*章    有机污泥概况

1.1 污泥定义

  污泥是指用物理法、化学法、物理化学法和生物法等处理废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。

1.2 污泥特性

  污泥的主要特性是含水率高（可达99%），有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输、传递，但很难通过沉降自然固液分离*。淤泥是在静水和缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土。

1.3污泥的危害

  污泥中含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物，任意排入水体将会大量消耗水体中的氧气，导致水体水质恶化，严重影响水生物的生存。除此之外，污泥中还有多种重金属、有毒有害物质、病菌、寄生虫等，处理不当会传播疾病、污染土壤和农作物，并通过生物链转嫁给人类。所以污泥不经过妥善处理而任意排放和堆置。必将对周围环境造成严重污染。已建成的污水厂不能充分发挥其消除环境污染的作用。污泥经过处理，加以综合利用达到无害化、减量化、资源化、稳定化，对减少环境污染具有重要意义。

   随着我国城镇化的不断发展，居民的生活质量得到提升的同时生活污泥的排放量也在逐年增加，这些污泥是污水处理厂和污水处理的必然产物。

1.4 污泥量

截至目前，我国城市污泥的平均增长率由16.82%，生活污水处理后，产生0.3%-0.5%的污泥。处理千吨废水产生3.5m³含水率为为99.2%的污泥，污泥脱水后成为约0.6 m³干泥。

第二章    我国生活污泥处理及应用

2污泥减量化

  污泥无害化减量是污泥处置的重要环节，直接影响污泥资源化处置的效果和成本。目前污泥减量的主要手段有两种：即机械脱水和热干化。

2.1.1   机械脱水   

其中机械脱水一般有带压、板压、螺旋压滤、叠螺机压滤等传统设备。

2.1.2   热干化   

热干化分为中高温直排干化和低温除湿干化。

A:中高温直排式干化

有高温转筒干化、盘式干化、浆叶式干化等传统设备工艺，其共同的特点是固定设施投入相对较低，但是需要配置热源（如天然气、高压蒸汽等）以及天然气供气设施、热风炉、燃烧机、蒸汽锅炉、水处理系统、废气（臭气）处理等设设备，因此综合运行成本较高，一般情况下比低温干化高出40%以上。

   机械脱水与中温干化的共同点是设备投入相对较低，大的不同点在于脱水能力较低（60-80%）。同时因压滤出的水分仍然是污水，必须配套污水处理及臭气处理设施，因此综合成本很高（脱水设备、场地、配套基建、污水处理设备、臭气处理设备、电费、药剂费等）。

B:低温热干化

   经过叠螺机、板框压滤机、带式压滤机等通过机械脱水后，含水率为65％~83％的污泥通过顶部进入进料口，再经过造粒或却条装置，根据泥饼的特性造粒或却条，再落入304不锈钢网带传动，网带不间断工作，干燥的热风从网带的底部送入（送风温度75℃），污泥中的水份吸热后不断汽化，产生大量饱和的水蒸气被带回到网带顶部，热风从顶部循环回到蒸发器（回风温度48~56℃），通过冷凝除湿的方式把水气收集排出，此时，饱和度较低水蒸气的再经过冷凝器加热到75℃，变成干燥高温的热空气，送回到网带底部，进入周期性循环，从而达到污泥干燥脱水的目的。网带采用变频无极调速，污泥的干度10％~60％可调。

      热泵低温除湿干化有密封式低温除湿干化和微负压低温除湿干化两种。密封式低温除湿干化具有运行成本低、占地面积小、作业流程简单、自动化程度高的特点，因此投放市场几年来备受欢迎，同时也暴露出三大问题：作业过程臭气泄漏严重、干湿不匀（“夹心”多需要返混复烘）、故障率高（制冷部件腐蚀损坏严重），因此停机维修量大。

   微负压热泵低温除湿干化在密封式低温除湿干化机的优点基础上集成微负压、废气焚烧热能回用、三回程连续式薄化干燥三项技术，*解决了臭气泄漏、干湿不匀、故障率高三大问题，使低温除湿干燥技术日臻*，其环保性、稳定性和性价比优势相对于各类脱水设备更加明显。

2.2 填埋

2.2.1垃圾填埋场如何处理污泥

按《GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准》规定：生活污水处理厂污泥经处理后含水率小于60%，可以进入生活垃圾填埋场填埋处置。

