零(ling)污(wu)泥排放”或低(di)污(wu)泥量排放的好氧(yang)生物處(chu)理工(gong)藝在部分小型污(wu)水處(chu)理工(gong)程(cheng)得到應用。然而，個人認為“零(ling)污(wu)泥排放”并非(fei)是系統中沒有污(wu)泥產生。依據一些(xie)成功案例，現(xian)將(jiang)“零(ling)污(wu)泥排放”加以闡述(shu)，同(tong)時分析(xi)其(qi)經濟(ji)技術上的可行性，以供(gong)環保同(tong)行參考。

一、成因分析‍

形(xing)成“零污(wu)(wu)泥排(pai)放”的(de)主要(yao)原因(yin)為：有(you)機負荷非常低(di)，微(wei)生(sheng)物在(zai)曝氣池內(nei)長期處于內(nei)源呼(hu)吸，增長的(de)污(wu)(wu)泥量(liang)大部分(fen)自身氧化(hua)，剩余(yu)污(wu)(wu)泥量(liang)很少(shao);有(you)少(shao)量(liang)的(de)剩余(yu)污(wu)(wu)泥隨沉淀池出水帶出，從而形(xing)成生(sheng)化(hua)處理(li)系統無剩余(yu)污(wu)(wu)泥排(pai)放的(de)表象。表1為2個基本無剩余(yu)污(wu)(wu)泥排(pai)放的(de)生(sheng)物處理(li)工程實例數據分(fen)析。

表1基本無(wu)污泥排放生(sheng)物處理工(gong)程(cheng)實例

基本無污泥排放生物處(chu)理工程(cheng)實例

由Monod有(you)機底物降解與微生物增(zeng)長動力學方程得(de)：

△X=Y(So-Se)Q-KdVXv(1)

△X—每日增長的揮發性污泥量(VSS)，kg/d;

(So-Se)Q—每(mei)日有機底物降(jiang)解量(BOD5)，kg/d;

VXv—曝氣池(chi)混合液中揮發性污泥總(zong)量，kg/d;

Y—產率系數;

Kd—活性污泥微生物內源(yuan)呼吸自身氧化(hua)率，d-1;

So、Se—進水(shui)、出水(shui)BOD5濃度，mg/L;

Q—日(ri)處(chu)理污水量(liang)，t/d;

活(huo)性污(wu)泥法(fa)BOD5污(wu)泥負荷(he)Nrs表(biao)達式為：

Nrs=(So-Se)Q/VXv，(2)

將式(2)代入式(1)并整理得(de)：

△X=(So-Se)Q(Y-Kd/Nrs)(3)

由式(3)可知，對于某(mou)一確(que)定的污水，其(qi)So、Se、Q、Y、Kd相(xiang)應確(que)定，增長污泥量是污泥負荷Nrs的函數。以(yi)生活污水為例(li)，取Y=0.58，Kd=0.075d-1,當(dang)進水BOD5濃(nong)度So=200mg/L，出水BOD5濃(nong)度Se=20mg/L，處(chu)理(li)流量Q=600m3/d，其(qi)增長揮發(fa)性(xing)污泥量為：

△X=108(0.58-0.075/Nrs)

