污泥濃度升高對(duì)東莞市政污水處理的影響分析

潘明秋

（東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東 東莞 523000）

1 市政污泥處理現(xiàn)狀

目前，市政污水、工業(yè)污泥處置的最大問(wèn)題是污水處理設(shè)備不完善。同時(shí)，在城市污水處理廠使用的處理設(shè)施中，大多數(shù)并未擁有城市污水的處理能力，只能處理城市生活污水，導(dǎo)致在制定生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)方案時(shí)，負(fù)責(zé)人會(huì)忽略城市污水管理方面的費(fèi)用。其次，假如城市主管部門在污水處置方面采取了盲目的污水的措施，就會(huì)導(dǎo)致污水的處置方式不會(huì)很完善。并且由于處理廠設(shè)施限制，導(dǎo)致污水沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)很完美的資源化處置，這樣一來(lái)不但使得其中很多有利資源白白地的浪費(fèi)了，而且還會(huì)造成對(duì)環(huán)境的二次污染。最后，由于政府部門對(duì)污水處置管理工作上的疏忽，使得能接納并處置污水和污泥的處理廠總量不夠，因此也影響了對(duì)市政污水、污泥的有效處置[1]。

目前，全市BOT污水處理廠的生活污泥以特許經(jīng)營(yíng)權(quán)的形式送至東莞市金茂污泥處置有限公司處理，該公司的處理工藝為高壓板框脫水，投加藥劑為：石灰和氯化鐵，處理后含水率為60%。通常情況下，該公司的生活污泥日處理能力為1 400 t/d。從2021年1月～3月，金茂污泥處置有限公司總接收生活污泥為107 393.07 t，平均接收處理污泥約為1 193.26 t/d，全部接收的為BOT污水處理廠污泥。

2 東莞市污泥處置規(guī)劃

2.1 污水處理項(xiàng)目運(yùn)行情況

截至2020年底，東莞市有56座一級(jí)市政生活污水處理項(xiàng)目（其中，BOT污水處理項(xiàng)目35座，市水務(wù)集團(tuán)運(yùn)營(yíng)污水處理項(xiàng)目21座），設(shè)計(jì)總規(guī)模為376萬(wàn)t/d，統(tǒng)計(jì)的日均產(chǎn)泥量為1 668 t/d。其中，BOT污水處理項(xiàng)目規(guī)模為217萬(wàn)t/d，市水務(wù)集團(tuán)運(yùn)營(yíng)污水處理項(xiàng)目規(guī)模為159萬(wàn)t/d。其中，BOT污水處理項(xiàng)目35座，規(guī)模為217萬(wàn)t/d，統(tǒng)計(jì)的日均產(chǎn)泥量為965 t/d（含水率按80%計(jì)算），詳見表1。BOT污水處理項(xiàng)目采用的污水處理主體工藝包括AAO，改良AAO，CASS，氧化溝、MBR、BAF等。市水務(wù)集團(tuán)運(yùn)營(yíng)污水處理項(xiàng)目21座，規(guī)模為159萬(wàn)t/d，統(tǒng)計(jì)的日均產(chǎn)泥量為703 t/d（含水率按80%計(jì)算），詳見表1。污水處理項(xiàng)目主體工藝包括AAO，改良AAO，氧化溝，CASS，MBR等。

表1 2020年污水處理項(xiàng)目及日均產(chǎn)泥量情況表

2.2 污泥產(chǎn)量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年?yáng)|莞市污水處理項(xiàng)目BOD的削減量為9.29萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)17.45%；SS削減量為18.31萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)16.1%。當(dāng)前，由于污水處理廠進(jìn)水濃度增加，污染物削減量增大，2020年均產(chǎn)泥率為4.67 t/萬(wàn)m3，同比增長(zhǎng)率為24.87%。其中，根據(jù)BOT污水處理項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，2021年1～5月平均產(chǎn)泥率為5.04 t/萬(wàn)m3，產(chǎn)泥量平均為1 266 t/d。

