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水务热点 | 如何让污水处理厂只排清水不排泥? 用超声-碱破解污泥回用

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导 语

2020年全国干污泥产量高达1162万吨,“重水轻泥”的传统发展模式已经难以为继。针对这一问题,北京市环境保护科学研究院的研究者将研究方向对准了污泥本身:能否让生化池内的微生物消解系统自身产生的剩余污泥,将污水处理厂改造为“只排清水、不排污泥”的循环处理系统?研究者采用超声联合碱处理工艺破解污泥细胞,将细胞分解释放的胞内有机物回喂给微生物,该技术路线即为隐性生长减量。研究团队开展的小试实验以实际污水为进水,将原本每日需要外排的全部剩余污泥进行破解后回用,成功实现了“污泥趋零排放”运行:该运行模式无需外排污泥,脱氮率反而从49.7%提升至62.0%,外加碳源的投加量也减少了46.7%。

01

先认识三个关键词

  • 污泥趋零排放:传统AO工艺每天都需要排出一部分剩余污泥,否则系统无法正常运转。所谓趋零排放,就是将原本需要外排的污泥全部破解后送回生化池,让系统几乎不再外排污泥,从而消除污泥外运和处置的压力。

  • 超声-碱组合破解:通过破解污泥释放碳源,相当于给微生物“开壳放粮”。碱先破坏细胞壁,超声波再依靠空化效应震碎细胞,胞内的有机物和氮磷营养随之释放,成为可被微生物利用的“破壁营养液”。已有正交实验证实,该参数是超声-碱组合工艺回收碳源的最佳运行参数;在此条件处理后,溶解性化学需氧量、总磷、总氮和氨氮浓度可分别从23 mg/L、3.66 mg/L、57.6 mg/L、0.85 mg/L提升至3316 mg/L、41.3 mg/L、318.1 mg/L、53.8 mg/L,显微镜观察结果也可证实,该工艺条件下污泥絮体能够被充分破碎,可有效实现胞内物质的释放。

  • 隐性生长(碳源回收):微生物通过利用破解后污泥中的菌体物质实现自身增殖,这一过程不需要额外投加碳源。破解液本身富含有机物(COD约3316毫克/升),送入缺氧池后恰好可以作为反硝化细菌的碳源,可谓一举两得。

02

研究者是怎么做的

本次试验设置两套完全相同的AO反应器开展对照研究:对照组按照传统工艺模式每日排泥,试验组则将原本需要外排的污泥全部经超声-碱破解后回流,整个试验周期内不对外排泥。试验进水为实际混合污水,由生活污水和实验室废水混合而成,进水水质参数为COD 400~500毫克/升、氨氮55~65毫克/升、总氮75~85毫克/升,且两套系统的进水流量保持一致。


图1 处理工艺流程:剩余污泥经超声-碱破解后回流至缺氧池,实现不排泥运行

试验运行分为三个阶段:阶段1共20天,两套系统同步启动,均保持正常排泥,以此确认两者初始工况一致;阶段2共18天,对照组维持原排泥模式运行,试验组则开启污泥趋零排放模式;阶段3共40天,针对试验组运行中暴露的问题开展参数优化,将好氧池水力停留时间(HRT)从12.0小时延长至14.4小时,并按800毫克/升的投加量适量投加外加碳源乙酸钠。

03

效果:一边省泥,一边补碳

污泥破解回用等于往系统里加料,对出水的影响要分项看:


图2 阶段2两套反应器出水对比:破解污泥回用后COD略升、氨氮几乎不变、TN明显下降

COD存在小幅影响:破解回用会使进水COD平均升高37.21%,达到570~650毫克/升,出水COD则升至34.2~45.2毫克/升。虽然COD去除率仍可达到93.7%,但出水浓度比对照组的22.0~29.7毫克/升高出不少。结合我国排污许可要求,污水处理总排口化学需氧量许可排放日均浓度限值为50mg/L,国内多数城镇污水处理厂出水COD排放限值为40mg/L,本次试验出水COD上限已经达到45.2mg/L,直接外排存在超标风险,这也说明污泥破解回用无需额外工艺调整的说法并不成立,仍需配合工艺优化运行。

