污泥浓度升高对东莞市政污水处理的影响分析

潘明秋

（东莞市环保产业促进中心，广东 东莞 523000）

1 市政污泥处理现状

目前，市政污水、工业污泥处置的最大问题是污水处理设备不完善。同时，在城市污水处理厂使用的处理设施中，大多数并未拥有城市污水的处理能力，只能处理城市生活污水，导致在制定生产运营方案时，负责人会忽略城市污水管理方面的费用。其次，假如城市主管部门在污水处置方面采取了盲目的污水的措施，就会导致污水的处置方式不会很完善。并且由于处理厂设施限制，导致污水没有办法实现很完美的资源化处置，这样一来不但使得其中很多有利资源白白地的浪费了，而且还会造成对环境的二次污染。最后，由于政府部门对污水处置管理工作上的疏忽，使得能接纳并处置污水和污泥的处理厂总量不够，因此也影响了对市政污水、污泥的有效处置[1]。

目前，全市BOT污水处理厂的生活污泥以特许经营权的形式送至东莞市金茂污泥处置有限公司处理，该公司的处理工艺为高压板框脱水，投加药剂为：石灰和氯化铁，处理后含水率为60%。通常情况下，该公司的生活污泥日处理能力为1 400 t/d。从2021年1月～3月，金茂污泥处置有限公司总接收生活污泥为107 393.07 t，平均接收处理污泥约为1 193.26 t/d，全部接收的为BOT污水处理厂污泥。

2 东莞市污泥处置规划

2.1 污水处理项目运行情况

截至2020年底，东莞市有56座一级市政生活污水处理项目（其中，BOT污水处理项目35座，市水务集团运营污水处理项目21座），设计总规模为376万t/d，统计的日均产泥量为1 668 t/d。其中，BOT污水处理项目规模为217万t/d，市水务集团运营污水处理项目规模为159万t/d。其中，BOT污水处理项目35座，规模为217万t/d，统计的日均产泥量为965 t/d（含水率按80%计算），详见表1。BOT污水处理项目采用的污水处理主体工艺包括AAO，改良AAO，CASS，氧化沟、MBR、BAF等。市水务集团运营污水处理项目21座，规模为159万t/d，统计的日均产泥量为703 t/d（含水率按80%计算），详见表1。污水处理项目主体工艺包括AAO，改良AAO，氧化沟，CASS，MBR等。

表1 2020年污水处理项目及日均产泥量情况表

2.2 污泥产量

据统计，2020年东莞市污水处理项目BOD的削减量为9.29万t，同比增长17.45%；SS削减量为18.31万t，同比增长16.1%。当前，由于污水处理厂进水浓度增加，污染物削减量增大，2020年均产泥率为4.67 t/万m3，同比增长率为24.87%。其中，根据BOT污水处理项目运行数据，2021年1～5月平均产泥率为5.04 t/万m3，产泥量平均为1 266 t/d。

2.3 污泥处置情况

2020年东莞市生活污水处理厂共处理污泥68万t（约80%含水率），同比增长28.35%。其中，东莞市金茂污泥处置有限公司（以下简称金茂公司）处理约为48.2万t，市水务集团处理约19.8万t。以上污泥经板框压滤脱水后形成半干化污泥约40万t，全部由市水务集团众源公司负责组织外运资源化处置。而金茂公司除每天新接收的污泥外，本部还暂存半干化污泥总量约27万t，市水务集团于2020年11月15日起加大半干化污泥的外运力度，每天清运量在2 000～3 000 t左右，截至2021年3月初，已清运约14.7万t。目前，已基本完成库存半干化污泥的清运任务，实现了半干化污泥日产日清，同时减少了臭气扰民的现象。

3 污泥浓度对污水处理能力的影响

市政污水处理厂在处理生活污水时大多使用生态法，也就是运用细菌的代谢功能，使水中呈现溶解性或胶体状态的有机物，同时将其分解氧化为稳定的无机化合物，以达到净化污染物的目的。通常，最常见的生态法即为生物活性污泥法。而污泥浓度是反映微生物数量的一项关键指标，直接关系着污泥的处置效果。同时，影响污泥浓度的因素很多，如进水浓度，DO值，污泥回流比，排泥频率，有毒有害物质等。一般情况下，若污水处理厂的污泥浓度过低，可通过投加营养物质、控制DO值，加大污泥回流比，减少排泥次数等来提高污泥浓度，从而提高污水的处理效果。因此，从某种意义上说，高浓度的污泥有助于系统对污染物的去除[2-3]。

