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(duì)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(duì)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。可見，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(duì)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(guó)家的污水污泥處理已經(jīng)比較完善，如德國(guó)，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(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的不良影響以及二次污染，德國(guó)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：

(1) 濃縮→脫水→焚燒;

(2) 濃縮→消化→脫水→焚燒;

(3) 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(guó)城市污水處理有了較大的發(fā)展，全國(guó)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(guó)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(guó)城市污水處理廠污泥處理起步較晚，在國(guó)家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)中，對(duì)污泥處理和處置做了大量的研究工作(以天津?yàn)橹饕�科研基�?，使我國(guó)的污泥處理技術(shù)得到了一定程度提高，但與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比，污泥處理和處置還有一定差距。我國(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力所限，另一方面是我國(guó)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(guó)除了不斷引進(jìn)、吸收國(guó)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(duì)我國(guó)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(cè)定與分析，從我國(guó)國(guó)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(guó)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(duì)象，分析在實(shí)際測(cè)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(guó)目前最大的二級(jí)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(jí)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(duì)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(duì)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(duì)污水處理效果也有一定影響。因此，對(duì)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(duì)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。

3研究?jī)?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?jī)?nèi)容主要有：

(1)對(duì)高碑店污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定

測(cè)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(duì)污泥進(jìn)行研究，才會(huì)對(duì)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(duì)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(cè)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(cè)定污泥處理工藝中各階段污泥中N、P含量，并測(cè)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(duì)N、P的去除情況以及其對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)污泥處理系統(tǒng)的影響，污泥處理系統(tǒng)的不同對(duì)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(cè)定工作和部分污泥脫水性能的試驗(yàn)。測(cè)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(cè)定的是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ系列，泥區(qū)測(cè)定的是一期工藝。測(cè)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�評(píng)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(duì)2002年的測(cè)定資料進(jìn)行初步分析。

(1)水質(zhì)測(cè)定初步分析

表1 2002年水質(zhì)測(cè)定結(jié)果

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(cè)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(cè)定中主要參數(shù)、不同測(cè)點(diǎn)的各季平均值的變化范圍。因?yàn)楦弑�店污水處理廠運(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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)定的結(jié)果。從測(cè)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(cè)定結(jié)果

表3 污泥中脂肪、蛋白及碳水化合物

2002年對(duì)高碑店污水處理廠泥餅熱值的測(cè)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�泥餅的熱值一般在10 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(cè)定數(shù)據(jù)還不全面，而且在2002年測(cè)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(cè)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�；旌衔勰嘤袡C(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(duì)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(cè)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(píng)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。