其增長污泥(ni)量與(yu)污泥(ni)負荷(he)之間的關系如圖1所示。

增長污泥量與(yu)污泥負(fu)荷之間的關系

式(3)中(zhong)，當Y≤Kd/Nrs時，表明(ming)增(zeng)長(chang)的(de)(de)微生物(wu)(wu)量(liang)(liang)與(yu)(yu)微生物(wu)(wu)內源呼吸(xi)減少量(liang)(liang)相等(deng)(deng);但微生物(wu)(wu)通過內源呼吸(xi)，理論上(shang)被(bei)氧化成無(wu)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)極(ji)限值(zhi)為80%，仍(reng)有(you)20%為不能(neng)分解的(de)(de)殘留物(wu)(wu)質(zhi)，再加上(shang)進水攜(xie)帶入的(de)(de)無(wu)機(ji)性固體與(yu)(yu)不可生物(wu)(wu)降解有(you)機(ji)物(wu)(wu)，系(xi)統必然還是有(you)很少量(liang)(liang)的(de)(de)剩余污泥產生，與(yu)(yu)出水帶出的(de)(de)SS量(liang)(liang)基(ji)本(ben)相等(deng)(deng)時，系(xi)統顯示出無(wu)污泥排(pai)放的(de)(de)表象。

以(yi)表1某印(yin)染廠為(wei)例，類似印(yin)染廢水[1]試驗得到Y=0.74，Kd=0.053d-1,其(qi)增長揮發(fa)性污泥量(VSS)為(wei)：

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

取VSS/MLVSS=0.75，則全部污泥增長量為(wei)：

△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(zeng)長量與出水帶出的(de)SS量基(ji)本相近。系統從表象(xiang)上顯示出無污泥排(pai)放的(de)現象(xiang)。

同樣，以(yi)(yi)表1某生(sheng)活污水處理站為(wei)例進(jin)行分析。據(ju)有關研(yan)究，生(sheng)物(wu)接觸氧(yang)化(hua)法BOD5負荷在1.0kg/(m3.d)以(yi)(yi)下時，微生(sheng)物(wu)每降解1kgBOD5所產(chan)生(sheng)的剩余污泥為(wei)0.18kgMLSS[2]，則系統(tong)從(cong)理論上產(chan)生(sheng)的剩余污泥量(liang)為(wei)：

△X’=600(152-5)×0.15×10-3

=13.23kg(MLSS)/d;

相應地出水攜(xie)帶出的(de)SS為：

△X”=600×(18～45)×10-3

=10.80～27.0kg(MLSS)/d;

理論計算污泥增長(chang)量與出水帶出的SS量也基本相近。

二、技術經(jing)濟分析比(bi)較

污(wu)水(shui)(shui)好氧(yang)(yang)(yang)生物處(chu)(chu)理(li)系統產生的(de)增殖污(wu)泥減(jian)量化(hua)(hua)(hua)(hua)有(you)多種途徑。除低負荷自身內源(yuan)呼吸減(jian)量外，主要有(you)厭氧(yang)(yang)(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)、好氧(yang)(yang)(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)及(ji)堆(dui)肥(fei)等。采(cai)用活(huo)性污(wu)泥法(fa)工藝的(de)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)廠(chang)中(zhong)，剩(sheng)余(yu)污(wu)泥在(zai)濃(nong)縮后(hou)可以進(jin)行(xing)厭氧(yang)(yang)(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)脫水(shui)(shui);對小型污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)站(zhan)，活(huo)性污(wu)泥法(fa)或(huo)(huo)生物接觸氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)法(fa)工藝運行(xing)中(zhong)產生的(de)增量污(wu)泥，可以進(jin)入污(wu)泥好氧(yang)(yang)(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)池減(jian)量化(hua)(hua)(hua)(hua)或(huo)(huo)直(zhi)接濃(nong)縮脫水(shui)(shui)。這些方法(fa)在(zai)技術上都是可行(xing)的(de)，但在(zai)投資、運行(xing)成本(ben)及(ji)管(guan)理(li)上存在(zai)較大(da)的(de)差異。下(xia)面以日處(chu)(chu)理(li)量為10000m3/d規模(mo)的(de)城市污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)廠(chang)采(cai)用不同(tong)污(wu)泥減(jian)量與(yu)處(chu)(chu)理(li)方法(fa)進(jin)行(xing)比(bi)較分析。

1.工程費用(yong)