在实际操作中，有些是用化肥袋装袋后填埋，有些是加水泥石灰半稳定化后直接填埋。有些是索性啥都不做，直接往垃圾上一倒

现在国家标准污泥含水率低于60%才可以进垃圾填埋场，否则容易引起一些问题：比如不易填埋作业，渗滤液增加，堵塞排水排气管道，影响填埋场堆体稳定性，易引起滑坡，甚至还有压实后的污泥，从堆体缝隙出喷出来的情况。

2.2.2城镇污泥处理国家相关规定有哪些

1、《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的规定：生活污水处理厂污泥经处理后小于60%时，可以进入生活垃圾填埋场填埋处置。

2、《城镇污水处理厂污泥处置-混合填埋泥质》(CJ/T249-2007)中的规定：污泥用于混合填埋时，其含水率应小于等于60%。污泥用作垃圾填埋场覆盖土时，其含水率应小于45%。

污泥填埋处理操作上相对简单，但是对场地的要求较高：既要防止渗滤液、微生物对地下水体的污染，还要考虑污泥发酵所形成气体的二次污染。目前我国污水处理厂污泥填埋问题尤为突出。一是消耗大量土地资源，不少城市很难找到新的填埋场；二是产生大量渗沥液，由于含水率较高，污泥加剧了垃圾填埋场渗沥液的污染，大部分和垃圾混合填埋的垃圾场存在拒收污泥的现象；三是对填埋气进行资源化利用的填埋场较少，填埋气体污染大气，并存在安全隐患。

2.3焚烧

2.3.1焚烧制砖

生活污泥焚烧制砖主要由干化、焚烧以及烟气处理三部分组成，含水率为82%的污泥首先投入烘干机烘干水分，达到20%含水率后由皮带传输至制砖机制砖。然后送入焚烧炉内。

利用污泥制砖，具有三大优势：一是烧制过程中，污泥内的有机物质也会燃烧，产生热量，可以节约燃煤；二是基本杜绝二恶英等有害气体的产生，污泥中的重金属经过高温焙烧，形成稳定的固溶体，不会再次污染环境；三是污泥惨如砖坯后没有炉渣问题，节省了后续处理费用。

实验表明，污泥灰中的SiO₂含量远低于粘土中的含量，污泥灰中Fe₂O₃与P₂O₅的含量比粘土中搞10%左右，重金属含量比粘土中要明显得多，其它含量基本接近，因此生活污泥燃烧后的产物与粘土的组成基本接近，用粘土制砖时加一定量的干生活污泥是可行的。因干生活污泥中含有大量的有机物，有一定的燃烧热值，其燃烧热值在10000J/g左右，用于制砖节约能源。

2.3.2焚烧制陶粒

把污泥和黏土存放在堆棚内进行自然晾晒一段时间后，由铲车送到各自的料仓中。黏土仓下设置一台板式喂料机，把黏土送到辊齿式破碎机进行破碎，可以设置多个辊齿式破碎机，使得黏土的粒度变得更小，然后送入双轴搅拌机。污泥通过仓下的螺旋输送机也进入到双轴搅拌机。污泥和黏土一起在双轴搅拌机内进行充分的混合和搅拌，然后送到陈化堆场进行堆存。

陈化后的混合料被铲车送到料仓，然后经过双轴搅拌机搅拌后，送到对辊造粒机挤压制粒。产出的颗粒料球由皮带输送机送入整形筛分机，圆整处理后，小颗粒被筛出，合格的颗粒球被送入双筒插接式回转窑进行预热和焙烧。烧制出的陶粒成品落入冷却机冷却后，再由回转筛分成5mm、15mm、25mm三种规格的成品，各自存放在堆场存放，装袋后发货。

2.4投弃海洋

污泥不能投海：污泥投海，是指将终端污泥直接投弃在海洋中，利用海洋的自净与稀释处置污泥。早在1988年时，美国便禁止污泥向大海倾投，而1998年12月31日欧盟也作了类似的规定，并建议成员国逐步减少污泥水体消纳量，并与1998年底停止污泥投海行动。因此污泥海洋倾倒已受到越来越多的反对。

2.5   农作物用

污泥农业利用相对于污泥填埋处理，污泥农业利用的投资少、能耗低、运行费用低，被认为是较有发展潜力的一种处置方式。污泥土地利用，尤其是在相关法律法规及相关政策完善的情况下，将发酵后的污泥作为园林绿化、苗圃、土壤改良以及覆盖土是一种有效的污泥处置途径。但是污泥农用的产品将直接和人类的食物链发生关系，而目前国内外对污泥农用的风险性研究还不够深入。目前，我国关于污泥农用风险的研究体系尚不健全，对于污泥处置的风险研究可用数据不充分。

