南方典型城市水质净化厂产泥系数影响因素研究

寇晓娇 李一川 朱佳

摘要：全面系统梳理近几年南方典型城市水质净化厂污泥产泥系数，结合分析其宏观和微观影响因素，掌握影响因素与产泥系数的关联理论，并应用该理论对水质净化厂产泥情况进行个性化诊断评估，提出水质厂污泥精细化管理的对策和建议。

关键词：污泥产泥系数、进水浓度、提质增效、提标改造、处理工艺

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

城市水质净化厂是城市污染减排的重要载体，承担着城市污染减排的主要任务。“十三五”期间，南方某典型城市以超常规举措打赢了一场“水污染治理攻坚战”，按照流域均衡、集散结合、适度超前的原则，对标国内外最高标准，新增污水处理能力285万吨/日，总能力达到758万吨/日，其中624万吨/日出水达到地表水准V类及以上。

在城市水污染治理中，作为污水处理的副产物，污泥的有效处理处置是实现污染减排的关键环节，且因其处理难度大、管理相对滞后逐渐成为限制城市发展的新难题。全市治水提质投入了大量人力物力、开拓创新，结合国内外污泥处置技术现状及发展趋势，提出了适合实际情况的“厂内深度脱水+焚烧掺烧”技术路线，80%含水率污泥处理量达到6000吨/日。

然而，在城市全力推动经济发展和基础设施建设的背景下，区域产业结构不断优化转型，全市污水规划处理规模高达987.5万吨/日，未来污泥处理处置必然会面临更高更难的挑战。污水处理量的增长会直接导致污泥量的增加，但污泥产泥系数持续增长的原因目前尚不清晰，分析其增长原因、识别其影响因素、探索“维持产泥系数稳定或降低产泥系数的”技术手段和管理策略对于未来水污染控制和城市发展具有十分重要的意义。

2.研究目的

城市水質净化厂是城市污染减排的重要载体，承担着城市污染减排的主要任务，随着城市水质净化厂的数量和规模在不断增加，作为污水处理的副产物，污泥的有效处理处置是实现污染减排的关键环节，且因其处理难、危害大、管理相对滞后逐渐成为限制城市发展的新难题[1]。

本章旨在全面系统梳理近三年全市水质净化厂污泥产泥系数，结合分析其宏观和微观影响因素，包括区域经济发展和产业结构优化转型导致的排水源水质水量变化;全面雨污分流、管网提质增效导致的受纳污水水质水量变化;水质净化厂提标拓能导致的厂内工艺、运行和管理模式变化;水质净化厂进水水质特征和进水水量;水质净化厂现行工艺和关键运行参数等，掌握影响因素与产泥系数的关联理论，并应用该理论对全市水质净化厂产泥情况进行个性化诊断评估，以此为基础，结合国内外污泥减量的先进技术和经验[2]，提出水质净化厂污泥精细化管理的对策和建议。

3.研究方法

3.1 资料收集与现场调研

收集相关资料具体包括：

1）水质净化厂运行规模、位置、运营模式、进出水水质、水量及运行工艺参数、污泥产量、污泥处置工艺及参数、运营管理模式等相关资料;

2）近三年全市各区、各流域产业发展情况及人口、经济等社会人文要素;

3）近三年全市各区、各流域、各水质净化厂污水收集系统提质增效及水质净化厂提标拓能工作开展情况。

通过资料收集与现场调研摸清水质净化厂运行状况，了解污泥处置方法及管理模式，掌握产泥系数的变化规律，为后续研究工作做好数据支撑。

3.2 文献调研

针对水质净化厂污水处理工艺、水质水量、产泥系数影响因素等特点开展国内外文献调研[3]，汲取国内外先进的技术和经验，结合本市实际情况开展分析，为水质净化厂提出针对性的指导意见。

3.3 对比分析

分区域、流域、模式、规模、标准、工艺等对主要水质净化厂历年来的产泥系数进行系统分析，将水质净化厂按照片区、不同管理模式、不同规模、不同工艺进行划分，针对每种划分研究其产泥系数的变化原因。

