南方典型城市水質凈化廠產泥系數影響因素研究

寇曉嬌 李一川 朱佳

摘要：全面系統梳理近幾年南方典型城市水質凈化廠污泥產泥系數，結合分析其宏觀和微觀影響因素，掌握影響因素與產泥系數的關聯理論，并應用該理論對水質凈化廠產泥情況進行個性化診斷評估，提出水質廠污泥精細化管理的對策和建議。

關鍵詞：污泥產泥系數、進水濃度、提質增效、提標改造、處理工藝

Abstract： This paper comprehensively and systematically combs the sludge production coefficient of water purification plants in typical southern cities in recent years， analyzes its macro and micro influencing factors， grasps the correlation theory between influencing factors and sludge production coefficient， applies this theory to carry out personalized diagnosis and evaluation of sludge production in water purification plants， and puts forward countermeasures and suggestions for fine sludge management in water purification plants.

Key Words： Sludge production coefficient， influent concentration， quality and efficiency improvement， standard upgrading transformation and treatment process

1.研究背景

城市水質凈化廠是城市污染減排的重要載體，承擔著城市污染減排的主要任務?！笆濉逼陂g，南方某典型城市以超常規舉措打贏了一場“水污染治理攻堅戰”，按照流域均衡、集散結合、適度超前的原則，對標國內外最高標準，新增污水處理能力285萬噸/日，總能力達到758萬噸/日，其中624萬噸/日出水達到地表水準V類及以上。

在城市水污染治理中，作為污水處理的副產物，污泥的有效處理處置是實現污染減排的關鍵環節，且因其處理難度大、管理相對滯后逐漸成為限制城市發展的新難題。全市治水提質投入了大量人力物力、開拓創新，結合國內外污泥處置技術現狀及發展趨勢，提出了適合實際情況的“廠內深度脫水+焚燒摻燒”技術路線，80%含水率污泥處理量達到6000噸/日。

然而，在城市全力推動經濟發展和基礎設施建設的背景下，區域產業結構不斷優化轉型，全市污水規劃處理規模高達987.5萬噸/日，未來污泥處理處置必然會面臨更高更難的挑戰。污水處理量的增長會直接導致污泥量的增加，但污泥產泥系數持續增長的原因目前尚不清晰，分析其增長原因、識別其影響因素、探索“維持產泥系數穩定或降低產泥系數的”技術手段和管理策略對于未來水污染控制和城市發展具有十分重要的意義。

2.研究目的

城市水質凈化廠是城市污染減排的重要載體，承擔著城市污染減排的主要任務，隨著城市水質凈化廠的數量和規模在不斷增加，作為污水處理的副產物，污泥的有效處理處置是實現污染減排的關鍵環節，且因其處理難、危害大、管理相對滯后逐漸成為限制城市發展的新難題[1]。

本章旨在全面系統梳理近三年全市水質凈化廠污泥產泥系數，結合分析其宏觀和微觀影響因素，包括區域經濟發展和產業結構優化轉型導致的排水源水質水量變化;全面雨污分流、管網提質增效導致的受納污水水質水量變化;水質凈化廠提標拓能導致的廠內工藝、運行和管理模式變化;水質凈化廠進水水質特征和進水水量;水質凈化廠現行工藝和關鍵運行參數等，掌握影響因素與產泥系數的關聯理論，并應用該理論對全市水質凈化廠產泥情況進行個性化診斷評估，以此為基礎，結合國內外污泥減量的先進技術和經驗[2]，提出水質凈化廠污泥精細化管理的對策和建議。

3.研究方法

3.1 資料收集與現場調研

收集相關資料具體包括：

1）水質凈化廠運行規模、位置、運營模式、進出水水質、水量及運行工藝參數、污泥產量、污泥處置工藝及參數、運營管理模式等相關資料;

2）近三年全市各區、各流域產業發展情況及人口、經濟等社會人文要素;

3）近三年全市各區、各流域、各水質凈化廠污水收集系統提質增效及水質凈化廠提標拓能工作開展情況。

通過資料收集與現場調研摸清水質凈化廠運行狀況，了解污泥處置方法及管理模式，掌握產泥系數的變化規律，為后續研究工作做好數據支撐。

3.2 文獻調研

針對水質凈化廠污水處理工藝、水質水量、產泥系數影響因素等特點開展國內外文獻調研[3]，汲取國內外先進的技術和經驗，結合本市實際情況開展分析，為水質凈化廠提出針對性的指導意見。