污泥不能农用：污泥“土地利用”与“污泥农用”应予严格区别，国家公布的技术导则有明文：①污泥农用的产品将直接和人类的食物链发生关系，而目前国内对污泥农用的风险性研究还不够深入，重金属从土壤到农作物的迁移和重金属、氮、磷在土壤中的迁移，可供研究数据还不充分，这些数据通常是基于短期（1-3年）的实验获得，而*（10年以上）的田间实验数据尚为缺乏；②对污泥农用的周围相关暴露人群的消费资料，可用数据几乎为零；③污泥农用还未建立相应的规范和政策。有资料显示，目前我国的污泥农用比例约44.8%，是当前处置的主要方式之一，污泥农用存在很大的隐患和风险。由于我国污泥农用风险的研究体系尚不健全，若用短期的实验数据预测*的影响，其本身就存在一定的风险。中科院南京土壤研究所的一项研究发现，在其实验的土地上连续施用污泥达10年后，土壤中镉、锌、铜含量均很高，种植的水稻、蔬菜受到严重的污染。并且污泥施用越多，污染情况越严重。施用污泥的农田，虽然土壤有机质明显增加，土壤酸度基本无变化，但土壤中的汞、镉污染严重，能引起小麦、玉米的污染。目前，我国还没有出台污泥农用规范和对风险性缺乏研究，因此污泥农用可能引起的污染问题还没有全面暴露，更未引起应有的重视。事实是多数研究表明，污泥的有害成分一旦进入土壤后，一般不会立刻表现出其不良影响，但若*大量使用，其负面效应就会明显表现出来

2.6好氧堆肥消化

污泥好氧消化分为两种，湿法和固态法。湿式好氧消化能耗高，二固态好氧消化比较繁琐。湿式好氧消化是直接将空气通入污泥中让微生物降解。固态好氧发酵也叫“好氧堆肥”，通过污泥微生物进行发酵。在脱水污泥中加入调理剂和膨松剂，使微生物群落对有机物进行氧化分解。

2.6.1好氧堆肥的原理过程

好氧堆肥是在有氧条件下，好氧细菌随废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多的生物体的过程。

   在有机物降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，会使不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该细菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。因此好氧堆肥过程伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段、熟化阶段。

     起始阶段：不耐高温的细菌分解有机物中的易降解的碳水化合物、脂肪，同时放出热量使温度升高，可达15-40℃。

     高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至60-70℃.当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。堆肥温度逐渐下降，当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐植质。

    熟化阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程终完成。

2.6.2 好氧堆肥的控制参数

机械化好氧堆肥过程的关键就是如何选择和控制堆肥条件，促使微生物的过程能快速顺利进行，一般来说好氧堆肥要求控制的参数由：

供氧量   氧气使微生物赖以生存的物质条件，供氧不足会大量死亡，使分解速度减慢；供应冷空气过大又会使温度降低，不利耐高温菌的氧化分解过程，因此供氧量要适当，一般控制在0.1-0.2m³/m³.min,供氧方式是依靠强制通风，因此保持物料间隙很重要，物料颗粒太大空袭减小，颗粒太小结构强度小，一旦受压会发生倾斜坍塌压缩而导致实际空袭减小。因此颗粒大小要适当。

含水率 在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大，水的作用是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；二是可以调节堆肥温度，过高过低的水分含量都对堆肥产生很大影响。实践证明堆肥原料的水分在50-55%为宜。

碳氮比 有机物被微生物分解的速度随碳氮比变化，微生物自身的碳氮比约为4-30，因此用作其营养的有机物的碳氮也在该范围内。当碳氮比在10-25时，有机物被生物分解速度大。如果碳氮比过高，堆肥成品的比值也过高，即出现“氮饥饿”状态，施肥到土壤后，会夺取土壤的氮，而影响作物生长。堆肥过程适宜碳氮比应为20-30.

碳磷比 磷对微生物的生长也有很大影响，城市污水处理厂的污泥含有丰富的磷，可满足微生物生长需要，堆肥原料适宜的碳磷比为75-150.

PH值   PH值时微生物生长的重要条件，在堆肥初期，由于细菌的作用，PH降到5.5-6.0，使堆肥物料呈酸性，而后由于以酸性物质为养料细菌的生长和繁殖，会使PH值上升，堆肥过程结束后物料的PH值上升到8.5-9.0.

