白龍港污泥暫存庫區污泥壓濾液處理

鄒博源

(上海城投污水處理有限公司，上海 201203)

白龍港污泥暫存場建成于2004年，為解決白龍港污水廠和竹園第一污水廠污泥，當時根據浦東新區環境衛生事業發展規劃及1995年市府(環衛工作)專題會議紀要精神，在白龍港污水廠內規劃填埋場，建設參照《城市生活垃圾衛生填埋場技術規范》(GJJ 17—2001)。污泥填埋場位于廠區東側，緊臨長江，填埋區域占地約為25 萬m2，共設12格填埋區，每格長約為175 m，寬約為130 m，單座污泥坑間有寬約為4 m的道路，能滿足污泥處理作業車輛通行要求。

至2010年5月底，現狀10格均填滿，進泥含水率在65%～75%。2010年6月開始，為解決填埋場的臭氣對周邊環境的影響，整個污泥填埋區分別實施覆膜和覆土的處理。大量雨水滲入使白龍港庫區污泥填埋的穩定性大幅降低，污泥庫區中的污泥勢必會產生大量污泥壓濾液，與傳統的垃圾填埋場滲濾液有些相似之處，但由于污泥性質不同于生化垃圾，導致某些污染物濃度指標更高，水質差異較大。污泥壓濾液污染物種類繁多、濃度高、變化范圍大，若不單獨處理將對污水處理廠水質帶來較大沖擊，影響正常生產運行，因此，需單獨進行處理[1]。污泥坑壓濾液目前沒有相應成熟的處理技術，成功案例極少，本研究分析水質后試驗，確定合適的處理工藝方法和技術參數，為今后的工程方案提供科學依據。

1 試驗材料和方法

1.1 污泥壓濾液來源與處理目標

污泥壓濾液來源于白龍港污水處理廠中的3#污泥暫存庫中污泥深度脫水產生的板框壓濾液，本試驗使用連續試驗裝置對板框壓濾機作業時產生的壓濾液進行收集和處理。為初步確定污泥壓濾液現場連續試驗裝置工藝流程及運行參數，在前期小型板框壓濾機進行污泥庫區現場試壓濾階段，進行污泥壓濾液取樣與水質檢測及靜態試驗。污泥壓濾液主要污染物水質如表1所示，廢水碳氮比極低，可生化性差。2017年9月，上海市質量技術監督局通告廢止上海市地方標準《污水排入城鎮下水道水質標準》(DB 31/445—2009)。本研究所處理壓濾液出水水質需滿足2016年8月開始實施的國家標準《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)。與處理目標相比，主要污染物為氨氮和總磷。

表1 小型壓濾機污泥坑壓濾液水質Tab.1 Quality of Sludge Filter Press Wastewater

1.2 污泥壓濾液處理工藝

針對污泥壓濾液中主要污染物，對上述壓濾液水樣進行混凝沉淀、吹脫、氧化等靜態試驗。根據靜態試驗結果，確定以混凝沉淀去除總磷，以吹脫和氧化去除氨氮的現場連續試驗工藝流程，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥壓濾液連續試驗工藝流程Fig.1 Continuous Experiment Process of Sludge Filter Press Wastewater

白龍港污泥庫區內取出的污泥，根據污泥調理方案提前配置好污泥調理劑，污泥調理時嚴格控制藥劑添加順序、添加量、攪拌時間等參數。污泥中試調理單元主要包括接力泵、排泥管道、調理池、攪拌機、儲水罐、藥劑罐。本研究重點為污泥調理后壓濾液處理，污泥調理方案在此不具體論述。

經藥劑調理后的污泥由罐車根據規定路線送至白龍港污水處理廠內深度脫水車間的試驗板框機前置緩沖池，等待統一進料。本試驗采用深度脫水車間板框壓濾機(景津，04YLJ-20)污泥脫水，最大污泥日處理量為10 t DS/d。在完成污泥調理及運輸就位后，污泥從罐車卸下持續進入板框壓濾機。污泥完成板框壓濾后，泥餅卸到下層污泥斗中。在不影響深度脫水車間正常生產運行的情況下，污泥壓濾液試驗裝置布置在白龍港污泥深度脫水間1樓東南側。