采用普通活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)法(為(wei)比較分析簡化，不(bu)考慮(lv)脫(tuo)氮(dan)除磷因素(su))，BOD5污(wu)(wu)泥(ni)(ni)負(fu)(fu)荷為(wei)0.3kg/(kg.d)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃(nong)(nong)度2.0g/L，由微生物增殖產生的含水率為(wei)99%的污(wu)(wu)泥(ni)(ni)以150m3/d計;低負(fu)(fu)荷活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)法BOD5污(wu)(wu)泥(ni)(ni)負(fu)(fu)荷為(wei)0.075kg/(kg.d)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃(nong)(nong)度3.5g/L;采用不(bu)同污(wu)(wu)泥(ni)(ni)減量與(yu)處(chu)理方案的工程費用測算見表2。

表2不(bu)同污(wu)泥減量(liang)與處理方(fang)案的工(gong)程(cheng)費(fei)用測算(萬元)

不同污泥減量與(yu)處理方案的工程費用(yong)測算

1)低負荷工(gong)藝仍有少(shao)量污泥排放，故仍需建污泥池。

2)曝氣池土建費用以550元(yuan)/m3容(rong)積(ji)計(ji)，因供(gong)氧增加的鼓風設備投資增加量未計(ji)入(ru)。

從表2可(ke)見(jian)，采用低負荷活(huo)性污(wu)泥法工藝(yi)減少了污(wu)泥排放量，但大幅度(du)提高了工程(cheng)(cheng)的投(tou)資費用。以城市污(wu)水處理廠(chang)常(chang)規1100元/(m3.d)工程(cheng)(cheng)造價估算，整個工程(cheng)(cheng)費用方(fang)案(an)(an)3比(bi)(bi)方(fang)案(an)(an)1增加了11%左(zuo)右，比(bi)(bi)方(fang)案(an)(an)2增加了17%左(zuo)右。

2.運行成本

供氧(yang)耗電成(cheng)本(ben)是污水好氧(yang)生物處理成(cheng)本(ben)的(de)主要(yao)部分，活性(xing)污泥法需(xu)氧(yang)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(shui)取(qu)a′=0.48，b′=0.15，其負荷(he)變化與(yu)需(xu)氧量(liang)的關系式為(wei)：

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

需氧量與負荷之間的(de)關系如圖2所(suo)示(shi)。

同表2各方(fang)案工藝參(can)數相同，采用不同處理方(fang)案的(de)供氧耗電成本及(ji)其它運行成本測(ce)算比較(jiao)見表3。

從表3可見(jian)，盡管低負荷工藝省卻了多項污(wu)泥(ni)處(chu)理費(fei)用，但其(qi)供氧電耗增加量很大，*終(zhong)的運行費(fei)用還是(shi)明顯超過了普通負荷工藝。

表3不同污泥減(jian)量與處理方案運行成本測算(元/d)

不同污泥減(jian)量與(yu)處理方案(an)運(yun)行成本(ben)測(ce)算

3.其它方面

占(zhan)地(di)(di)上(shang)，方(fang)案1增加了污泥消化與濃縮脫水的場地(di)(di);方(fang)案3曝(pu)氣(qi)池占(zhan)地(di)(di)面(mian)(mian)積較(jiao)大，但(dan)總體(ti)上(shang)低負荷(he)工藝占(zhan)地(di)(di)面(mian)(mian)積更大。

管(guan)理(li)上，方案(an)3*簡(jian)單(dan)，它省(sheng)去了管(guan)理(li)要(yao)求(qiu)嚴格的污泥厭氧消化工藝，降低了運行管(guan)理(li)要(yao)求(qiu)。

污(wu)泥(ni)處(chu)置上，方(fang)案3避免(mian)了尋(xun)找污(wu)泥(ni)處(chu)置場地以及組織(zhi)運輸的過程(cheng)，使污(wu)泥(ni)處(chu)置過程(cheng)簡(jian)單化。

