城镇污水处理厂污泥量的影响因素研究

城镇污水处理厂污泥量的影响因素研究

谭田立

株洲市城市排水有限公司

摘  要：城镇污水处理厂污泥的处理成本大，是城镇污水处理的一个大难题。本研究通过对南方A、B两座城镇污水处理厂污泥产生量的影响因素进行研究，分析2021年进水水质、生化系统污泥浓度、污泥药剂这3个单因素对污泥量的影响，试图建立城镇污水处理厂的污泥量与各因子的定量关系，为预测污泥的最终产生量提供依据，从而更高效地调度污泥的处理处置资源。

关键词：城镇污泥  进水水质 污泥浓度  污泥脱水  板框压滤 

Study on the factors of sludge in urban sewage treatment plant

Abstract: The treatment cost of sludge in urban sewage treatment plant is large, which is a big problem of urban sewage treatment.This study studies the influencing factors of sludge production in the south A and B urban sewage treatment plants, analyzes the water quality, sludge concentration and sludge agent in 2021, and tries to establish the quantitative relationship between the sludge quantity and the factors to predict the final production of sludge, so as to schedule the sludge treatment and disposal resources more efficiently. Key words: Urban sludge; Water quality ;Sludge concentration; Sludge dewatering ;Plate frame filter

随着城市建设的日益完善和人民生活水平的同步提高，各地污水处理厂的建设，水污染治理的能力不断加大，污泥产量也越来越多，污泥的处理处置己成为环境综合治理工作中的新难点、新挑战。2021年6月，国家发展改革委联合住房城乡建设部印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》中对污泥的处理也提出了更高的要求。城镇生活污水污泥的处理处置应遵循减量化、稳定化、无害化、资源化的原则。目前，各地普遍“重水轻泥”，污泥无害化处置还不规范，资源化利用水平较低。城镇污水处理厂污泥的处理成本大，是城镇污水处理的一个大难题。本研究通过对南方A、B两座城镇污水处理厂污泥产生量的影响因素进行研究，分析2021年进水水质、生化系统污泥浓度、污泥药剂这3个单因素对污泥量的影响，试图建立城镇污水处理厂的污泥量与各因子的定量关系，为预测污泥的最终产生量提供依据，从而更高效地调度污泥的处理处置资源。

两座污水处理厂工艺简介：

A污水处理厂（以下简称A厂）：设计水量8x10*m3/d，主要处理城区生活污水，污水处理工艺：污水→粗格栅→污水提升泵站→细格栅→曝气沉砂池→微曝氧化沟（A2/O）→二沉池→中间提升泵站→折板絮凝池→滤布滤池→紫外光消毒池→出水提升泵站→达标排放

污泥处理工艺：污泥泵房→污泥浓缩池→污泥调理池→贮泥池→深度脱水机房（板框压滤）→污泥外运

B污水处理厂（以下简称B厂）：设计水量2.5x10*m3/d,主要处理城区生活污水，污水处理工艺：污水→粗格栅→进水泵房→细格栅→旋流沉砂池→微曝氧化沟→二沉池→中间提升泵站→连续活性砂滤池→紫外光消毒池→出水计量井→出水泵房→达标排放

污泥处理工艺：污泥泵房→污泥浓缩池→污泥调理池→储泥池→深度脱水机房（板框压滤）→污泥外运

A、B两厂污水、污泥核心处理工艺基本相同，污水处理均采用目前最为成熟的微曝氧化沟（A2/O），但A厂的污水处理规模是B厂的3.2倍，故A厂的微曝氧化沟有两条生化池（1#、2#），通过AB量厂数据的对比，可以体现规模效应对污泥产量带来的影响，污泥处理均都采用常温下高效脱水的板框压滤工艺，剩余污泥压滤后污泥含水率≤50%

1、进水水质对污泥量的影响

城镇污水处理过程能将污水里的可溶和非溶解性杂质去除，从而净化污水，这些杂质就是污水厂污泥产生的根源。这就决定了城镇污水厂的污泥产生量由进水水质决定，生活污水进入污水处理厂，经过初级预处理（粗细格栅、曝气沉砂池），除去水中的飘浮物和砂粒，SS降低50~60%左右，BOD5相应降低20~ 30%，该阶段产生少量杂质污泥。污水处理厂的二级处理阶段（氧化沟、二沉池），活性微生物在氧化沟经过一系列反应，形成大量的活性污泥絮体，去除了污水中50~80%左右的污染物质，在二沉池进行泥水分离，沉降下来的污泥一部分回流至氧化沟参与下次反应，一部分进入污泥泵房进行脱水。