污泥壓濾液通過排放管接入至現場連續試驗進水水箱，從進水水箱用泵提升到混凝沉淀池，經混凝劑除磷和堿溶液調節pH后，流入中間水箱。中間水箱的壓濾液用泵提升到氨氮吹脫塔進行氨氮吹脫，吹脫后氨氮排放至空氣。吹脫后的壓濾液用泵提升到氧化池，經氨氮氧化后流入出水水箱。出水水箱內處理后壓濾液通過泵提升排放至脫水間壓濾液排放池。

2 結果和討論

2.1 污泥調理對進水水質的影響

污泥壓濾液連續試驗原水為白龍港污泥暫存庫污泥混合液經藥劑調理后，在污泥深度脫水間26#板框壓濾機壓濾產生的污泥壓濾液。污泥調理方案采用3種不同配置的污泥調理劑，污泥調理時嚴格控制藥劑添加順序、添加量、攪拌時間等參數。每個調理方案進行4次污泥調理及壓濾，1批次/d。白龍港污泥暫存庫污泥壓濾液連續試驗從2020年8月—10月，共產生12批污泥壓濾液。

污泥調理方案1(以下簡稱方案1)產生的污泥壓濾液懸浮物量較大，呈黑色，偏酸性，pH值為6.15～7.43。污泥壓濾液靜置一段時間后變紅，因調理過程投加鐵鹽所致。污泥調理方案2(以下簡稱方案2)產生的污泥壓濾液懸浮物較少，呈深紅色，偏酸性，pH值為6.67～7.33。污泥調理方案3(以下簡稱方案3)污泥壓濾液懸浮物較少，呈橘黃色，偏堿性，pH值為7.38～9.00，放置約1 d以上后顏色變黑，但懸浮物較少。

不同污泥調理方案所產生的污泥壓濾液進水水質數據如表2所示，主要污染物指標濃度相近，差異較大的指標為氨氮和pH。其中，共同的主要污染物為氨氮和總氮，總氮中亞硝氮和硝態氮之和小于15 mg/L，主要為氨氮和有機氮。

表2 不同污泥調理方案產生的污泥壓濾液水質Tab.2 Wastewater Quality of Sludge Filter Press Produced by Different Sludge Conditioning Schemes

2.2 混凝沉淀處理效果

方案1污泥壓濾液期間，污泥壓濾液連續裝置中廢水溫度為29.1～30.5 ℃，吹脫進水pH值控制在10.5～11.0，吹脫出水pH值為9.94～10.53。便攜式氨氮檢測儀檢測的污泥壓濾液進水氨氮在1 600～1 900 mg/L，氨氮吹脫塔出水后，氨氮為600～750 mg/L，氧化出水氨氮穩定在5 mg/L以下。各處理段廢水處理效果如圖2所示，進水呈黑色，放置后變成橙色，吹脫出水呈黃色，氧化出水呈淡黃色。污泥壓濾液連續試驗出水水質基本滿足處理目標要求，證明處理工藝可行。進水中懸浮物較多且產生紅色絮體，設置混凝沉淀池去除污泥壓濾液中的懸浮物有利于后續氨氮吹脫過程。

方案2污泥壓濾液期間，污泥壓濾液連續裝置中廢水溫度為23.6～27.0 ℃，由于平均水溫顯著下降，提高吹脫進水pH值至13.0～13.5，且增加脫氮劑投加量，吹脫出水pH值提至11.23～13.32。進水氨氮為2 050～2 400 mg/L，氨氮吹脫塔出水后，氨氮在800～915 mg/L，氧化出水穩定在5 mg/L以下。但氨氮吹脫未達到方案1污泥壓濾液的去除效率(按便攜式氨氮檢測儀計)。進水呈深紅色，吹脫出水呈透明色，氧化出水呈淡黃色。連續試驗過程中，出水氨氮可穩定在處理目標限值以下，出水清澈(圖2)。