3.3 對比分析

分區域、流域、模式、規模、標準、工藝等對主要水質凈化廠歷年來的產泥系數進行系統分析，將水質凈化廠按照片區、不同管理模式、不同規模、不同工藝進行劃分，針對每種劃分研究其產泥系數的變化原因。

3.4 實例驗證

選擇典型水質凈化廠開展實例研究，驗證影響因素和影響規律，同時結合其產泥現狀評估其控制產泥系數的可行技術管理途徑。

4.研究內容

4.1全市水質凈化廠產泥系數分布規律研究

收集近五年年全市水質凈化廠產泥數據，對其進行系統梳理，明確各水質凈化廠產泥情況，形成全市水質凈化廠產泥系數表;分析五年內各廠產泥系數變化規律，對水質凈化廠產泥系數上升、維持穩定和下降進行劃分;按流域和區域分別統計分析水質凈化廠產泥情況，研究水質凈化廠產泥系數的流域和區域分布特征。

梳理全市污泥管理系統、管理機制和管理模式，繪制全市污泥產、匯路線圖，為全市污泥統籌管理提供基礎支撐。

4.2水質凈化廠產泥系數影響因素研究

4.2.1微觀影響因素比較研究

從技術角度，結合五年全市水質凈化廠進出水水質、工藝、運行參數等數據，選擇典型水質凈化廠，系統分析進水水質特征，如COD、BOD、SS、TP、TN濃度、B/C比、C/N比、COD/SS比值等;出水水質標準，如一級A、準V類、準IV類、IV類等;核心處理工藝;關鍵運行參數，如污泥濃度、污泥齡、污泥回流比等對產泥系數的影響，形成定量理論體系。

4.2.1.1進水濃度對產泥系數的影響

水質凈化廠的進水濃度與產泥系數相關性較大，呈現正相關模式，進水濃度與產泥系數的峰值具有相似的波動性。

BOD、COD、SS的濃度變化對產泥系數均有影響，其中BOD為主要影響。污水處理過程中，進水懸浮固體SS和生化需氧量BOD對污泥產量具有一定的影響。大部分懸浮固體SS通過吸附或沉淀作用產生污泥，有機物BOD被水中微生物攝取后，約2/3發生合成代謝，產生剩余污泥。

進水濃度BOD差值與絕干污泥系數差值的比值，得到BOD與產泥系數相關性，求比值公式如下：

由上述可得，不同的污水處理廠進水BOD濃度不同，對產泥系數的影響也不同，根據水質凈化廠平均每月產生的污泥量，廠的規模越小，受進水濃度的影響就越大，比值也越大，反之則越小。

4.2.1.2工藝對產泥系數的影響

本市水質凈化廠所運用的污水處理工藝通常為A2O、AO、BAF、CASS、SBR、MBBR等，其中，A2O工藝[4]又細分為A2O、改良A2O、A2O+MBR、多段A2O、多模式A2O、強化脫氮改良A2O等。

從源頭上降低剩余污泥產量的各種污泥減量技術已成為廢水生物處理研究的熱點和發展方向，目前我們主要針對污水生物處理方法過程中減少污泥產量，同時污泥脫水是污泥減量的主要手段，直接影響到后續污泥處理處置。

式中：

Y——產泥系數

Q——流量，m3/h

Sa——進水BOD濃度，mg/L

Sc——出水BOD濃度，mg/L

Xv——MLVSS即混合液揮發性懸浮固體濃度，g/L

V——生物池容量，m3

Kd——削減系數

△X——排泥量，t

可將上述公式轉換成產泥系數公式為 ，即產泥系數是泥水比。也可將MLSS看作是微生物（細菌）密度，即為出泥情況，BOD為水質水量情況。在水量不變的情況下，工藝改變導致微生物濃度改變，MLSS密度隨之改變，產泥系數也就會受此影響。微生物濃度越高，MLSS密度就會越大，排泥量也會增多，產泥系數就會隨之上升，反之則下降。

4.2.1.3藥劑投加對產泥系數的影響

國家和地方現行的城鎮污水處理廠污水排放標準和再生水利用水質標準均對污水處理廠出水的氮磷含量有嚴格要求。目前，由于地下水滲入或者雨污混接等原因，不少污水廠的進水中有機物濃度偏低，因此需要添加化學物質以保證脫氮除磷系統的正常運行。