3.1 东莞市污泥浓度升高对污水处理的影响

东莞市污泥处置长期存在污泥处置能力与污水处理厂的产泥量不匹配的情况，如污水处理厂无备用泥斗等问题，导致污水处理厂排泥不及时，污泥处于高浓度运行状态。通过污水处理厂实际的运行结果表明：在污泥高浓度（实际运行污泥浓度是设计值的2～3倍）连续运行600 d的情况下，污水处理厂出水中的COD、NH3、TN、TP的浓度可分别达到：14 mg/L、0.43 mg/L、6.37 mg/L和0.25 mg/L。此外，高浓度的污泥可增强系统抗低温、进水负荷抗冲击的能力，并且联合后置缺氧段强化了系统的内源反硝化。如塘厦白泥湖污水处理厂，在停止运营前曾经长期高污泥浓度运行，污泥浓度大部分时间保持在9 000 mg/L以上，其出水水质一直稳定达标，且优于其他生活污水处理厂的出水。但长时间的污泥高浓度运行可能造成污泥老化、膨胀，好氧池有效容积减小、微生物个体活性降低等负面影响。因此，在污泥高浓度的运行下，要保持正常的处理能力，必须要进一步提高运营管理能力，并采取适当的措施减少污泥老化、膨胀带来的负面影响。目前，从东莞市BOT污泥高浓度运行的污水处理厂来看，负荷率均大于100%，有三分之一达到了130%。截至目前，东莞市还未出现因污泥高浓度运行而造成污水处理厂减产的案例，但污泥高浓度运行存在的风险不容忽视，还是要加强管理，如发现苗头要及时实施压泥清运等措施，以控制污泥浓度。

3.2 最大污泥浓度限值分析

污泥浓度（MLSS）是反应池处理效果好坏的重要因素，也是优化反应池正常运行的一项重要控制参数，且直接决定着单位体积反应池中活性污泥的微生物数量。理论上，反应池混合液中的MLSS数量越高，反应池中聚磷菌和反硝化细菌的数量就越多，脱氮除磷效果越好，但太高则会引发污泥膨胀，导致剩余污泥较多，污泥处理成本升高等一系列的问题；而MLSS过低，单位体积反应池内的微生物数量就越低，则导致生物处理效果不理想。因此，污泥浓度应维持在一定的范围内[4]。

国内外活性污泥法的污泥浓度一般在控制在3 500～5 000 mg/L。从设计角度看，根据《室外排水设计规范》（GB 50014-2016），活性污泥法的污泥浓度大部分在2 500～4 500 mg/L，最高不超过6 000 mg/L。活性污泥法的污泥浓度范围详见表2。

表2 活性污泥法的污泥浓度范围

根据东莞市市政污水处理厂的历年运营情况，因末端污泥处置问题未妥善解决，部分污水处理厂的污泥浓度即使维持在7 000～8 000 mg/L，也未对污水处理厂的正常运营造成本质影响。

综上所述，结合工程设计、国内外学者研究及东莞市实际情况，建议污泥高浓度运行的BOT污水处理项目，将污泥浓度保持在6 000 mg/L以下较为稳妥。

4 影响污泥浓度提升的原因及风险

4.1 影响污泥浓度提升的原因

4.1.1 曝气过度，溶解氧值控制过高

曝气过度对活性污泥含量的增加有负面影响，主要体现在活性污泥提升的过程中，生成的游离细菌极易被过度的曝气而氧化，这会导致活性污泥的含量无法逐步增加。因此，为了保证合适的曝气量，要求作业技术人员要定期地加以核实，且曝气效果也是整个生化池区域内的溶解氧值。