圖2 污泥壓濾液不同處理階段Fig.2 Different Stages of Sludge Filter Press Wastewater Treatment

方案3污泥壓濾液期間，污泥壓濾液連續裝置中廢水溫度為22.0～23.5 ℃，平均水溫進一步降低，方案2壓濾液試驗中高pH未能帶來更好的氨氮吹脫效果，將吹脫進水pH值調至11.0～11.5，并增加脫氮劑投加量，吹脫出水pH值為10.5～10.8。進水氨氮為2 050～2 400 mg/L，氨氮吹脫塔出水后，氨氮在650～750 mg/L，氧化出水氨氮穩定在5 mg/L以下。進水呈橙色，放置后變成黑色，吹脫出水呈淡黃色，氧化出水呈透明色(圖2)。氨氮吹脫效果與方案1污泥壓濾液的去除效率相近。

2.3 氨氮吹脫處理效果

本試驗采用的處理工藝中，吹脫是主要的除氨氮單元。通過調節pH、投加脫氮劑、在常溫下以空氣吹脫，去除污泥壓濾液中的大部分氨氮，不同進水水質的處理效果都超過60%。吹脫過程中，以pH為控制參數，向污泥壓濾液投加堿溶液。由于污泥壓濾液連續試驗在室溫下進行，在2020年8月底—10月中的試驗過程中，水溫不斷下降。為保持較高的氨氮吹脫去除效率，低水溫下提高進入吹脫塔的污泥壓濾液pH和脫氮劑的投加量。吹脫法是一種高氨氮廢水的處理方法，具有設備占地小、操作靈活等特點，適合低碳氮比，低臭味的污泥坑壓濾液的氨氮去除，但受溫度、pH、曝氣量等因素影響。利用吹脫助劑進行氨氮吹脫，可有效降低能耗，提高氨氮去除率[2-4]。

在污泥壓濾液中投加20 mg/L吹脫助劑、氣液比為1 500∶1、吹脫時間為3 h、不同pH下比較氨氮吹脫去除效率，本試驗的pH值分別為8.4(原液)、9.0、9.5、10.0、10.5。pH是影響廢水中游離氨的濃度的主要因素之一，pH較高，廢水中的游離氨濃度也較高。由圖3(a)可知，利用吹脫法去除氨氮時，pH對氨氮去除效率影響很大，pH值從10.0升至10.5時，氨氮去除效率有明顯提升，升幅達到近20%，且在pH值為10.5時，氨氮吹脫效率超90%。雖在不同的吹脫溫度下進行氨氮吹脫，但氨氮去除率均在pH值超過10.0后出現明顯提升[2-3]。這表明在常溫條件下，pH值需達到10.5，才能保證廢水中的游離氨離解率達到90%以上。

在投加含量為20 mg/L吹脫助劑、pH值為10.5、吹脫時間為3 h、不同氣液比下，比較氨氮吹脫去除效率。文獻中利用吹脫助劑的氣液比為(600∶1)～(900∶1)[2-4]。本試驗的氣液比設為600∶1、900∶1、1 200∶1、1 500∶1、2 000∶1。由圖3(b)可知，隨氣液比的升高，氨氮去除效率在氣液比超過1 200∶1后出現明顯提升，升幅達20%以上，但氣液比繼續增至2 000∶1時，氨氮去除效率未進一步提升。這表明在氨氮吹脫過程中，氣液比存在最佳值，本試驗最佳氣液為1 500∶1。本試驗在pH和溫度低于文獻值的情況下，以較高的氣液比達到了氨氮的高效去除。

