馮運(yùn)玲 方先金 段素娟
（北京市市政工程科學(xué)技術(shù)研究所）

　　摘　要：針對高碑店污水處理廠污水、污泥處理工藝，2002年進(jìn)行了四個(gè)季度的污水和污泥特性的測定，本文對測定結(jié)果進(jìn)行了初步分析。

1　引言

　　水環(huán)境是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)能否良性循環(huán)、發(fā)展的制約因素之一，改善和保護(hù)水環(huán)境是保護(hù)整體環(huán)境的前提。改善和保護(hù)水環(huán)境首先要對生活污水和工業(yè)廢水進(jìn)行治理，然而在污水處理過程中污染物一部分被微生物降解成水和二氧化碳，一部分以污泥的形式存在。這種污泥中含有有機(jī)物、重金屬、病原菌等，若處理不當(dāng)很容易造成對環(huán)境的二次污染，使污水處理廠不能充分發(fā)揮其功能。另外，污泥處理和處置費(fèi)用在整個(gè)污水處理廠處理費(fèi)用中占到40%左右?？梢?，無論在污染控制上還是在運(yùn)行費(fèi)用上，污泥處理和處置都起到舉足輕重的作用。因此，對污泥處理系統(tǒng)的研究具有重要意義。
　　污泥的處理和處置主要有減量化、穩(wěn)定化、資源化。城市污水處理廠污泥的穩(wěn)定化技術(shù)主要有厭氧消化、好氧消化、污泥堆肥以及污泥焚燒等。污泥濃縮、脫水以及焚燒是污泥減容的主要技術(shù)。填埋、焚燒、作農(nóng)肥、投海和制造建筑材料等是目前污泥處置和綜合利用的主要途徑。
　　一些較發(fā)達(dá)國家的污水污泥處理已經(jīng)比較完善，如德國，其污水處理已經(jīng)進(jìn)展到除磷脫氮的普及階段，污泥處理在普及脫水階段的基礎(chǔ)上，開始步入污泥烘干階段。污泥基本上都經(jīng)過濃縮、消化、脫水處理，污泥消化產(chǎn)生的沼氣普遍用于發(fā)電。為防止污泥對農(nóng)作物生長的不良影響以及二次污染，德國已經(jīng)不準(zhǔn)將污泥用于農(nóng)田。在日本，污泥處理工藝比較先進(jìn)，主要工藝流程有：
　?。?） 濃縮→脫水→焚燒；
　?。?） 濃縮→消化→脫水→焚燒；
　?。?） 濃縮→消化→脫水。
　　該三種處理工藝占日本全部污泥處理的70%以上，可見，日本污泥最終處置已以污泥焚燒為主導(dǎo)工藝（目前占60%以上）。
　　近十年來，我國城市污水處理有了較大的發(fā)展，全國已建成400多座城市污水處理廠，城市污水處理率34%以上，全國已建成的污水處理廠中采用污泥中溫消化的污水處理廠約占25%，采用污泥濃縮脫水的污水處理廠約占60%，另外還有小部分采用好氧消化和污泥自然干化處理。我國城市污水處理廠污泥處理起步較晚，在國家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)中，對污泥處理和處置做了大量的研究工作（以天津?yàn)橹饕蒲谢兀?，使我國的污泥處理技術(shù)得到了一定程度提高，但與國外先進(jìn)國家相比，污泥處理和處置還有一定差距。我國大多數(shù)較早建設(shè)的污水處理廠沒有完善的污泥處理系統(tǒng)，新建較大型污水處理廠雖然一般都有比較完善的污泥處理工藝，但真正完全投入運(yùn)行且運(yùn)行情況良好的還不多，利用污泥消化產(chǎn)生的沼氣發(fā)電的更少。究其原因，一方面是我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力所限，另一方面是我國污泥處理起步較晚，缺乏設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
　　目前，我國除了不斷引進(jìn)、吸收國外先進(jìn)成熟的污水污泥處理新工藝和新技術(shù)外，更為關(guān)鍵的是要對我國現(xiàn)有典型的污水處理廠污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行大量研究、測定與分析，從我國國情出發(fā)，總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)，因地制宜地采用合理的污泥處理工藝、處置方式和設(shè)計(jì)參數(shù)，提高我國污泥的處理和處置水平。本文主要以高碑店污水處理廠污泥處理系統(tǒng)為研究對象，分析在實(shí)際測定資料基礎(chǔ)上的初步結(jié)果。