3.4 实例验证

选择典型水质净化厂开展实例研究，验证影响因素和影响规律，同时结合其产泥现状评估其控制产泥系数的可行技术管理途径。

4.研究内容

4.1全市水质净化厂产泥系数分布规律研究

收集近五年年全市水质净化厂产泥数据，对其进行系统梳理，明确各水质净化厂产泥情况，形成全市水质净化厂产泥系数表;分析五年内各厂产泥系数变化规律，对水质净化厂产泥系数上升、维持稳定和下降进行划分;按流域和区域分别统计分析水质净化厂产泥情况，研究水质净化厂产泥系数的流域和区域分布特征。

梳理全市污泥管理系统、管理机制和管理模式，绘制全市污泥产、汇路线图，为全市污泥统筹管理提供基础支撑。

4.2水质净化厂产泥系数影响因素研究

4.2.1微观影响因素比较研究

从技术角度，结合五年全市水质净化厂进出水水质、工艺、运行参数等数据，选择典型水质净化厂，系统分析进水水质特征，如COD、BOD、SS、TP、TN浓度、B/C比、C/N比、COD/SS比值等;出水水质标准，如一级A、准V类、准IV类、IV类等;核心处理工艺;关键运行参数，如污泥浓度、污泥龄、污泥回流比等对产泥系数的影响，形成定量理论体系。

4.2.1.1进水浓度对产泥系数的影响

水质净化厂的进水浓度与产泥系数相关性较大，呈现正相关模式，进水浓度与产泥系数的峰值具有相似的波动性。

BOD、COD、SS的浓度变化对产泥系数均有影响，其中BOD为主要影响。污水处理过程中，进水悬浮固体SS和生化需氧量BOD对污泥产量具有一定的影响。大部分悬浮固体SS通过吸附或沉淀作用产生污泥，有机物BOD被水中微生物摄取后，约2/3发生合成代谢，产生剩余污泥。

进水浓度BOD差值与绝干污泥系数差值的比值，得到BOD与产泥系数相关性，求比值公式如下：

由上述可得，不同的污水处理厂进水BOD浓度不同，对产泥系数的影响也不同，根据水质净化厂平均每月产生的污泥量，厂的规模越小，受进水浓度的影响就越大，比值也越大，反之则越小。

4.2.1.2工艺对产泥系数的影响

本市水质净化厂所运用的污水处理工艺通常为A2O、AO、BAF、CASS、SBR、MBBR等，其中，A2O工艺[4]又细分为A2O、改良A2O、A2O+MBR、多段A2O、多模式A2O、强化脱氮改良A2O等。

从源头上降低剩余污泥产量的各种污泥减量技术已成为废水生物处理研究的热点和发展方向，目前我们主要针对污水生物处理方法过程中减少污泥产量，同时污泥脱水是污泥减量的主要手段，直接影响到后续污泥处理处置。

式中：

Y——产泥系数

Q——流量，m³/h

Sa——进水BOD浓度，mg/L

Sc——出水BOD浓度，mg/L

Xv——MLVSS即混合液挥发性悬浮固体浓度，g/L

V——生物池容量，m³

Kd——削减系数

△X——排泥量，t

可将上述公式转换成产泥系数公式为 ，即产泥系数是泥水比。也可将MLSS看作是微生物（细菌）密度，即为出泥情况，BOD为水质水量情况。在水量不变的情况下，工艺改变导致微生物浓度改变，MLSS密度随之改变，产泥系数也就会受此影响。微生物浓度越高，MLSS密度就会越大，排泥量也会增多，产泥系数就会随之上升，反之则下降。

4.2.1.3药剂投加对产泥系数的影响

国家和地方现行的城镇污水处理厂污水排放标准和再生水利用水质标准均对污水处理厂出水的氮磷含量有严格要求。目前，由于地下水渗入或者雨污混接等原因，不少污水厂的进水中有机物浓度偏低，因此需要添加化学物质以保证脱氮除磷系统的正常运行。