加藥調理是通過和向污泥中投加混凝劑、絮凝劑等使污泥凝聚，提高脫水性能。污泥脫水劑一般分為有機絮凝劑和無機絮凝劑，有機絮凝劑為聚丙烯酰胺（PAM），無機絮凝劑主要分為兩大類：鐵鹽和鋁鹽。鐵鹽主要包括：高分子鐵鹽、氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵（PFS）、三氯化鐵（FeCl3.6H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4.7H2O）等，鋁鹽主要包括：硫酸鋁、三氯化鋁、堿式氯化鋁、聚合氯化鋁（PAC）等。

①PAFC，即為聚合氯化鋁鐵，其是由鋁鹽和鐵鹽混凝水解而成一種無機高分子混凝劑，其水解速度快。

②PAM，即為聚丙烯酰胺，是一種線型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中應用量為廣泛的品種之一。

③PAC，即為聚合氯化鋁，是一種無機物，一種新興凈水材料、無機高分子混凝劑，而且其噴霧干燥穩定性好，適應水域寬，水解速度快，吸附能力強。但是和聚丙烯酰胺相比，其沉降效果遠不如聚丙烯酰胺。

④FeSO4，鐵鹽在生活污水處理的作用主要有兩點：第一是用作除磷，鐵離子與水中的磷生成磷酸鐵沉淀，然后通過排泥排出;第二是用作預處理中的混凝劑，降低水中懸浮物。

4.2.2宏觀影響因素比較研究

將水質凈化廠按流域或區域進行劃分，選擇典型水質凈化廠，研究流域或區域產業結構、經濟發展、人口結構等社會人文因素對污水水質水量的影響，并進一步結合這一影響探討上述因素與產泥系數的關系。

同時，梳理全市各區域污水管網提質增效工作進展，具體包括但不限于雨污分流進展、清污剝離進展、施工降水整治進展等，結合全區水質凈化廠進廠水質特征，選擇典型水質凈化廠，比較研究該項工作對水質凈化廠產泥系數的影響;

梳理全市水質凈化廠近三年提標拓能工作開展情況，具體包括但不限于工藝升級改造、管理運行優化、處理規模擴增等，結合其產泥系數變化規律，分析該項工作對產泥系數的影響。

最后，按當前污泥處理處置模式對全市水質凈化廠進行劃分，分析研究各模式下水質凈化廠污泥管理的優點和缺點，探討管理模式差異對水質凈化廠運營單位降低產泥系數主觀能動性的影響，并進一步結合產泥系數分布規律予以驗證，如料倉儲存條件、天氣情況、空氣濕度、運輸情況等。

4.3全市水質凈化廠產泥情況評估診斷

基于上述研究結果對全市水質凈化廠進行個性化的評估診斷，分析各廠產泥系數變化規律及其變化原因，并針對性提出降低其產泥系數的可行性策略。

4.4全市水質凈化廠污泥精細化管理對策研究

基于上述研究成果，針對全市水質凈化廠產泥現狀和管理現狀，提出水質凈化廠污泥分區域、分流域、分模式、分規模、分工藝、分標準的精細化管理對策和建議。

5.結論

通過對城市水質凈化廠產泥系數現狀[5]及分布規律的分析，得出產泥系數影響因素識別及其主要影響，為全市水質凈化廠產泥狀況個性化評估診斷及全市水質凈化廠污泥精細化管理提出對策及建議。

參考文獻

[1]陳紅霞，生活污泥處理與處置技術的研究進展，山西化工. 2021，41（01）

[2]于麗明-城鎮污水廠污泥減量措施研究《建筑.建材.裝飾》2020年12期

[3]陳曉光，王碩，聶新宇等--城市污水處理廠污泥產率計算公式探討[J].中國給水排水，2015，（18）.68-72.

[4]高靜，李紅萍，劉國際等--城市污水處理廠A2O工藝污泥產率系數《環境工程學報》2016年6期

[5]王希明--城市污水處理污泥產率系數取值計算與實例驗證《山西建筑》2020年3期

作者簡介：寇曉嬌（1979-），女，本科; 職稱：環境工程中級工程師，研究方向為水處理及環境監測。

通訊作者：朱佳（1965-），女，教授，博士，研究方向為工業廢水低排放技術，地表水生態環境構建與修復

[基金項目] 深圳市科創委2019年度應用示范項目（KJYY20180206180737010; 6020320003K）;廣東省教育廳2019年度工程中心（2019GGCZX007）