《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》中的规定：高温好氧发酵后的污泥含水率应低于40%。

《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的规定：污泥用于好氧堆肥时，含水率应小于65%；城镇污水处理厂的污泥应进行污泥脱水处理，脱水后污泥含水率应小于80%。

2.7厌氧消化

由于生活污泥含有大量的有机质，因此污泥厌氧消化主要是为了降解有机高分子物质，使生活污泥大部分转化为沼气，并可以改良污泥性质。厌氧消化常用中文和高温，中温厌氧。消化时间一般为20天，有机物理论降解率为83%。30天的有机物降解理论值为88%。但考虑到短流、投加方式、有毒有害等，实际降解率远低于理论降解率。一般仅为理论值的60%左右。因此在实际处理过程中认为当有机物降解率达到40-50%时，或消化后污泥中有机酸含量小于300mg/L时，则可以认为消化后的污泥达到稳定状态。

厌氧消化主要产物是一氧化碳：与碳的混合气体俗称沼气。含有60%甲烷，降解每千克COD产生标准状态下甲烷0.35m³.生活污泥中COD过万。经过处理可获得CH.同时沼渣可以作为有机肥料应用在农业种植中。

厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（COD_cr>2000mg/L,BOD₅>1000mg/L）。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参与生物降解的有机基质有50％～90％转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。厌氧生物处理包括多种方法，有化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、两段厌氧处理法、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘和挡流板厌氧法等。

下表为几种厌氧处理方法的特点及优缺点见表

各类厌氧处理法的特点及优缺点

第三章        恒怡源生活污泥厌氧好氧无害化资源化利用

3.1厌氧消化

升流式厌氧污泥床(UASB)生物技术　　

升流式厌氧污泥床(UASB)是在升流式厌氧滤池的基础上改良而来的，它取消了滤池内的全部填料， 并在池子的上部设置了气、液、 固三相分离器， 这就构成了一种结构简单、 处理效能高的新型反应器—升流式厌氧污泥床反应器.污水从反应器底部向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的的污泥床， 在厌氧状态下产生沼气， 沼气的产生引起内部循环对于颗粒污泥的形成和维持是有利的，因此，有利于有机物的降解。

升流式厌氧污泥床具有污泥浓度高， 平均污泥浓度为(20 ～40)gVSS/L， 水力停留时间长， 容积负荷一般为(6 ～11)kgCOD/(m ³ .d)左右。 无混合搅拌设备，靠水流和发酵过程中产生的沼气的上升运动， 使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动。

UASB 内设三相分离器， 通常不设沉淀池， 被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，而且污泥床不填载体，节省造价并可避免填料堵塞的问题， 正因如此， UASB 反应器已成为第二代厌氧反应器中发展较为迅速、应用较为广泛的装置。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水， 进水 BOD 浓度可数以万计， 也适用于低浓度有机废水，如城市污水等．有人实验证明采用 UASB/SBR/氧化塘工艺处理养猪废水， 经 UASB 处理后 COD 去除率为82%， BOD 去除率为 79%， NH 3 － N 去除率为31%。

UASB 反应器对有机物有较理想的去除率， 但对氨氮和磷的去除效果不理想． 此外进水中悬浮物不宜过高，一般控制在 100mg/L 以下， 防止悬浮物对处理效果的影响．

综合上所述并结合本设计污水的特点，考虑采用较为成熟的升流式厌氧污泥床(UASB)生物技术作为厌氧段的反应器。可独立分解为多个反应器。

3.2 好氧消化     

A:定义

微生物细胞几乎能在水环境中任何适宜的载体表面牢固的附着，并在其上生长和繁殖，由细胞内向细胞外延伸的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，便被称之生物膜。

B:好氧生物膜法的原理

污水*与填料接触，就会在其表面形成生物膜，并逐渐成熟。固定生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触的过程中，污水中的有机污染物被微生物吸附、稳定、终转化为H₂O、CO₂、NH₃和微生物细胞物质，污水得到净化。

C:生物膜的特点

生物膜中的微生物不像活性污泥那样承受较强的搅拌冲击，易于生长繁殖。生物膜是由细菌（好氧、兼性、厌氧）、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫和幼虫等组成。

微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高。由于微生物附着生长并使生物膜具有较低的含水率，单位反应器内的生物量可高达活性污泥法的5-20倍，因而生物膜反应器具有较高的处理能力。