加药调理是通过和向污泥中投加混凝剂、絮凝剂等使污泥凝聚，提高脱水性能。污泥脱水剂一般分为有机絮凝剂和无机絮凝剂，有机絮凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），无机絮凝剂主要分为两大类：铁盐和铝盐。铁盐主要包括：高分子铁盐、氯化铁、硫酸铁、聚合硫酸铁（PFS）、三氯化铁（FeCl3.6H2O）、硫酸亚铁（FeSO4.7H2O）等，铝盐主要包括：硫酸铝、三氯化铝、碱式氯化铝、聚合氯化铝（PAC）等。

①PAFC，即为聚合氯化铝铁，其是由铝盐和铁盐混凝水解而成一种无机高分子混凝剂，其水解速度快。

②PAM，即为聚丙烯酰胺，是一种线型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中应用量为广泛的品种之一。

③PAC，即为聚合氯化铝，是一种无机物，一种新兴净水材料、无机高分子混凝剂，而且其喷雾干燥稳定性好，适应水域宽，水解速度快，吸附能力强。但是和聚丙烯酰胺相比，其沉降效果远不如聚丙烯酰胺。

④FeSO4，铁盐在生活污水处理的作用主要有两点：第一是用作除磷，铁离子与水中的磷生成磷酸铁沉淀，然后通过排泥排出;第二是用作预处理中的混凝剂，降低水中悬浮物。

4.2.2宏观影响因素比较研究

将水质净化厂按流域或区域进行划分，选择典型水质净化厂，研究流域或区域产业结构、经济发展、人口结构等社会人文因素对污水水质水量的影响，并进一步结合这一影响探讨上述因素与产泥系数的关系。

同时，梳理全市各区域污水管网提质增效工作进展，具体包括但不限于雨污分流进展、清污剥离进展、施工降水整治进展等，结合全区水质净化厂进厂水质特征，选择典型水质净化厂，比较研究该项工作对水质净化厂产泥系数的影响;

梳理全市水质净化厂近三年提标拓能工作开展情况，具体包括但不限于工艺升级改造、管理运行优化、处理规模扩增等，结合其产泥系数变化规律，分析该项工作对产泥系数的影响。

最后，按当前污泥处理处置模式对全市水质净化厂进行划分，分析研究各模式下水质净化厂污泥管理的优点和缺点，探讨管理模式差异对水质净化厂运营单位降低产泥系数主观能动性的影响，并进一步结合产泥系数分布规律予以验证，如料仓储存条件、天气情况、空气湿度、运输情况等。

4.3全市水质净化厂产泥情况评估诊断

基于上述研究结果对全市水质净化厂进行个性化的评估诊断，分析各厂产泥系数变化规律及其变化原因，并针对性提出降低其产泥系数的可行性策略。

4.4全市水质净化厂污泥精细化管理对策研究

基于上述研究成果，针对全市水质净化厂产泥现状和管理现状，提出水质净化厂污泥分区域、分流域、分模式、分规模、分工艺、分标准的精细化管理对策和建议。

5.结论

通过对城市水质净化厂产泥系数现状[5]及分布规律的分析，得出产泥系数影响因素识别及其主要影响，为全市水质净化厂产泥状况个性化评估诊断及全市水质净化厂污泥精细化管理提出对策及建议。

参考文献

[1]陈红霞，生活污泥处理与处置技术的研究进展，山西化工. 2021，41（01）

[2]于丽明-城镇污水厂污泥减量措施研究《建筑.建材.装饰》2020年12期

[3]陈晓光，王硕，聂新宇等--城市污水处理厂污泥产率计算公式探讨[J].中国给水排水，2015，（18）.68-72.

[4]高静，李红萍，劉国际等--城市污水处理厂A2O工艺污泥产率系数《环境工程学报》2016年6期

[5]王希明--城市污水处理污泥产率系数取值计算与实例验证《山西建筑》2020年3期

作者简介：寇晓娇（1979-），女，本科; 职称：环境工程中级工程师，研究方向为水处理及环境监测。

通讯作者：朱佳（1965-），女，教授，博士，研究方向为工业废水低排放技术，地表水生态环境构建与修复

[基金项目] 深圳市科创委2019年度应用示范项目（KJYY20180206180737010; 6020320003K）;广东省教育厅2019年度工程中心（2019GGCZX007）