 5 0 ； 消化完全时，可消除恶臭； 杀死病原微生物，特别是高温消化时 消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分，适用于改良土壤。 但当处理厂规模较小，污泥数量少，综合利用价值不大时，也可采用污泥好 氧消化。它的主要优点是：运行操作比较方便和稳定、处理过程需排出的污泥量 少。但运行费用大、能耗多。在具体工程实践中，污泥处理采用哪种工艺，厌氧 消化还是好氧消化，应视具体情况而定，如污泥的数量、有无利用价值、运转管 理水平的要求、运行管理与能耗、处理场地大小等。 有机污泥经消化后，不仅有机污染物得到进一步的降解、稳定和利用，而且 污泥数量减少( 在厌氧消化中，按体积计约减少1 2 左右) ，污泥的生物稳定性 和脱水性能大为改善。这样，有利于污泥再作进一步的处置。 ( 3 ) 污泥燃料化技术 随着污泥量的不断增加及污泥成分的变化，现有的污泥处理技术逐渐不能满 足要求，例如燃烧含水率8 0 的污泥，每吨污泥( 干基) 的辅助燃料需消耗 3 0 4 - - , 5 6 5 l 重油，能耗大；污泥填埋必须预先脱水到含水率至少小于7 0 ，而达 到这样的含水率目前的污泥脱水技术需要消耗大量的药剂，既增加了成本，也增 加了污泥量；土地还原是目前污泥消纳量最大的处理方法，但很多工业废水中含 有重金属和有毒有害的有机物，不能作肥料或土壤改良剂。因此寻找一种适合处 理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现减量化、无害化、稳定化和资源化 的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。污泥燃料化被认为是有 望取代现有的污泥处理技术最有前途的方法之一。 污泥燃料化方法目前有两种，一种是污泥能量回收系统，简称h e r s 法 ( h y p e r i o ne n e r g y s y s t e m ) ，第二种是污泥燃料化法，简称腰法( s l u d g ef u e l ) 。 h e r s 法 h e r s 法工艺流程如图1 一l 所示。它是将剩余活性污泥和初沉池污泥分别 第1 章绪论 进行厌氧消化，产生的消化气经过脱硫后，用作发电的燃料。混合消化污泥林、 离心脱水至含水率8 0 ，加入轻溶剂油，使其变成流动行浆液，送入四效蒸发器 蒸发，然后经过脱轻油，变成含水率2 6 、含油率0 1 5 的污泥燃料。轻油再 返回到前端做脱水污泥的流动媒体，污泥燃料燃烧产生的蒸汽一部分用来蒸发干 燥污泥，多余用来蒸汽发电。 h e r s 法所用的物料是经过机械脱水的消化污泥。污泥干燥采用的多效蒸发 法一般是用蒸发干燥法，不能获得能量收益，而采用c g 法可以有能量收益；污 泥能量回收两种方式，即厌氧产生消化气和污泥燃烧产生热能，然后以电力形式 回收利用。 活性污泥 图1 1h e r s 法工艺流程 北乐i 业人学丁程硕i ：学位论文 s f 法 盯法工艺流程如1 2 所示。它将未消化的混合污泥经过机械脱水后，加入 重油，调制成流动浆液送入四效蒸发器蒸发，然后经过脱油，变成含水率约5 、 含油率1 0 以下，热值为2 3 0 2 7 k j 的污泥燃料。重油返回作污泥流动介质重复利 用，污泥燃料燃烧产生蒸汽，作为污泥干燥的热源和发电，回收能量。 燕汽 i 多 l 燃料 一i 脱流敲脱干 水 动蒸油燥锅 污化发机污 炉 一l 灰电 泥槽器泥 l i l 焚烧灰 污泥燃料生成过程有效利用过程 图1 2s f 法工艺流程图 h e r s 法与s f 法不同，一是前者污泥先经过消化，消化气和蒸汽发电相结 合回收能量。后者不经过污泥热值降低的消化过程，直接将生成污泥蒸发干燥制 成燃料；二是h e r s 法使用的污泥流动媒体是轻质溶剂油，黏度低，与含水率 8 0 左右的污泥很难均匀混合，蒸发效率低，而s f 法采用的是重油，与脱水污 泥混合均匀。三是h e r s 法轻溶剂油回收率接近1 0 0 ，而s f 法重油回收率较 低，流动介质要不断补充。 ( 4 ) 污泥的建材利用 污泥中除了有机物外往往还含有2 0 - 3 0 的无机物，主要是硅、铁、铝和钙 等。因此即使污泥焚烧去除了有机物，无机物仍以焚烧灰的形式存在，需要做填 埋处置。如何充分利用污泥中的有机物和无机物污泥的建材利用是一种经济有效 的资源化方法。 污泥的建材利用大致可归结为以下方法：制轻质陶粒、制熔融资材和熔融微 第l 章绪论 晶玻璃，生产水泥等，制砖已经很少应用。过去大部分以污泥焚烧灰作原料生产 各种建材，近年来，为了减少投资( 建设焚烧炉) ，充分利用污泥自身的热值， 节省能耗，直接利用污泥作原料生产各种建材的技术已开发成功。 污泥制轻质陶粒的方法按原料不同可分为两种，一是用生污泥或厌氧发酵污 泥的焚烧灰造粒后烧结。这种方法2 0 世纪8 0 年代已趋向成熟，并投入应用。利 用焚烧灰制轻质陶粒需要单独建设焚烧炉，污泥中的有机成分没有得到有效利 用。近年来开发了直接从脱水污泥制陶粒的新技术。 污泥熔融制得的熔融材料也可以做路基、路面，混凝土骨料及地下管道的衬 垫