2　高碑店污水處理廠現(xiàn)況

　　高碑店污水處理廠是我國目前最大的二級城市污水處理廠，處理能力為100萬m³／d，分為一期50萬m³／d（Ⅰ系列和Ⅱ系列）和二期50萬m³／d（Ⅲ系列和Ⅳ系列），自1993年建成投產(chǎn)以來，污水處理工藝運(yùn)行良好，污泥處理系統(tǒng)中的濃縮、二級污泥中溫厭氧消化、脫水也已投入運(yùn)行。目前，利用沼氣發(fā)電也已開始運(yùn)轉(zhuǎn)。高碑店污水處理廠現(xiàn)在實(shí)際處理污水量最大可達(dá)80萬噸／天，污水處理工藝比較典型（A－O及A－A－O），污泥處理系統(tǒng)也比較完善。二期工程工藝（第Ⅲ系列和第Ⅳ系列）為曝氣池前置1／9段缺氧區(qū)，第Ⅳ系列還設(shè)置了曝氣池內(nèi)回流，以提高對N的去除率。為了使高碑店污水處理廠處理水資源化再利用工程的順利安全實(shí)施以及更好地保護(hù)環(huán)境，目前正在對高碑店污水處理廠一期工程進(jìn)行改造，以改善其出水水質(zhì)，提高N、P的去除率。改造后的一期工程污水處理工藝為倒置型A－A－O工藝，污泥處理工藝也不同于二期工程（其二沉池剩余污泥泵入初沉池，然后與初沉污泥一起進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮后再進(jìn)行消化和脫水）。為防止二沉池剩余污泥中的磷重新返回到污水中去，改造后的一期工程中二沉池剩余污泥直接單獨(dú)進(jìn)行機(jī)械濃縮，初沉池污泥仍進(jìn)原有濃縮池，同時(shí)將濃縮池改造為濃縮酸化池，其上清液作為碳源排入水處理系統(tǒng)。將消化池上清液和脫水機(jī)濾液及沖洗水收集后進(jìn)行化學(xué)除磷。這樣，高碑店污水處理廠將會(huì)有三種不同的污水處理工藝和兩種污泥處理工藝。污泥來自污水，二者相輔相成，污泥的特性及組分必然隨污水處理工藝的不同而有所不同，同時(shí)，不同的污泥處理工藝對污水處理效果也有一定影響。因此，對高碑店污水處理廠污水、污泥處理工藝進(jìn)行總結(jié)、研究和分析，并進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，對今后污水處理廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及老廠的改造具有重要參考和指導(dǎo)意義。
　　高碑店污水處理廠污泥處理工藝流程如下：

3　研究內(nèi)容

　　為了系統(tǒng)的研究高碑店污水處理廠污泥處理系統(tǒng)，以及污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)之間的相互影響，在北京市科委支持下，我們與高碑店污水處理廠合作，正在進(jìn)行城市污水處理廠優(yōu)化污泥處理系統(tǒng)的研究。研究內(nèi)容主要有：
　　（1）對高碑店污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行測定
　　測定進(jìn)水水質(zhì)，包括COD、BOD、N、P以及重金屬如Cu、Cr和Zn等。污泥產(chǎn)生于污水，污泥的成份必然隨污水水質(zhì)的不同而不同，只有將二者結(jié)合起來對污泥進(jìn)行研究，才會(huì)對今后同類污水處理廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)行具有真正的指導(dǎo)意義。
　　（2）對高碑店污水處理廠污泥特性及污泥處理單元的運(yùn)行情況進(jìn)行分析
　　測定初沉污泥、混合污泥（混合污泥是指剩余污泥回到初沉池后與初沉池污泥的混合污泥）、二沉剩余活性污泥、濃縮污泥、消化污泥和脫水后污泥的含水率（含固率）、揮發(fā)性固體（即有機(jī)物含量）、熱值、肥分、大腸桿菌及重金屬含量等；測定污泥處理工藝中各階段污泥中N、P含量，并測定原水及二沉池出水中N、P的含量，分析不同污水處理工藝對N、P的去除情況以及其對污泥性能和污泥處理工藝的影響；高碑店污水處理廠一期工程中消化池的攪拌形式采用沼氣攪拌，二期工程攪拌形式為機(jī)械攪拌。通過示蹤劑等方法，分析兩種不同攪拌形式的攪拌效果；測定實(shí)際運(yùn)行條件下的產(chǎn)氣量及CH₄含量，考察消化池的運(yùn)行情況；考察加藥種類、加藥量等與脫水性能的關(guān)系。
　　通過上述測定和研究，探討污泥處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，了解污水處理系統(tǒng)的不同對污泥處理系統(tǒng)的影響，污泥處理系統(tǒng)的不同對污水處理廠出水的影響，為今后污水處理廠的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

