“零污泥排放”的好氧生物處理工藝介紹

零污泥排放”或低污泥量排放的好氧生物處理工藝在部分小型污水處理工程得到應用。然而，個(gè)人認為“零污泥排放”并非是系統中沒(méi)有污泥產(chǎn)生。依據一些成功案例，現將“零污泥排放”加以闡述，同時(shí)分析其經(jīng)濟技術(shù)上的可行性，以供環(huán)保同行參考。

一、成因分析‍

形成“零污泥排放”的主要原因為：有機負荷非常低，微生物在曝氣池內長(cháng)期處于內源呼吸，增長(cháng)的污泥量大部分自身氧化，剩余污泥量很少;有少量的剩余污泥隨沉淀池出水帶出，從而形成生化處理系統無(wú)剩余污泥排放的表象。表1為2個(gè)基本無(wú)剩余污泥排放的生物處理工程實(shí)例數據分析。

表1基本無(wú)污泥排放生物處理工程實(shí)例

基本無(wú)污泥排放生物處理工程實(shí)例

由Monod有機底物降解與微生物增長(cháng)動(dòng)力學(xué)方程得：

△X=Y(So-Se)Q-KdVXv(1)

△X—每日增長(cháng)的揮發(fā)性污泥量(VSS)，kg/d;

(So-Se)Q—每日有機底物降解量(BOD5)，kg/d;

VXv—曝氣池混合液中揮發(fā)性污泥總量，kg/d;

Y—產(chǎn)率系數;

Kd—活性污泥微生物內源呼吸自身氧化率，d-1;

So、Se—進(jìn)水、出水BOD5濃度，mg/L;

Q—日處理污水量，t/d;

活性污泥法BOD5污泥負荷Nrs表達式為：

Nrs=(So-Se)Q/VXv，(2)

將式(2)代入式(1)并整理得：

△X=(So-Se)Q(Y-Kd/Nrs)(3)

由式(3)可知，對于某一確定的污水，其So、Se、Q、Y、Kd相應確定，增長(cháng)污泥量是污泥負荷Nrs的函數。以生活污水為例，取Y=0.58，Kd=0.075d-1,當進(jìn)水BOD5濃度So=200mg/L，出水BOD5濃度Se=20mg/L，處理流量Q=600m3/d，其增長(cháng)揮發(fā)性污泥量為：

△X=108(0.58-0.075/Nrs)

其增長(cháng)污泥量與污泥負荷之間的關(guān)系如圖1所示。

增長(cháng)污泥量與污泥負荷之間的關(guān)系

式(3)中，當Y≤Kd/Nrs時(shí)，表明增長(cháng)的微生物量與微生物內源呼吸減少量相等;但微生物通過(guò)內源呼吸，理論上被氧化成無(wú)機物的極限值為80%，仍有20%為不能分解的殘留物質(zhì)，再加上進(jìn)水攜帶入的無(wú)機性固體與不可生物降解有機物，系統必然還是有很少量的剩余污泥產(chǎn)生，與出水帶出的SS量基本相等時(shí)，系統顯示出無(wú)污泥排放的表象。

以表1某印染廠(chǎng)為例，類(lèi)似印染廢水[1]試驗得到Y=0.74，Kd=0.053d-1,其增長(cháng)揮發(fā)性污泥量(VSS)為：

△X=0.74(186-10)1900×10-3-0.053×1800×2100×10-3=47.12kg(VSS)/d;

取VSS/MLVSS=0.75，則全部污泥增長(cháng)量為：

△X’=47.12/0.75=62.83kg(MLSS)/d;

相應地出水攜帶出的SS為：

△X”=1900×(21～46)×10-3

=39.9～87.4kg(MLSS)/d;

理論計算污泥增長(cháng)量與出水帶出的SS量基本相近。系統從表象上顯示出無(wú)污泥排放的現象。

同樣，以表1某生活污水處理站為例進(jìn)行分析。據有關(guān)研究，生物接觸氧化法BOD5負荷在1.0kg/(m3.d)以下時(shí)，微生物每降解1kgBOD5所產(chǎn)生的剩余污泥為0.18kgMLSS[2]，則系統從理論上產(chǎn)生的剩余污泥量為：

△X’=600(152-5)×0.15×10-3

=13.23kg(MLSS)/d;

相應地出水攜帶出的SS為：

△X”=600×(18～45)×10-3

=10.80～27.0kg(MLSS)/d;

理論計算污泥增長(cháng)量與出水帶出的SS量也基本相近。

二、技術(shù)經(jīng)濟分析比較

污水好氧生物處理系統產(chǎn)生的增殖污泥減量化有多種途徑。除低負荷自身內源呼吸減量外，主要有厭氧消化、好氧消化及堆肥等。采用活性污泥法工藝的污水處理廠(chǎng)中，剩余污泥在濃縮后可以進(jìn)行厭氧消化后脫水;對小型污水處理站，活性污泥法或生物接觸氧化法工藝運行中產(chǎn)生的增量污泥，可以進(jìn)入污泥好氧消化池減量化或直接濃縮脫水。這些方法在技術(shù)上都是可行的，但在投資、運行成本及管理上存在較大的差異。下面以日處理量為10000m3/d規模的城市污水處理廠(chǎng)采用不同污泥減量與處理方法進(jìn)行比較分析。