2.3 污泥處置情況

2020年?yáng)|莞市生活污水處理廠共處理污泥68萬(wàn)t（約80%含水率），同比增長(zhǎng)28.35%。其中，東莞市金茂污泥處置有限公司（以下簡(jiǎn)稱金茂公司）處理約為48.2萬(wàn)t，市水務(wù)集團(tuán)處理約19.8萬(wàn)t。以上污泥經(jīng)板框壓濾脫水后形成半干化污泥約40萬(wàn)t，全部由市水務(wù)集團(tuán)眾源公司負(fù)責(zé)組織外運(yùn)資源化處置。而金茂公司除每天新接收的污泥外，本部還暫存半干化污泥總量約27萬(wàn)t，市水務(wù)集團(tuán)于2020年11月15日起加大半干化污泥的外運(yùn)力度，每天清運(yùn)量在2 000～3 000 t左右，截至2021年3月初，已清運(yùn)約14.7萬(wàn)t。目前，已基本完成庫(kù)存半干化污泥的清運(yùn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了半干化污泥日產(chǎn)日清，同時(shí)減少了臭氣擾民的現(xiàn)象。

3 污泥濃度對(duì)污水處理能力的影響

市政污水處理廠在處理生活污水時(shí)大多使用生態(tài)法，也就是運(yùn)用細(xì)菌的代謝功能，使水中呈現(xiàn)溶解性或膠體狀態(tài)的有機(jī)物，同時(shí)將其分解氧化為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)化合物，以達(dá)到凈化污染物的目的。通常，最常見的生態(tài)法即為生物活性污泥法。而污泥濃度是反映微生物數(shù)量的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，直接關(guān)系著污泥的處置效果。同時(shí)，影響污泥濃度的因素很多，如進(jìn)水濃度，DO值，污泥回流比，排泥頻率，有毒有害物質(zhì)等。一般情況下，若污水處理廠的污泥濃度過(guò)低，可通過(guò)投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、控制DO值，加大污泥回流比，減少排泥次數(shù)等來(lái)提高污泥濃度，從而提高污水的處理效果。因此，從某種意義上說(shuō)，高濃度的污泥有助于系統(tǒng)對(duì)污染物的去除[2-3]。

3.1 東莞市污泥濃度升高對(duì)污水處理的影響

東莞市污泥處置長(zhǎng)期存在污泥處置能力與污水處理廠的產(chǎn)泥量不匹配的情況，如污水處理廠無(wú)備用泥斗等問(wèn)題，導(dǎo)致污水處理廠排泥不及時(shí)，污泥處于高濃度運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)污水處理廠實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果表明：在污泥高濃度（實(shí)際運(yùn)行污泥濃度是設(shè)計(jì)值的2～3倍）連續(xù)運(yùn)行600 d的情況下，污水處理廠出水中的COD、NH3、TN、TP的濃度可分別達(dá)到：14 mg/L、0.43 mg/L、6.37 mg/L和0.25 mg/L。此外，高濃度的污泥可增強(qiáng)系統(tǒng)抗低溫、進(jìn)水負(fù)荷抗沖擊的能力，并且聯(lián)合后置缺氧段強(qiáng)化了系統(tǒng)的內(nèi)源反硝化。如塘廈白泥湖污水處理廠，在停止運(yùn)營(yíng)前曾經(jīng)長(zhǎng)期高污泥濃度運(yùn)行，污泥濃度大部分時(shí)間保持在9 000 mg/L以上，其出水水質(zhì)一直穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且優(yōu)于其他生活污水處理廠的出水。但長(zhǎng)時(shí)間的污泥高濃度運(yùn)行可能造成污泥老化、膨脹，好氧池有效容積減小、微生物個(gè)體活性降低等負(fù)面影響。因此，在污泥高濃度的運(yùn)行下，要保持正常的處理能力，必須要進(jìn)一步提高運(yùn)營(yíng)管理能力，并采取適當(dāng)?shù)拇胧p少污泥老化、膨脹帶來(lái)的負(fù)面影響。目前，從東莞市BOT污泥高濃度運(yùn)行的污水處理廠來(lái)看，負(fù)荷率均大于100%，有三分之一達(dá)到了130%。截至目前，東莞市還未出現(xiàn)因污泥高濃度運(yùn)行而造成污水處理廠減產(chǎn)的案例，但污泥高濃度運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，還是要加強(qiáng)管理，如發(fā)現(xiàn)苗頭要及時(shí)實(shí)施壓泥清運(yùn)等措施，以控制污泥濃度。

3.2 最大污泥濃度限值分析

污泥濃度（MLSS）是反應(yīng)池處理效果好壞的重要因素，也是優(yōu)化反應(yīng)池正常運(yùn)行的一項(xiàng)重要控制參數(shù)，且直接決定著單位體積反應(yīng)池中活性污泥的微生物數(shù)量。理論上，反應(yīng)池混合液中的MLSS數(shù)量越高，反應(yīng)池中聚磷菌和反硝化細(xì)菌的數(shù)量就越多，脫氮除磷效果越好，但太高則會(huì)引發(fā)污泥膨脹，導(dǎo)致剩余污泥較多，污泥處理成本升高等一系列的問(wèn)題；而MLSS過(guò)低，單位體積反應(yīng)池內(nèi)的微生物數(shù)量就越低，則導(dǎo)致生物處理效果不理想。因此，污泥濃度應(yīng)維持在一定的范圍內(nèi)[4]。

