城市污水處理廠污泥減量化的途徑分析

（一）污泥處理處置困難的本質原因（二）未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢城市污水處理廠污泥減量化的途徑分析西方國家七十年代末期全面開始污泥處理處置。三十多年來，在污泥處理處置以及資源化方面成果顯著，但污泥問題仍未根本解決。中國則處于起步階段。世界范圍內，污泥問題還沒有解決。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢美國年產750萬噸干污泥；歐洲年產

1000萬噸干污泥；中國年產500萬噸干污泥；全球年產

3000萬噸干污泥，折合濕污泥

1.5

億噸。偌大一個世界，這點污泥怎么就成了一個問題？未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢1.5

億噸無機物（渣土）？不難；1.5

億噸有機物？也不難。難在：是含有1.5

億噸高比例的“活性有機物”，活性污泥！這些活性污泥，減容難、穩定化難！減容：難以濃縮、難以脫水、難以干化（50%

-

55%的粘滯區）穩定化：厭氧消化、好氧發酵，穩定化程度低。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢活性污泥是以活細胞形態存在的有機物-水的特殊水和結構：自由水（free)：不受固體顆粒影響。束縛水（bound）：受到束縛。間隙水（interstitial

）：絮體間毛細作用束縛的水；表層水（vicinal）：絮體粘滯力束縛的水；結合水（hydration）：結構水、內部水、細胞內部水。污泥中存在大量活細胞。大量水分和有機物都被“吸附”

在細胞外、或“包裹”在細胞內，導致脫水難、不易降解，成了污水處理的“累贅”！活性污泥法污水處理過程，產生了活性污泥。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢1914年4月3日，Ardern

和

Lockett

在英國皇家化學學會年會上宣讀了論文《無需濾池的污水氧化試驗》，被認為是活性污泥法正式誕生。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢活性污泥法:污水中約30-50%的COD轉入到了污泥中，轉入污泥的N約30-45%，P約90%。如果污泥不及時進行處理處置，從節能減排的角度上看，污水處理設施只做了一半或者三分之二的工作，所以污泥處理處置是污水處理或節能減排當中很重要的一個環節。國際上污泥處理處置技術工藝，主要緊扣四化：穩定化、減量化、無害化、資源化。我國在污泥減量化方面做了大量的工作，但離真正的減量化還有一定的距離。從技術層面上說，我國污泥處理處置主要考慮的是穩定化的范疇，而資源化利用方面，則沒有太多考慮。這些文章均指出：活性污泥法處理污水效果好，但留下了難以處理的活性污泥！

時至今日，仍是問題未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢活性污泥法還將服務下一個百年嗎？目前，世界同時面臨著水污染、缺水、氣候變化、能源危機以及資源枯竭等許多危及人類社會可持續發展的重大問題，而污水處理與這些人類社會重大問題密切相關。活性污泥法實現污水處理功能是以高能耗為代價，這些能耗被用于為微生物供氧分解污水中的有機物，而這些有機物本身卻是能量載體。因此，活性污泥法被形象地表述為“以能量摧毀能量”的技術，也是“減排水污染物、增排溫室氣體”的技術。總體來說我國的污泥處理技術路線都是傳統的、國際通用的技術，這些技術都可以解決污泥四化的問題，所需費用每噸污水約0.2-0.5元。但是，由于責任主體不明確，各地在進行污泥處置時，費用問題并沒有落實，導致了現在的各種問題。撇開技術路線，從整個污泥處置的角度來考慮，國內外的趨勢都是建材和土地利用。基于以上分析，雖然活性污泥法還會慣性地為人類繼續服務，但我們有理由認為，它不會持續成為下個一百年的主流技術！（三）革新方向

活性污泥法將50%左右的有機物分解成水和二氧化碳，另一部分合成為生物菌體，在“以能量摧毀能量”的同時，產生大量難以處理的生物污泥。

因此，人們很自然地希望污水處理首先是對有機物進行厭氧產能或分離后厭氧產能，而不是好氧氧化分解與合成。

但是，如果有機物首先被分離或處理，污水中將會留下待處理的無機營養物質。無機磷通常可通過生物或化學過程實現高效去除，不存在技術障礙，問題主要集中在無機氮的去除。氨氮通常通過硝化和反硝化過程轉化為氮氣脫出，硝化過程需要大量能耗，因此人們一直在探求低能耗硝化工藝。另外，反硝化過程需要消耗大量碳源，如果有機物首先被分離，反硝化則無法進行。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向如果存在低能耗和低碳源需求的脫氮技術，污水處理過程將發生重大變化：采用產能的厭氧處理替代高能耗的好氧處理，首先將有機物去除并回收能量，進而再將無機氮進行低能耗去除。厭氧氨氧化（ANNAMOX