4　進(jìn)展情況和初步結(jié)果

　　該研究從2002年1月份開始，已進(jìn)行了春、夏、秋、冬四個(gè)季度的測定工作和部分污泥脫水性能的試驗(yàn)。測定內(nèi)容包括：原水、初沉池出水、二沉池出水水質(zhì)；污泥處理工藝各階段污泥的常規(guī)參數(shù)；混合污泥、剩余污泥、消化污泥的脂肪、蛋白質(zhì)含量；泥餅的熱值、重金屬含量等。其中水區(qū)測定的是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ系列，泥區(qū)測定的是一期工藝。測定工作主要在高碑店污水處理廠化驗(yàn)中心進(jìn)行，污泥脫水性能的研究目前主要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。消化池?cái)嚢栊Чu價(jià)正在準(zhǔn)備過程中，整個(gè)研究預(yù)期在2003年底完成。下面僅對2002年的測定資料進(jìn)行初步分析。
　?。?）水質(zhì)測定初步分析

表1 2002年水質(zhì)測定結(jié)果

　

處理廠
進(jìn)水

初沉進(jìn)水

初沉出水II

初沉出水III

初沉出水IV

二沉出水II

二沉出水III

二沉出水IV^#

濃縮池上清液

消化池
上清液

脫水機(jī)沖洗混合液^*

BOD₅（mg/L）

106～165

320～1420

130～162

108～149

126～153

8～15

9～15

10～13

600～3900

3160～5950

150～580

COD（mg/L）

220～360

708～2660

210～342

194～300

249～312

35～47

39～48

39～43

770～12500

1460～13500

295～1200

SS
（mg/L）

106～240

600～2570

80～147

91～152

119～253

10～17

8～18

10～17

2100～13100

1600～13500

430～1570

NH₃-N（mg/L）

32～40

32～46

36～46

37～48

36～47

2～29

0.7～20

0.4～10

34～75

140～570

20～100

TN
（mg/L）

42～55

60～158

53～57

50～59

50～61

29～40

28～33

28～33

200～1150

530～1070

90～270

TP
（mg/L）

6～9

11～25

6～11

6.5～11

8～10

1.8～6

3.8～6.6

3.7～6.5

20～116

150～360

19～41

　　　　　　注：^#：因?qū)嶋H運(yùn)行調(diào)整，所有IV系列有關(guān)數(shù)據(jù)均為冬、春、夏三個(gè)季度測定數(shù)據(jù)（下同）。
　　　　　　　　*：脫水機(jī)沖洗混合液是指脫水濾液和濾布沖洗水的混合液。

　　表1給出2002年水質(zhì)測定中主要參數(shù)、不同測點(diǎn)的各季平均值的變化范圍。因?yàn)楦弑晡鬯幚韽S運(yùn)行過程中存在固體內(nèi)循環(huán)，故出現(xiàn)初沉池進(jìn)水中各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)高于處理廠進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)。分析表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高碑店污水處理廠進(jìn)水、濃縮池上清液和消化池上清液變化范圍較大，進(jìn)水水質(zhì)夏季好于秋冬季，濃縮池上清液和消化池上清液的變化大的原因尚需進(jìn)一步研究。但出水水質(zhì)變化不大，三種不同的水處理工藝出水沒有明顯的差別。II系設(shè)有脫氮除磷的功能，但從測定結(jié)果看，其除磷效果只稍微優(yōu)于III、IV系列，而脫氮效果還不如III系列。這主要是因?yàn)樵跍y定其間II系列污泥系統(tǒng)的改造還沒有完成，剩余污泥仍然是進(jìn)入初沉池與初沉污泥一起進(jìn)入濃縮池，使脫氮除磷的功能就沒有很好地發(fā)揮出來。對高碑店污水處理廠進(jìn)水及二沉出水中的主要重金屬進(jìn)行測定結(jié)果表明，除鎘外其它主要重金屬含量均能滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的要求（表略）。
　　（2）污泥特性初步分析
　　高碑店污水處理廠混合污泥、二沉剩余污泥、消化污泥及泥餅含水率與其它污水處理廠沒有大的差別（見表2）。初沉污泥有機(jī)份含量為45%～60%，剩余污泥有機(jī)份含量在50～70%。II系列剩余污泥中的TP略高于III、IV系列。
　　高碑店污水處理廠污泥有機(jī)物中的三項(xiàng)主要成分（脂肪、蛋白及碳水化合物）含量在表3中給出，表中的數(shù)據(jù)為2002年5、7、8、10、11月份測定的結(jié)果。從測定結(jié)果可看出，高碑店污水處理廠的污泥屬于高碳水化合物、高蛋白、低脂肪的污泥，這種污泥產(chǎn)氣率偏低。