國(guó)內(nèi)外活性污泥法的污泥濃度一般在控制在3 500～5 000 mg/L。從設(shè)計(jì)角度看，根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2016），活性污泥法的污泥濃度大部分在2 500～4 500 mg/L，最高不超過(guò)6 000 mg/L。活性污泥法的污泥濃度范圍詳見表2。

表2 活性污泥法的污泥濃度范圍

根據(jù)東莞市市政污水處理廠的歷年運(yùn)營(yíng)情況，因末端污泥處置問(wèn)題未妥善解決，部分污水處理廠的污泥濃度即使維持在7 000～8 000 mg/L，也未對(duì)污水處理廠的正常運(yùn)營(yíng)造成本質(zhì)影響。

綜上所述，結(jié)合工程設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究及東莞市實(shí)際情況，建議污泥高濃度運(yùn)行的BOT污水處理項(xiàng)目，將污泥濃度保持在6 000 mg/L以下較為穩(wěn)妥。

4 影響污泥濃度提升的原因及風(fēng)險(xiǎn)

4.1 影響污泥濃度提升的原因

4.1.1 曝氣過(guò)度，溶解氧值控制過(guò)高

曝氣過(guò)度對(duì)活性污泥含量的增加有負(fù)面影響，主要體現(xiàn)在活性污泥提升的過(guò)程中，生成的游離細(xì)菌極易被過(guò)度的曝氣而氧化，這會(huì)導(dǎo)致活性污泥的含量無(wú)法逐步增加。因此，為了保證合適的曝氣量，要求作業(yè)技術(shù)人員要定期地加以核實(shí)，且曝氣效果也是整個(gè)生化池區(qū)域內(nèi)的溶解氧值。

4.1.2 營(yíng)養(yǎng)劑投加不足

投加營(yíng)養(yǎng)添加劑，對(duì)于活性污泥化培菌工藝和產(chǎn)品車間正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是十分關(guān)鍵的。因?yàn)椋瑺I(yíng)養(yǎng)作為細(xì)菌的必要構(gòu)成元素是一定不可缺少的，不然，會(huì)極大遏制最基本的細(xì)菌膠團(tuán)形成。而當(dāng)增加了活性污泥含量的時(shí)候，就必須合理加大營(yíng)養(yǎng)劑的投入額，不然會(huì)導(dǎo)致投加不夠的現(xiàn)象出現(xiàn)，這時(shí)就會(huì)對(duì)活性污泥的正常功能代謝形成危害。

4.1.3 進(jìn)水底物濃度太低

通常，活性污泥的生長(zhǎng)和增殖所需要的主要能源都來(lái)自于污水中和廢水中的有機(jī)質(zhì)，因此，有機(jī)質(zhì)的濃度就決定了支撐一個(gè)多大群落的活性污泥總量。正是這一基本原理，相關(guān)技術(shù)人員才了解活性污泥的濃度并不能盲目提高，因?yàn)槠鋾?huì)受到基質(zhì)含量濃度的影響。所以，在需要增加活性污泥的含量時(shí)，還要明白為什么要增加傳統(tǒng)活性污泥法的含量，不能若無(wú)目的地提高活性污泥含量。這主要是因?yàn)椋?dāng)活性污泥的含量保持在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，此時(shí)就會(huì)與入水基質(zhì)的含量相同。但若漫無(wú)目的地增加活性污泥的含量，基質(zhì)濃度可能無(wú)法跟上，就會(huì)導(dǎo)致活性污泥的含量無(wú)法增加[5]。

同時(shí)，若在長(zhǎng)期不排出污水的狀況下提高活性污泥含量，活性污泥就會(huì)步入老化階段，進(jìn)而會(huì)減少其含量。所以，如果必須增加活性污泥的含量，就要在恒定底物含量的條件下，使活性污泥法的含量保持在某個(gè)高點(diǎn)，就是其峰值限制。但要突破這種峰值極限，就必須增加新的基質(zhì)含量，并提高活性污泥含量。

4.1.4 含有過(guò)量的有毒或抑制類物質(zhì)