对AB两厂2021年处理进水COD、BOD、SS削减量数据进行整理，形成与污泥量的关系图：

图1-1 A污水处理厂进水水质与污泥量关系 

图1-2 B污水处理厂进水水质与污泥量关系

从图表可以看出来：AB两座污水处理厂的污泥产量高峰分别出现在6月份（1110.11吨）和1月份（459.12吨），A厂的峰值是B厂的2.4倍；污泥产量最低值分别出现在11月（128.86 吨）和4月份（122.78吨），相差不大；全年污泥产量均值分别为517.66吨和266.63吨，，A厂的峰值是B厂的1.94倍，明显小于规模比3.2。

两厂COD、BOD、SS削减量指标全年趋势稳定，上半年略高于下半年，是因上半年处理水量大于下半年所致。COD、BOD、SS削减量变化趋势一致，同时出现最高值与最低值，进水浓度越高污泥量也越高，其中对污泥产量影响也大趋势一致，成正比例关系。

 A污水厂6月份和B污水厂5月份的污泥量有个突然升高(B厂1月份的峰值是上年度积累的污泥导致，分析时去除)，说明入夏以来温度适宜，活性污泥繁殖加快，系统里有大量的剩余污泥，每年污泥处置压力最大的是5-6月份，之后污泥产量出现回落。大部分污泥量处于COD、BOD、SS削减量和之间，但有一个滞后。全年污泥产量与COD、BOD、SS削减量和大致吻合，其原因为COD一部分为溶解性物质溶解于水中，另一部分不溶解物质包含于SS中，同时一部分物质与BOD一起在微生物新陈代谢过程中以能量的形势消耗掉。按照物料守恒的原理，污泥产生量≈COD、BOD、SS削减量之和（及TP、TN削减量和）+药剂量。

2、生化系统活性污泥浓度对污泥量的影响

按照物料守恒的原理，还应考虑到生化池污泥浓度的变化，当研究基本以一年时间为时间段进行研究因此对整体数据影响较小。在实际应用中尤其短期内的产泥量进行研究中，如一个月的时间段的产泥量，则应将生化池污泥浓度的变化量进行相应的计算。A、B两厂运行多年，工艺稳定，且南方全年大部分月份温度适宜（除去12月、1月低温），大量活性污泥是在氧化沟内产生，各项工艺运行参数严格执行《工艺操作手册》，污泥生化性能好，沉降性能好。微曝氧化沟（A2/O）工艺所产生的剩余污泥量根据系统泥龄的不同，一般增加约3%~ 10%左右。系统泥龄越短，增加的污泥量越多。在活性污泥工艺中，为维持生化反应系统的稳定，每天需不断有剩余污泥排出。6月份污泥在全年中属于泥量较大的月份，A厂6月份日均产生污泥63.63吨，B厂6月份日均产生污泥7.96吨，可以放大生化系统污泥浓度对污泥产量的影响，整理分析了6月份A、B污水处理厂生化系统污泥浓度曲线变化，对应6月份AB厂污泥的产量变化。

图2-1  6月份A、B污水处理厂生化系统污泥浓度曲线

图2-2  6月份A、B污水处理厂污泥量日数据

A厂1#2#氧化沟好氧区工艺控制污泥浓度范围值1500-3000（mg/L），6月份上旬中旬都在工艺控制范围内，下旬污泥浓度略有升高，采取调整回流，增加排泥措施降低污泥浓度。B厂氧化沟好氧区工艺控制污泥浓度范围值2000-2500（mg/L），全月趋势稳定，走势平稳。同时，AB厂污泥量日数据也同步于氧化沟污泥浓度趋势，中下旬污泥量升高。根据经验，加大排泥，污泥量增加，污泥量的变化跟随氧化沟污泥浓度变化，A厂23日污泥浓度达到峰值，24日污泥量达到峰值，相差1天；B厂19日污泥浓度达到峰值，19日之后连续多天出泥，而上半月15天中有9天未产泥。当氧化沟污泥浓度升高时，污泥脱水车间就要提前做好准备，进行污泥脱水。