生物膜法都分段处理，在每段都自然形成自己*优势的生物圈，这种现象对有机污染物是相当有利的。生物膜法对于进水BOD在50mg/L以下的水能很好的处理成5-10mg/L.而活性污泥对于低于60mg/L的没有办法处理。

D：NBAF新隔离型曝气生物滤池*性

如今国内大部分使用活性污泥法，净水后均产生大量的污泥，这些污泥含有高浓度的有机物，极难处置，形成二次污染的污染源。污泥的产生是传统污水处理技术难以突破的瓶颈。由于人工曝气量大，微生物膜在完成使命死亡后自身发生氧化，因此本技术的大特点是净化污水时几乎不产生有机污泥，这正是传统净化技术的致命软肋。

（1）NBAF曝气生物滤池是一种新型的隔离型的高负荷浸没式固定生物膜三相反应器，它集中了现有污水生化处理两类方法：活性污泥法和生物膜法各自优点，并将生化反应和物理过滤（即生物降解去除BOD和固液分离去除SS）两种处理过程合并在同一个反应器中完成。

NBAF按照水流方向分上向流和下向流，下向流曝气生物滤池在进水的同时，采用水汽逆向的工艺路线，使介质表面形成生物膜，污水流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，然后同化、代谢、降解。所以NBAF曝气生物滤池可以在降解有机物的同时，具有生物絮凝和吸附过滤的作用。而且由于生物膜附着在生物巢滤料上，活性很高，生物膜不受泥龄限值，对于污染物的降解十分有利。

随着处理过程的进行，在滤料缝隙之间的悬浮活性污泥形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，起到了进一步吸附过滤作用，从而能使有机物及悬浮物均能得到比较*的清除。

（2）在反应器的上部异样菌为优势菌种，碳污染物主要在这里被去除，而在反应器下部，自养菌如硝化菌占优势，氨氮被硝化。在生物膜内部以及部分马鞍球型生物巢填料缝隙之间，蓄积大量活性污泥的兼性微生物，因此在NBAF中可发生碳污染物的去除，同时硝化和反硝化的的功能。

（3）NBAF特殊的马鞍球型生物巢填料为微生物提供了较佳的生产环境，因此生物量大、浓度高，使其容积负荷增大，不仅减少了池的容积和占地（容积仅为活性污泥法的1/3-1/5）,而停留时间缩短至4-8小时。基建投资省20-30%。

（4）填料固定床中的马鞍球型生物巢填料具有巨大的比表面积，其上生长着各种碳化菌组成的高活性生物膜，具有氧化降解和吸附过滤水中污染物的功能（可去除污水中的有机物COD、BOD、SS、NH3-N、P等），且一般不设置二沉池。

（5）气水相对运动，气泡接触面积增大，氧的利用率提高15%-20%，增加气水与生物膜接触面积，从而提高处理效果，降低运行费用。

（6）硝化效率高，脱氮效果好，这是常规二级处理达不到的。

（7）高质量的出水达到砂滤三级处理水质，不但可以满足环保排放标准，而且可达到中水回用标准。NBAF对低浓度的有机废水也有很好的处理效果，如洗澡水。

（8）马鞍球型生物巢填料使用寿命20年以上，无需更换。

（9）由于NBAF没有污泥龄限值，*运行将产生微生物内源消化，因此几乎没有污泥产生。

表3-2   NBAF与传统处理工艺设计参数比较表

从以上数据对比可知，NBAF工艺不仅在生化反应单元上有机负荷高、水力停留时间短，因而反应器体积小，占地面积少，同时不需要单独设置二次沉淀池，其基建投资省的优势十分明显，这是其它任一处理工艺无法企及的

E.好氧、厌氧、兼氧生物膜一体化技术

为了保持生物膜好氧菌的活性，向生物膜提供氧气创造好氧条件，本技术采用曝气强制通风供氧。好氧层的厚度和污水的流量和浓度相关联

微生物的生长繁殖使生物膜厚度增大，营养物和氧的传递阻力加大，使生物膜深处的营养物和氧供应不足，促使微生物内源代谢产生厌氧层。中间部分形成兼氧层。

好氧、厌氧、兼氧一体化，在亲水的表层形成的好氧层吸收、氧化、分解水中的有机物。好氧、厌氧和兼氧同时形成了硝化和反硝化。因此具有脱氮的功能。

3.3 生活污泥无害化资源化处理工艺流程