在活性污泥正常生長(zhǎng)的過(guò)程中，難降解的生物以及有毒的化學(xué)物質(zhì)的進(jìn)入對(duì)其有重要影響。基于這樣的狀況必須要減少這種毒性物質(zhì)的排入，要及時(shí)對(duì)積聚在活性污泥內(nèi)的有毒或惰性物質(zhì)利用排泥的方式進(jìn)行清除，但不能通過(guò)降低排泥量來(lái)增加活性污泥的含量。此外，提高停留時(shí)間也是處理惰性物和難降解有機(jī)物的主要方式，這是因?yàn)樵S多難降解物如苯類化合物、印染廢水的染料等都必須增加在整個(gè)生化體系中的停留時(shí)間，方可較為徹底的對(duì)其加以處置。

4.2 污泥高濃度運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

提高污泥濃度，可使污泥中存在的微生物數(shù)量隨之不斷增加，但因有機(jī)物總量基本保持不變，當(dāng)微生物的數(shù)量不斷增多時(shí)，彼此之間必然會(huì)因?yàn)槭澄锒霈F(xiàn)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。而當(dāng)微生物的數(shù)量處于飽和狀態(tài)后，若污泥濃度仍然繼續(xù)增加，不但不能使微生物的數(shù)量持續(xù)增加，相反還會(huì)使大量的微生物相繼死亡，引起污泥膨脹，就會(huì)對(duì)活性污泥法的沉淀特性產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。因?yàn)槲勰嗯蛎洉?huì)抑制二沉池中泥水分離的功效，而在二沉池中未經(jīng)沉降析出的回流污水又易隨制水流失，而大量活性污泥的流失會(huì)導(dǎo)致出水處含有大量淤泥而渾濁，導(dǎo)致出水的懸浮液指標(biāo)超標(biāo)。另外，由于膨脹污泥的分子結(jié)構(gòu)比較松散，導(dǎo)致二沉池中的污水沉淀效果不佳，而若沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幹茫瑒t回流至曝氣池中活性污泥的含量也相應(yīng)減少，造成有機(jī)質(zhì)的吸收和生物分解能力減弱，從而也就無(wú)法達(dá)到污水處理的要求[6]。

5 污水處理效果及成本影響

5.1 污水處理效果

活性污泥法是通過(guò)微生物的代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細(xì)懸浮狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無(wú)害的物質(zhì)。因此，在一定程度上，污泥濃度升高有助于有機(jī)物的去除，即高濃度的污泥可增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗低溫、進(jìn)水負(fù)荷沖擊的能力。在污水處理廠提標(biāo)改造中，有學(xué)者研究通過(guò)提高污泥濃度來(lái)提高污水出水水質(zhì)。一系列實(shí)例證明，污泥濃度的適當(dāng)提高有助于有機(jī)物的去除[7-8]。但污泥濃度也不能太高，太高的污泥濃度會(huì)打破生化系統(tǒng)脫氮除磷等動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，正常排泥也是保持系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素之一，所以，不能盲目追求污泥的高濃度而長(zhǎng)期不排泥。因此，污泥要維持一定的濃度，并正常排泥。需要注意是，污泥高濃度運(yùn)行，但也要保持污泥的活性，仍要保持及時(shí)排泥，避免死泥的累積，影響污水處理效果與好氧池容積。

5.2 運(yùn)營(yíng)成本影響

污泥高濃度運(yùn)行，微生物的數(shù)量增加，耗氧量也隨之增加，為保證好氧池的溶解氧濃度，需要增大曝氣量，否則可能導(dǎo)致污泥老化，水的SS上升，增加了污水處理廠的運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，這也對(duì)污水處理廠的運(yùn)行管理提出了更高的要求。

6 對(duì)東莞市政污水處理的建議

目前，以東莞市污水處理項(xiàng)目中污泥的產(chǎn)生、處置情況及未來(lái)的規(guī)劃為基礎(chǔ)，再結(jié)合近年來(lái)東莞市污水處理項(xiàng)目的運(yùn)行情況，污泥高濃度運(yùn)行的情況正逐漸改善，趨勢(shì)逐漸向好，并逐漸恢復(fù)到正常的污泥濃度范圍。因此，污泥高濃度運(yùn)行所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)總體可控。污水處理廠污泥濃度建議保持在6 000 mg/L以下。