3、污泥脱水情况对污泥产生量的影响

AB两厂均采用常温下高效脱水的板框压滤工艺，通过投加污泥调理剂，破坏污泥胶态结构，降低泥水亲和力，提高污泥滤水性，调理后的污泥再经常温深度脱水机压滤压榨，完成污泥常温深度脱水，污泥含水率由85%降至50%以下，污泥体积缩小了70%以上。干泥运转至水泥厂，利用水泥窑炉资源处置（即城镇污泥水泥窑协同处置），污泥在水泥窑中高温条件下完全燃烧，焚烧产物经固化最终进入水泥熟料中，从而达到水泥的安全处置。

污泥深度脱水对污泥量的影响很大，污泥含水率越低，泥量会减少。在正常的运行参数下，脱水药剂的投加量和污泥脱水后含水率存在一定关系，加药将降低污泥的含水率，同时污泥量也随加药量增加而增加。整理了2021年污泥量与脱水药剂投加量的数据并绘制曲线，试图找到泥量最小时的药剂投加量（即药剂单耗最小）。

表1：A、B厂污泥脱水工艺主要设计参数：

图3-1  A污水处理厂药剂用量与泥量关系

图3-2  B 污水处理厂药剂用量与泥量关系

从图3-1显示，A厂药剂用量在21.49-195.39吨之间，药剂单耗在154.11-290.27(kg/t泥饼)之间，全年药剂单耗为187.7(kg/t泥饼)，药剂量占污泥比18.67%；药剂单耗最低值出现在6月份，当月污泥全年产量最大，药剂量占污泥比15.41%，占比率同为全年最低。

从图3-2显示，B厂药剂用量在14.04-78.24吨之间，药剂单耗在102.09-170.41(kg/t泥饼)之间，全年药剂单耗为129.14(kg/t泥饼)，药剂量占污泥比12.91%；最低值出现在3月份，次月（4月份）污泥全年产量最大，3月药剂量占污泥比10.2%，占比率同为全年最低。

AB两厂污泥脱水核心工艺相同，使用药剂为同一品种，由同一供货商提供，B厂脱水药剂单耗明显低于A厂，低30.83%，B厂全年药剂单耗波动较小（170.41/102.09=1.67），趋于稳定，和B厂进水水质稳定密切相关。A厂药剂单耗波动较大(290.27/154.11=1.88)，和A厂进水水质波动相关。

4、其他影响因素

污水处理厂产生的干泥量是在多因素影响下共同作用的结果，除前面讨论的进水水质、生化系统污泥浓度、污泥脱水情况等因素的影响，还和污泥外运处置过程的运输单位、水泥厂的运行情况相关，当运输单位和水泥厂的接受干泥量受限时，污泥将堆放在污水厂的污泥贮存场所，为了减少污泥量，污水厂也会采取加大生化系统污泥回流比的方式增加污泥浓度，使产泥量减少。

5、分析及结论：

城市污水处理工艺中，污泥量为初沉污泥与剩余污泥之和，剩余污泥量计算方法基本是围绕污泥的组成而定，按照物料守恒的原理，还应考虑到生化池污泥浓度的变化。由于污泥含水量很高，体积大，且呈流动性，经过脱水后，可使污泥体积减至原来的十几分之一，且由液态转变成固态。

污泥产生量=水质削减量+药剂投加=剩余污泥排泥量-脱水

5.1进水水质对污泥量的影响

污泥在污水处理过程中进水浓度越高污微生物生长量就越高，污泥量也越高。其中COD、BOD、SS指标对污泥产量影响较大，AB两厂COD、BOD、SS削减量指标全年趋势稳定，全年污泥产量与COD、BOD、SS削减量和大致吻合。

5.2生化系统活性污泥浓度对污泥量的影响

氧化沟污泥浓度升高时，需要加大排泥，污泥量增加，剩余污泥量的变化跟随氧化沟污泥浓度变化。污泥脱水车间就要提前做好准备，进行污泥脱水。

5.3污泥脱水情况对污泥产生量的影响

泥饼含水率的高低直接影响了泥饼产量的高低，泥饼含水率越高泥饼量就越高。AB厂均为成熟稳定的板框压滤工艺给污泥脱水，脱水后污泥含水率≤50%，现场实际检测值在45-47%之间，板框压滤机运行状态良好，达到脱水要求。通过对比AB两厂，找到药剂单耗最低值129.14(kg/t泥饼)，应尝试按这个单耗计算药剂的投加。

参考文献：