1.工程費用

采用普通活性污泥法(為比較分析簡(jiǎn)化，不考慮脫氮除磷因素)，BOD5污泥負荷為0.3kg/(kg.d)，污泥濃度2.0g/L，由微生物增殖產(chǎn)生的含水率為99%的污泥以150m3/d計;低負荷活性污泥法BOD5污泥負荷為0.075kg/(kg.d)，污泥濃度3.5g/L;采用不同污泥減量與處理方案的工程費用測算見(jiàn)表2。

表2不同污泥減量與處理方案的工程費用測算(萬(wàn)元)

不同污泥減量與處理方案的工程費用測算

1)低負荷工藝仍有少量污泥排放，故仍需建污泥池。

2)曝氣池土建費用以550元/m3容積計，因供氧增加的鼓風(fēng)設備投資增加量未計入。

從表2可見(jiàn)，采用低負荷活性污泥法工藝減少了污泥排放量，但大幅度提高了工程的投資費用。以城市污水處理廠(chǎng)常規1100元/(m3.d)工程造價(jià)估算，整個(gè)工程費用方案3比方案1增加了11%左右，比方案2增加了17%左右。

2.運行成本

供氧耗電成本是污水好氧生物處理成本的主要部分，活性污泥法需氧量計算式為：

O2=a′(So-Se)Q+b′VX

O2=(So-Se)Q(a′+b′/Nrs)(5)

一般生活污水取a′=0.48，b′=0.15，其負荷變化與需氧量的關(guān)系式為：

O2=(200-20)10000(0.48+0.15/Nrs)

需氧量與負荷之間的關(guān)系如圖2所示。

同表2各方案工藝參數相同，采用不同處理方案的供氧耗電成本及其它運行成本測算比較見(jiàn)表3。

從表3可見(jiàn)，盡管低負荷工藝省卻了多項污泥處理費用，但其供氧電耗增加量很大，*終的運行費用還是明顯超過(guò)了普通負荷工藝。

表3不同污泥減量與處理方案運行成本測算(元/d)

不同污泥減量與處理方案運行成本測算

3.其它方面

占地上，方案1增加了污泥消化與濃縮脫水的場(chǎng)地;方案3曝氣池占地面積較大，但總體上低負荷工藝占地面積更大。

管理上，方案3*簡(jiǎn)單，它省去了管理要求嚴格的污泥厭氧消化工藝，降低了運行管理要求。

污泥處置上，方案3避免了尋找污泥處置場(chǎng)地以及組織運輸的過(guò)程，使污泥處置過(guò)程簡(jiǎn)單化。

三、適用范圍及技術(shù)進(jìn)步探討

1.小型生活污水處理站

通常情況下，小型生活污水處理站規模小，一般為物業(yè)管理部門(mén)監管，管理力量很薄弱，采用污泥脫水等設備不僅占地，影響周?chē)�環(huán)境，而且從運行管理上而言也較困難;另一方面，由于規模小，采用低負荷工藝增加的投資和運行費用*值較低，經(jīng)濟上實(shí)際增加的負擔有限，而在管理上能克服諸多困難，使處理設施能有效運行。因此，一般而言小型生活污水處理站采用“零污泥排放”或低污泥量排放好氧生物處理工藝是可行的。

2.工業(yè)廢水處理站

工業(yè)廢水處理站宜視處理規模、產(chǎn)生污泥量的大小及企業(yè)的管理水平來(lái)確定。規模小、增量污泥少、企業(yè)管理水平較薄弱時(shí)，采用“零污泥排放”或低污泥量排放好氧生物處理工藝是合理的。反之，則會(huì )較大地增加工程投資與運行費用，經(jīng)濟上的可行性較差。

3.污水處理廠(chǎng)

污水處理廠(chǎng)由于規模較大，又有專(zhuān)業(yè)的管理力量實(shí)施科學(xué)管理，顯然采用此工藝會(huì )較大幅度增加工程投資與運行費用，根據中國的國情，是欠合適的。除非在污泥出路特別困難的場(chǎng)合可以考慮采用。

4.技術(shù)進(jìn)步

據報道，一些新開(kāi)發(fā)的復合微生物菌群具有相互共生的增殖體系和低污泥增長(cháng)率，從而達到低剩余污泥排放量，這一類(lèi)型的工藝有待于一定規模的工程實(shí)踐。另外有報道，對某些特定類(lèi)型的有機廢水，通過(guò)濃縮污泥的微生物水解、酸化，提高污泥在系統中的氧化分解效果，在經(jīng)濟合理的情況下實(shí)現基本無(wú)剩余污泥排放。因此，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，研究技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的低剩余污泥排放生物處理工藝，將是努力和發(fā)展的方向。