4.1.2 营养剂投加不足

投加营养添加剂，对于活性污泥化培菌工艺和产品车间正常运转都是十分关键的。因为，营养作为细菌的必要构成元素是一定不可缺少的，不然，会极大遏制最基本的细菌胶团形成。而当增加了活性污泥含量的时候，就必须合理加大营养剂的投入额，不然会导致投加不够的现象出现，这时就会对活性污泥的正常功能代谢形成危害。

4.1.3 进水底物浓度太低

通常，活性污泥的生长和增殖所需要的主要能源都来自于污水中和废水中的有机质，因此，有机质的浓度就决定了支撑一个多大群落的活性污泥总量。正是这一基本原理，相关技术人员才了解活性污泥的浓度并不能盲目提高，因为其会受到基质含量浓度的影响。所以，在需要增加活性污泥的含量时，还要明白为什么要增加传统活性污泥法的含量，不能若无目的地提高活性污泥含量。这主要是因为，当活性污泥的含量保持在动态平衡状态时，此时就会与入水基质的含量相同。但若漫无目的地增加活性污泥的含量，基质浓度可能无法跟上，就会导致活性污泥的含量无法增加[5]。

同时，若在长期不排出污水的状况下提高活性污泥含量，活性污泥就会步入老化阶段，进而会减少其含量。所以，如果必须增加活性污泥的含量，就要在恒定底物含量的条件下，使活性污泥法的含量保持在某个高点，就是其峰值限制。但要突破这种峰值极限，就必须增加新的基质含量，并提高活性污泥含量。

4.1.4 含有过量的有毒或抑制类物质

在活性污泥正常生长的过程中，难降解的生物以及有毒的化学物质的进入对其有重要影响。基于这样的状况必须要减少这种毒性物质的排入，要及时对积聚在活性污泥内的有毒或惰性物质利用排泥的方式进行清除，但不能通过降低排泥量来增加活性污泥的含量。此外，提高停留时间也是处理惰性物和难降解有机物的主要方式，这是因为许多难降解物如苯类化合物、印染废水的染料等都必须增加在整个生化体系中的停留时间，方可较为彻底的对其加以处置。

4.2 污泥高浓度运行风险分析

提高污泥浓度，可使污泥中存在的微生物数量随之不断增加，但因有机物总量基本保持不变，当微生物的数量不断增多时，彼此之间必然会因为食物而出现激烈的竞争。而当微生物的数量处于饱和状态后，若污泥浓度仍然继续增加，不但不能使微生物的数量持续增加，相反还会使大量的微生物相继死亡，引起污泥膨胀，就会对活性污泥法的沉淀特性产生一定的负面影响。因为污泥膨胀会抑制二沉池中泥水分离的功效，而在二沉池中未经沉降析出的回流污水又易随制水流失，而大量活性污泥的流失会导致出水处含有大量淤泥而浑浊，导致出水的悬浮液指标超标。另外，由于膨胀污泥的分子结构比较松散，导致二沉池中的污水沉淀效果不佳，而若没有及时进行适当地处置，则回流至曝气池中活性污泥的含量也相应减少，造成有机质的吸收和生物分解能力减弱，从而也就无法达到污水处理的要求[6]。

5 污水处理效果及成本影响

5.1 污水处理效果

活性污泥法是通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物转化为稳定、无害的物质。因此，在一定程度上，污泥浓度升高有助于有机物的去除，即高浓度的污泥可增强系统抵抗低温、进水负荷冲击的能力。在污水处理厂提标改造中，有学者研究通过提高污泥浓度来提高污水出水水质。一系列实例证明，污泥浓度的适当提高有助于有机物的去除[7-8]。但污泥浓度也不能太高，太高的污泥浓度会打破生化系统脱氮除磷等动态平衡，导致系统不能稳定运行。同时，正常排泥也是保持系统稳定的重要因素之一，所以，不能盲目追求污泥的高浓度而长期不排泥。因此，污泥要维持一定的浓度，并正常排泥。需要注意是，污泥高浓度运行，但也要保持污泥的活性，仍要保持及时排泥，避免死泥的累积，影响污水处理效果与好氧池容积。

5.2 运营成本影响

污泥高浓度运行，微生物的数量增加，耗氧量也随之增加，为保证好氧池的溶解氧浓度，需要增大曝气量，否则可能导致污泥老化，水的SS上升，增加了污水处理厂的运营成本。同时，这也对污水处理厂的运行管理提出了更高的要求。