表2 污泥測定結(jié)果

　

混合污泥II

混合污泥III

混合污泥IV

剩余污泥II

剩余污泥III

剩余污泥IV

濃縮排泥

一消出泥

二消出泥

泥餅

NH₃-N
(mg/L)

50～200

58～124

58～100

0.6～30

0.6～19

0.8～9

85～227

220～317

251～288

／

TN
(mg/L)

270～1330

280～1150

300～1210

131～505

124～305

133～266

400～1770

506～1170

437～1666

／

TP
(mg/L)

130～400

216～312

213～241

41～120

40～78

38～72

176～388

236～309

161～439

／

含水率
（%）

97～97.6

96.9～97.3

96.8～97.3

99.5～99.7

99.6～99.7

99.6～99.7

96.2～97.7

97.1～98.2

96.8～97.5

74～80

有機(jī)份
（%）

50～58

43～59

46～60

50～64

51～63

51～65

51～55

40～51

39.4～45.2

52～57

表3 污泥中脂肪、蛋白及碳水化合物

成分

初沉污泥

二沉剩余污泥

濃縮污泥

一消污泥

二消污泥

脂肪 (%)

6.0～12.2

3.2～9.3

3.4～11.3

7.0～11.3

6.8～13.3

蛋白 (%)

35.4～46.1

45.2～82.9

37.2～55.4

39.2～48.6

33.5～51.6

碳水化合物 (%)

34.1～54.4

13.1～50.6

41.1～52.8

40～56.2

35.1～59.7

　　2002年對高碑店污水處理廠泥餅熱值的測定結(jié)果為：濃縮污泥經(jīng)脫水后熱值為9.83～14.36 MJ／kg，消化后污泥經(jīng)脫水后泥餅熱值為11.12 MJ／kg，混合污泥（消化污泥與濃縮污泥混合）經(jīng)脫水后泥餅熱值為10.98～11.91 MJ／kg?？梢姡囡灥臒嶂狄话阍?0 MJ／kg以上，是一般煤的燃燒熱值（30 MJ／kg）的1／3以上，如果將污泥混入煤中作為燃料燃燒將有較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為城市大量的污泥處理提供了一種變廢為寶的可行方法。

5　小結(jié)

　　由于本課題目前正在進(jìn)行中，測定數(shù)據(jù)還不全面，而且在2002年測定時(shí)，高碑店污水處理廠一期工程改造還未完成，因此，還需進(jìn)一步測定數(shù)據(jù)。通過前一階段的研究，初步得出如下結(jié)果：高碑店污水處理廠的污泥屬于高碳水化合物、高蛋白、低脂肪的污泥，這種污泥產(chǎn)氣率偏低。混合污泥有機(jī)份含量為45%～60%，剩余污泥有機(jī)份含量在50%～70%；泥餅的熱值為9.83～14.36 MJ／kg，是一般煤燃燒熱值的1／3以上，可考慮將其混入煤中作為燃料使用。
　　為了進(jìn)一步分析不同水處理工藝對污泥特性的影響，待一期改造完成后，應(yīng)進(jìn)行水處理工藝與污泥特性之間關(guān)系的測定分析；利用示蹤劑方法分析消化池的攪拌效果，分析消化池的運(yùn)行情況；進(jìn)行污泥脫水性能試驗(yàn)，找出較適合于高碑店污水處理廠污泥的脫水藥劑及較適宜的投藥量；評價(jià)脫水污泥的綜合利用價(jià)值，分析其可能的最終處置途徑。