[01579872]污水处理厂污泥水高效低耗处理与资源化技术

污泥水是指城镇污水处理厂污泥浓缩、脱水和稳定等处理环节产生的污水。污泥水水量仅为污水处理厂进水的1～5%,但其氮、磷负荷却分别高达进水的10-50%和10-80%。由于污泥水污染物主要来自于活性污泥吸附与合成代谢的进水污染物,如果将其回流至进水口,既会造成污染物的重复处理有可能导致出水污染物超标问题。因此,分析各污泥处理单元的污泥水特性,评估污泥水对污水处理系统的影响,开发经济可行的污泥水处理关键技术,就成为污水处理厂达标稳定运行的迫切需求。 对污泥处理各单元污泥水水质特性分析表明,重力浓缩污泥水重力浓缩污泥水各类污染物浓度较低,而且水量较大,可以直接回流至主流生物系统。离心脱水污泥水SS、有机物、氮和磷污染物浓度都较高,有机物可生化性较差,氮和磷主要分别以氨氮和正磷存在。深度脱水污泥水具有高碱度、高pH、高COD、高氨氮和高钙离子的特点,COD以溶解性组分为主且可生化性较好（BOD5/COD＞0.3）。污泥水回流造成污水处理厂主流生物处理系统污染物负荷升高,对硝化速率和氧传递速率产生显著的抑制效应。而计算流体力学模拟发现,超大型污水处理厂污泥水回流系统如果设计不当,极易造成配水不均匀,进一步加剧部分生物处理系统的运行负担。 研究表明,以混凝-絮凝为核心的高效沉淀工艺可用于污泥水中总磷和悬浮物的去除。传统的聚合氯化铝（PAC）混凝可有效除磷,但会恶化污泥沉降性能。本课题针对性的开发了PAC与阳离子聚丙烯酰胺复合沉淀技术,并采用响应面法进行沉淀条件优化,实现总磷去除率高达97.7%。通过现场中试试验确定了药剂最佳投加量和短排泥周期（1.5 h）运行模式,实现系统长期稳定运行,出水浊度和TP浓度分别为9.2 NTU和2.5 mg/L。 通过沉淀动力学研究、响应面优化与综合平衡分析,形成了磷酸铵镁法沉淀回收污泥水中氮磷的最佳工艺条件,明确了污泥水中腐殖质对磷酸铵镁形成的抑制机制。结果表明,提高pH和添加晶种均可减小磷酸铵镁法除磷达到反应平衡所用的时间,通过沉淀条件调控可实现氮磷回收率与固体产物粒径的协同优化。磷酸铵镁晶核会吸附腐殖质而掩盖活性位点,阻碍晶体生长,提高pH和镁磷比有助于减小腐殖质对磷酸铵镁法除磷的影响。 针对深度脱水污泥水高pH、高碱度、高钙离子、高COD的特点,创造性地开发了深度脱水污泥水与浓缩脱水污泥水联合脱氮除磷工艺技术。在深度脱水污泥水与浓缩脱水污泥水体积比为15%的条件下,污泥水总磷去除率高于90%,并实现了溶解性有机物和腐殖酸的同步去除。随着体积比的提升,生成物固体结晶度增加,固体主要成分由羟基磷灰石转变为磷酸三钙。通过耦合一体化混凝沉淀与分段进水好氧/缺氧/好氧-膜-生物反应器（OAO-MBR）技术,建立了深度脱水污泥水与浓缩脱水污泥水联合脱氮除磷现场中试装置。长期运行结果表明,向浓缩脱水污泥水中投加深度脱水污泥水能够稳定活性污泥混合液的pH值,增大污泥絮体尺寸,并缓解膜污染。Illumina-MiSeq高通量测序结果表明,该方法能提高微生物种群丰度和多样性,实现硝化菌的富集。因此,两种污泥水联合处理能够充分利用深度脱水污泥水的碳源进行反硝化,完全补偿浓缩脱水污泥水硝化所需的碱度,节省除磷沉淀剂的成本。与此同时,该方法可有效避免高钙离子深度脱水污泥水回流造成的管道堵塞和设备结垢问题。 目前,该成果已经授权国家发明专利4项,发表论文13篇,其中SCI/EI收录5篇。成果已经应用于白龙港污水处理厂污泥水处理系统中,实现了回流污泥水中氮、磷、悬浮物和有机物的高效去除,节省了大量化学药剂的投加,具有显著的经济、社会和环境效益。