6 对东莞市政污水处理的建议

目前，以东莞市污水处理项目中污泥的产生、处置情况及未来的规划为基础，再结合近年来东莞市污水处理项目的运行情况，污泥高浓度运行的情况正逐渐改善，趋势逐渐向好，并逐渐恢复到正常的污泥浓度范围。因此，污泥高浓度运行所带来的风险总体可控。污水处理厂污泥浓度建议保持在6 000 mg/L以下。

6.1 加强污水处理厂的运营监督管理

要保障污水处理厂的正常运营，必须要加强运营监督管理工作，以减少和防止因人为因素造成的非正常运营状态。一是污水处理厂需提升运营管理水平，增加应对负荷冲击的能力，减少在运营过程中出现不合理添加各种药剂的情况；二是针对个别污水处理厂出泥能力不足的情况，尽快要求其增加设施，提升污泥出泥能力；三是健全进水异常情况反馈机制，当发现进水异常时要及时反馈、及时排查处理。

6.2 污泥处理稳定化

在污水处理厂运行过程中，只有使污水处于平衡状态,才能合理降解污水中的各类有机物微生物，减少污泥的含水率，保证污水浓度处于一种比较稳定的状况，同时，也减少了污水中的病原体和细菌等有害物质，降低了污水的臭味程度。因此，为了使废水成分处于平衡状态，可以选择加入各种高效的化工制剂，甚至可以使用厌氧消化状态工艺等，从而促使污水中的细菌被降解消除，避免污水在处理中发生重复排污的情况[9]。

6.3 污泥处理减量化

在BOT污水处理厂对其污泥脱水间进行改造时，是由现状的带式脱水改为板框脱水。目前，国内已有很多成熟可靠的板框压滤脱水技术，不仅处理效果好，而且机械模块化程度还高，维修简单方便。同时，实现了出厂污泥含水率在60%左右。水务集团对万江、温塘等污水处理厂进行了相关试验（满负荷试验），通过投产之后对四个技术的脱水效果、建设成本、直接运行成本、占地面积、环境影响、污泥增量、污泥热值影响来筛选合理的技术和设备。从试验结果来看，其完全能满足设计要求的含水率，含水率可实现最低50%的要求。

6.4 污泥再利用

污泥在经过燃烧后，剩下的灰质物可以制作成各种添加剂，比如说污泥陶粒、污泥砂以及污泥砾石等多种建筑材料。而且，还可以与建筑垃圾破碎混合，加入水泥搅拌，制成气泡水泥砖，该产品是一种轻质隔热、节能环保、抗压抗震的新型墙体材料。通过实验发现，由污泥燃烧剩余物质所制造而成的建筑用砖、水泥等，质量并不亚于一般的建筑用砖、水泥。另外，由于污泥中含有或多或少的重金属，重金属经过燃烧会固定在污泥建筑材料中。而生活污泥中还存在着相当多的细菌蛋白质，因此，能够使用这种细菌蛋白质制成胶合生化纤维板，甚至是生物蛋白塑料等。同时，还可以把污泥饼底制作为阻碍材料，主要为了防止填埋的污染物出现迁移问题。因为污泥底灰经挤压后，其剪切强度要远高于压实粘土，所以，经过压实的污泥底灰能够在斜坡上维持长时间的稳定状态。

7 结语

BOT污水处理厂目前主要采用的带式脱水机、无相应的存泥空间，再加上金茂公司拉泥不及时，使污水处理厂无法排泥，导致生化系统污泥升高。到2021年4～6月，东莞市污泥高浓度运行BOT污水处理项目受其他因素干扰相对较少，基本能反映未来常态运行状况，因此，以4～6月污泥浓度数据，采用多项式拟合，对未来东莞市污泥高浓度运行BOT污水处理项目污泥浓度情况进行了预测。基于此，本文在分析了污泥浓度升高对污水处理影响的同时，也探究了一些解决方案及措施，促使在今后的污水处理工艺中合理提高或减少污泥浓度，从而进一步提升污水处理技术。