氨氮几乎无影响:破解液中的氨氮浓度与进水接近,两组出水氨氮均稳定在1.2毫克/升以下,平均去除率分别为98.4%和98.7%,远低于全国排污许可证管理信息平台公开的排放限值——城镇污水处理厂主要排放口为5mg/L,工业污水处理场出水总排口为3mg/L,可见污泥趋零排放模式并未影响硝化效果,处理能力完全满足排放要求。

总氮获得额外碳源增益:这是本次试验最亮眼的发现。破解污泥释放的有机物可直接作为缺氧池反硝化的碳源,试验组总氮平均去除率从49.7%大幅提升至62.0%,出水总氮浓度明显低于对照组,实现了减少污泥排放量同时强化脱氮效果的双重收益。

04

优化:让出水稳稳达标

阶段3针对前期暴露的问题调整优化:延长好氧池HRT后,出水COD逐渐降至26~29毫克/升,满足北京市《水污染物综合排放标准》(DB11/307—2013)B级限值要求(COD<30毫克/升);从第11天起补充投加800毫克/升乙酸钠后,出水总氮稳步降至12毫克/升左右,出水水质稳定满足达标要求(TN<15毫克/升)。

05

算一笔经济账

若要保证总氮达标,对照组需将乙酸钠投加量提升至1500毫克/升,对应日投加量为75克;而试验组依托破解液自带的碳源,仅需补充投加800毫克/升,对应日投加量为40克。折算下来,试验组外加碳源的日投加量减少35克,降幅约为46.7%;按碳源市场价4000元/吨估算,处理每吨污水可节省约2.8元的碳源成本,对于大型污水处理厂而言,是相当可观的成本节约。

06

一个值得注意的变化

连续运行78天后,我们还观察到一项特殊现象:试验组混合液中挥发性固体占比(MLVSS/MLSS)从0.77逐渐降至0.70左右,说明破解液回用会让系统内无机物逐渐累积,污泥活性出现小幅下降。尽管该占比仍处于传统活性污泥法的典型范围(0.70~0.80)内,但长期运行是否会影响系统处理性能,仍值得进一步跟踪研究。


图3 试验组与对照组MLSS、MLVSS及活性比值随时间变化

07

结论

本次小试研究证明:基于超声-碱组合技术的污泥趋零排放AO工艺具备可行性,该工艺可实现剩余污泥不外排,破解液回用可作为碳源强化脱氮效果,能够将AO工艺的总氮去除率由49.7%提升至62.0%,同时可节省近一半的外加碳源,相较于传统工艺,外加碳源投加量可降低46.7%;破解后的污泥上清液碳氮比可达到10.6,基本满足补充进水碳源的需求。配合延长HRT与适量补碳后,出水可满足北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)的B级排放要求,该标准B级要求COD质量浓度<30 mg/L,氨氮质量浓度<1.5 mg/L,TN质量浓度<15mg/L。但该工艺的代价与风险同样清晰:出水COD会出现短暂抬升,系统内可能存在无机物累积,仍需开展工艺优化与长期跟踪研究。对于有减泥降本需求的污水处理厂,该工艺路线提供了扎实的实践参考。

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引用信息

陈玉朋, 刘思贝, 许茹悦, 等. 基于超声-碱组合技术的污泥趋零排放AO工艺运行效果[J]. 净水技术, 2026, 45(4): 117-123.

DOI: 10.15890/j.cnki.jsjs.2026.04.013

来源:本文内容为AI改编,原文出自《净水技术》论文《基于超声-碱组合技术的污泥趋零排放AO工艺运行效果》,作者陈玉朋、刘思贝、许茹悦等(北京市生态环境保护科学研究院)

编辑:黄智恒

排版:李滨妤

审核:孙丽华

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