）技術有可能讓這一設想變為現實！未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向如果存在低能耗和低碳源需求的脫氮技術，污水處理過程將發生重大變化：采用產能的厭氧處理替代高能耗的好氧處理，首先將有機物去除并回收能量，進而再將無機氮進行低能耗去除。厭氧氨氧化（ANNAMOX

）技術有可能讓這一設想變為現實！未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向與傳統硝化/反硝化工藝相比，厭氧氨氧化曝氣能耗降低了60%、碳源減少100%、污泥量減少90%，優勢巨大。經過近十年的研究與實踐，厭氧氨氧化技術發展迅速，采用SBR、顆粒污泥和MBBR等反應器形式，開發出了DEMON、PN/AA、ANAMMOX、ANITA

Mox、DeAmmon以及RBCs等工藝，目前已建成生產性設施約

100

座，絕大部分運行良好。現有設施主要集中在高氨氮廢水的處理，75%

的設施用于污泥消化液或脫水濾液的脫氮（側流應用），而厭氧氨氧化技術的最大潛力應是直接處理生活污水（主流應用）。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向厭氧氨氧化技術在側流的應用已經較為成熟，在主流應用目前還存在技術瓶頸！與側流相比，主流應用工況有三個顯著變化：溫度低了，成為常溫；氨氮濃度低了，每升只有數十毫克；反應器大了，控制難度增加。這三個工況變化導致厭氧氨氧化微生物生態系統不穩定：溫度低、氨氮濃度低，致使厭氧氨氧化菌增長慢，難以補充隨出水的流失；溫度低、氨氮濃度低、pH值無法控制、溶解氧難以控制，致使無法抑制或淘汰硝化菌（NOB），難以形成亞硝酸鹽積累，無法使氨氧化菌具有競爭優勢，進而使導致出水硝酸鹽越來越高。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向針對上述問題，歐美幾個大型課題組近幾年開展了厭氧氨氧化主流應用的大量小試和中試研究，提出一些解決對策，初步證明了厭氧氨氧化主流應用的可行性。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向目前提出的主流控制對策：（a）通過水力旋流器富集剩余污泥中的AMX；（b）將側流工藝中水力旋流器的溢流液排入主流反應器，倍增AOB；（c）將側流反應器的混合液排入主流反應器，倍增AMX；（d）主流反應器間歇曝氣，抑制NOB。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向在主流應用中獲得突破的因素可能還有：（1）高濃度處理設施作為污水處理主流設施的種源；（2）運行成功的主流處理廠之間相互種源互備；（3）采用生物菌劑制備技術大量生產種源，解決主流不穩定問題；未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向在主流應用中獲得突破的因素可能還有：（4）自然界大型種源的發現；已經確認，水陸交界處沉積淤泥中的

Anammox

菌最豐富，是厭氧氨氧化反應的熱區。祝貴兵研究白洋淀湖濱濕地岸邊帶系統，發現岸邊帶水路交界區淤泥中厭氧氨氧化速率高于水相和陸地，并算出厭氧氨氧化產生氮氣占總氮氣生成量的比值達到

11%

-

35%

。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向在主流應用中獲得突破的因素可能還有：（5）在生產規模上開展探索研究，可能利于突破。技術研發在打通技術路徑后，就必須走出實驗室，采用工程手段解決問題。近兩年，西方企業界已經開始厭氧氨氧化主流應用的研究，將大大加速進程。帕克、普拉克、DHV、威立雅

等大型企業已經開始主流厭氧氨氧化的研究。未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢（三）革新方向Glen

Daigger

預測未來十年內將獲得突破并進行大規模應用Mark

van

Loodrecht

預測未來五年內將獲得突破并進行大規模應用未來污水處理情境下污泥問題的變化趨勢

碳磷深度分