圖3 不同條件下對氨氮去除率的影響 (a)pH值；(b)吹脫氣液比；(c)吹脫助劑Fig.3 Effect of Different Conditions on Removal Rate of Ammonia Nitrogen (a)pH Value; (b)Air-Fluid Ratio; (c)Air Stripping Chemicals

在pH值為10.5、氣液比為1 500∶1、吹脫時間為3 h時，廢水中投加不同濃度的吹脫助劑比較氨氮吹脫去除效率。文獻中吹脫助劑的投加量為5～30 mg/L[2-4]，多數投加量在15～30 mg/L。本試驗的吹脫助劑投加量為0、5、10、20、30 mg/L。由圖3(c)可知，本試驗廢水本身吹脫性能較好，當吹脫助劑的藥劑投加量較小時，吹脫助劑的效果不明顯。當吹脫助劑投加量超過10 mg/L時，吹脫效率提升明顯。但當吹脫助劑藥劑投加量超過20 mg/L后，氨氮去除效率沒有隨之提升。這表明在利用吹脫助劑進行氨氮吹脫過程中，吹脫助劑的投加量存在最佳值，最佳藥劑投加量為20 mg/L。

2.4 氨氮氧化與出水水質

吹脫塔出水剩余氨氮在氧化單元得到有效去除，出水氨氮穩定達到處理要求。不同水質吹脫塔出水氨氮有差異，有效氯成分/氨氮含量在12～15倍，氨氮吹脫塔出水后，氨氮越低，次氯酸鈉用量越少。雖氨氮折點氧化理論需氯量為7.6∶1，但污泥壓濾液中含有機氮及還原性物質，試驗有效氯用量大于理論用量。

由于污泥壓濾液連續試驗采用的次氯酸鈉固體呈酸性，吹脫出水pH在次氯酸鈉溶液中投加不同量的NaOH，保證出水pH達到處理要求。實際應用中采用的成品10%次氯酸鈉溶液，游離含量較高且不同，溶液呈高堿性，以成品10%次氯酸鈉溶液氧化時，pH可能不變或上升。因此，氧化出水pH值會超過9.0，如要達到處理目標要求，吹脫后的污泥壓濾液進行氧化時需用酸溶液回調pH。如果壓濾液出水回流至污水處理廠，可不回調pH，作為污水處理的堿度補充。不同污泥調理方案下的污泥壓濾液連續試驗出水水質報告(表3)顯示出水水質效果良好。但方案1和2的出水水質中，總氮并未達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)中A級水質總氮的限制要求。這說明在實際生產中，試驗裝置需添加額外脫氮單元進行處理，出水水質中的CODCr在400 mg/L左右，完全可作為反硝化碳源使用。污泥壓濾液的出水處理試驗結果也將對污泥調理方案的選取產生重要影響，污泥中污染物的遷移轉化及所產生的壓濾液水質與污泥調理方案密切相關[5]。

表3 不同調理方案污泥壓濾液連續裝置出水水質Tab.3 Quality of Sludge Filter Press Wastewater by Different Sludge Conditioning Schemes

3 結論

白龍港污泥暫存坑產生的高氨氮污泥壓濾液在常溫條件下，采用吹脫法可有效去除廢水中的氨氮，去除效率可達90%以上。由于在常溫、低pH下氨氮吹脫，需采用較高的氣液比，氣液比和吹脫助劑投加量均存在最佳值。與處理目標相比，污泥壓濾液的主要污染物是氨氮。常溫下，混凝沉淀、吹脫和氧化工藝處理可行，出水水質可達到污泥壓濾液處理目標；污泥壓濾液總磷小于處理目標或接近處理目標，在混凝沉淀單元把除磷單元作為備用單元；采用成品10%次氯酸鈉溶液進行氧化時，由于含有較高的堿度，出水pH值會高于9.0，可直接回流至污水處理廠進水端，作為污水處理堿度補充。部分出水總氮未達到納管標準，后續需添加反硝化脫氮處理單元。本研究將為白龍港暫存庫區污泥滲濾液處理工程的設計和運行方案提供重要技術支撐。