三(san)、適用范圍及(ji)技術進步探討

1.小型生活污水處理站

通常情況下，小(xiao)型生(sheng)活(huo)(huo)污水(shui)(shui)處理(li)(li)站規模小(xiao)，一(yi)般為(wei)物業管(guan)(guan)理(li)(li)部(bu)門監管(guan)(guan)，管(guan)(guan)理(li)(li)力量(liang)很薄(bo)弱(ruo)，采(cai)用(yong)污泥脫水(shui)(shui)等設備不(bu)僅占地，影(ying)響周圍環(huan)境，而(er)(er)且從運行(xing)管(guan)(guan)理(li)(li)上(shang)而(er)(er)言(yan)也較困難;另一(yi)方面，由于規模小(xiao)，采(cai)用(yong)低負(fu)荷工藝增(zeng)加(jia)的(de)投資和運行(xing)費(fei)用(yong)*值較低，經濟上(shang)實(shi)際(ji)增(zeng)加(jia)的(de)負(fu)擔有(you)限，而(er)(er)在管(guan)(guan)理(li)(li)上(shang)能克服諸多困難，使處理(li)(li)設施能有(you)效運行(xing)。因此(ci)，一(yi)般而(er)(er)言(yan)小(xiao)型生(sheng)活(huo)(huo)污水(shui)(shui)處理(li)(li)站采(cai)用(yong)“零污泥排放(fang)”或低污泥量(liang)排放(fang)好氧生(sheng)物處理(li)(li)工藝是可行(xing)的(de)。

2.工(gong)業(ye)廢水處理站

工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)水處理(li)站(zhan)宜視處理(li)規模、產生(sheng)污泥量(liang)(liang)的(de)大小(xiao)及企業(ye)的(de)管(guan)理(li)水平(ping)來確(que)定。規模小(xiao)、增(zeng)量(liang)(liang)污泥少、企業(ye)管(guan)理(li)水平(ping)較薄弱時，采用(yong)“零污泥排(pai)放(fang)”或(huo)低(di)污泥量(liang)(liang)排(pai)放(fang)好氧生(sheng)物處理(li)工(gong)(gong)藝(yi)是合理(li)的(de)。反之，則會較大地(di)增(zeng)加工(gong)(gong)程(cheng)投(tou)資與(yu)運行費用(yong)，經(jing)濟(ji)上的(de)可行性較差。

3.污水處理廠(chang)

污水(shui)處理廠(chang)由于規模(mo)較大，又有專業的管理力量實施(shi)科學管理，顯然采用此工藝(yi)會較大幅(fu)度(du)增加工程投資與運行費用，根(gen)據中(zhong)國的國情，是欠合(he)適(shi)的。除非在污泥出路特別困(kun)難的場(chang)合(he)可以(yi)考慮采用。

4.技術進(jin)步

據報道，一(yi)些(xie)新開發的(de)(de)(de)復合(he)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)菌群具有(you)(you)相互(hu)共(gong)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)增殖體系(xi)和低污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)增長率，從而達到低剩(sheng)余(yu)(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)排放(fang)量，這一(yi)類型的(de)(de)(de)工藝(yi)有(you)(you)待于一(yi)定規模的(de)(de)(de)工程實踐。另外有(you)(you)報道，對某些(xie)特定類型的(de)(de)(de)有(you)(you)機廢水，通過濃縮污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)(de)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)水解、酸化(hua)，提高污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)在系(xi)統(tong)中的(de)(de)(de)氧化(hua)分解效果(guo)，在經濟(ji)合(he)理(li)的(de)(de)(de)情況下(xia)實現基(ji)本無剩(sheng)余(yu)(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)排放(fang)。因此(ci)，隨著技(ji)術進步，研究技(ji)術可行、經濟(ji)合(he)理(li)的(de)(de)(de)低剩(sheng)余(yu)(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)排放(fang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)處理(li)工藝(yi)，將是(shi)努力(li)和發展的(de)(de)(de)方向(xiang)。