6.1 加強(qiáng)污水處理廠的運(yùn)營(yíng)監(jiān)督管理

要保障污水處理廠的正常運(yùn)營(yíng)，必須要加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)監(jiān)督管理工作，以減少和防止因人為因素造成的非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。一是污水處理廠需提升運(yùn)營(yíng)管理水平，增加應(yīng)對(duì)負(fù)荷沖擊的能力，減少在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)不合理添加各種藥劑的情況；二是針對(duì)個(gè)別污水處理廠出泥能力不足的情況，盡快要求其增加設(shè)施，提升污泥出泥能力；三是健全進(jìn)水異常情況反饋機(jī)制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)水異常時(shí)要及時(shí)反饋、及時(shí)排查處理。

6.2 污泥處理穩(wěn)定化

在污水處理廠運(yùn)行過(guò)程中，只有使污水處于平衡狀態(tài),才能合理降解污水中的各類有機(jī)物微生物，減少污泥的含水率，保證污水濃度處于一種比較穩(wěn)定的狀況，同時(shí)，也減少了污水中的病原體和細(xì)菌等有害物質(zhì)，降低了污水的臭味程度。因此，為了使廢水成分處于平衡狀態(tài)，可以選擇加入各種高效的化工制劑，甚至可以使用厭氧消化狀態(tài)工藝等，從而促使污水中的細(xì)菌被降解消除，避免污水在處理中發(fā)生重復(fù)排污的情況[9]。

6.3 污泥處理減量化

在BOT污水處理廠對(duì)其污泥脫水間進(jìn)行改造時(shí)，是由現(xiàn)狀的帶式脫水改為板框脫水。目前，國(guó)內(nèi)已有很多成熟可靠的板框壓濾脫水技術(shù)，不僅處理效果好，而且機(jī)械模塊化程度還高，維修簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了出廠污泥含水率在60%左右。水務(wù)集團(tuán)對(duì)萬(wàn)江、溫塘等污水處理廠進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)（滿負(fù)荷試驗(yàn)），通過(guò)投產(chǎn)之后對(duì)四個(gè)技術(shù)的脫水效果、建設(shè)成本、直接運(yùn)行成本、占地面積、環(huán)境影響、污泥增量、污泥熱值影響來(lái)篩選合理的技術(shù)和設(shè)備。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，其完全能滿足設(shè)計(jì)要求的含水率，含水率可實(shí)現(xiàn)最低50%的要求。

6.4 污泥再利用

污泥在經(jīng)過(guò)燃燒后，剩下的灰質(zhì)物可以制作成各種添加劑，比如說(shuō)污泥陶粒、污泥砂以及污泥礫石等多種建筑材料。而且，還可以與建筑垃圾破碎混合，加入水泥攪拌，制成氣泡水泥磚，該產(chǎn)品是一種輕質(zhì)隔熱、節(jié)能環(huán)保、抗壓抗震的新型墻體材料。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由污泥燃燒剩余物質(zhì)所制造而成的建筑用磚、水泥等，質(zhì)量并不亞于一般的建筑用磚、水泥。另外，由于污泥中含有或多或少的重金屬，重金屬經(jīng)過(guò)燃燒會(huì)固定在污泥建筑材料中。而生活污泥中還存在著相當(dāng)多的細(xì)菌蛋白質(zhì)，因此，能夠使用這種細(xì)菌蛋白質(zhì)制成膠合生化纖維板，甚至是生物蛋白塑料等。同時(shí)，還可以把污泥餅底制作為阻礙材料，主要為了防止填埋的污染物出現(xiàn)遷移問(wèn)題。因?yàn)槲勰嗟谆医?jīng)擠壓后，其剪切強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于壓實(shí)粘土，所以，經(jīng)過(guò)壓實(shí)的污泥底灰能夠在斜坡上維持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié)語(yǔ)

BOT污水處理廠目前主要采用的帶式脫水機(jī)、無(wú)相應(yīng)的存泥空間，再加上金茂公司拉泥不及時(shí)，使污水處理廠無(wú)法排泥，導(dǎo)致生化系統(tǒng)污泥升高。到2021年4～6月，東莞市污泥高濃度運(yùn)行BOT污水處理項(xiàng)目受其他因素干擾相對(duì)較少，基本能反映未來(lái)常態(tài)運(yùn)行狀況，因此，以4～6月污泥濃度數(shù)據(jù)，采用多項(xiàng)式擬合，對(duì)未來(lái)東莞市污泥高濃度運(yùn)行BOT污水處理項(xiàng)目污泥濃度情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)。基于此，本文在分析了污泥濃度升高對(duì)污水處理影響的同時(shí)，也探究了一些解決方案及措施，促使在今后的污水處理工藝中合理提高或減少污泥濃度，從而進(jìn)一步提升污水處理技術(shù)。