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全方位解读《城镇污水处理厂污泥处理稳定标准》

2017年09月18日作者:张辰等来源:给水排水

  根据住房和城乡建设部建标函[2015]274号文下达的编制任务,通过研究国内外污泥稳定处理工艺和要求,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司主编了《城镇污水处理厂污泥处理 稳定标准》(CJ/T 510-2017,以下简称“标准”),于2017年9月1日起正式实施。

  1污泥稳定的定义

  污泥稳定主要包含两方面的含义:一是降低污泥有机物含量,使其不易腐败发臭;二是减少污泥中的病原体。“标准”对污泥稳定的定义为:污泥通过生物、化学或物化处理,使处理产物达到不易腐败发臭、控制病原体等要求。

  2污泥稳定工艺

  污泥稳定处理工艺包括生物、化学或物化方法,生物处理工艺包括厌氧消化、好氧发酵和好氧消化等;化学或物化处理工艺包括热碱分解、石灰稳定、热干化和焚烧等。“标准”的污泥稳定处理工艺包括厌氧消化、好氧发酵、好氧消化、热碱分解和石灰稳定。其中,石灰稳定工艺需要消耗大量石灰,污泥减量化程度较差,也不利于后续资源利用,但考虑到污泥用于生产水泥熟料、路基建材或填埋时,石灰稳定仍是可选择的处理方法之一,为规范现有设施的运行,仍将石灰稳定纳入标准范围。

  此外,当污水处理工艺采用长泥龄方式运行时,产生的污泥在污水处理阶段就能达到稳定。参照污泥好氧消化工艺的稳定指标,当污泥的比耗氧速率低于2.5 mgO2/(g VSS˙h)时,可判定该污水处理系统产生的污泥达到稳定要求。

  3污泥稳定指标

  污泥稳定指标根据污泥处置利用途径、稳定处理工艺的不同而有所区别,因此无法提出类似污水污染物排放一级A、一级B、二级这样统一的标准,需针对不同的稳定处理工艺提出各自适用的指标。

  “标准”将污泥稳定指标分为产物控制和过程控制两类:前者是对污泥稳定处理产物的控制要求,结合污泥稳定定义,主要从有机物去除率和粪大肠菌群两方面提出控制指标;后者是污泥稳定处理过程中的控制参数,包括温度、时间、脂肪酸、总碱度等指标。可以根据具体情况,选择其中一类指标进行稳定评价。同时,考虑到技术进步的可能,对于改良工艺要求处理产物达到控制指标,对过程控制指标则不作要求。

  3.1厌氧消化控制指标

  污泥厌氧消化控制指标如表1所示。

 

  污泥经常规厌氧消化处理后,控制指标包括有机物去除率和粪大肠菌群菌值。

  常规污泥厌氧消化的过程控制指标包括温度、固体停留时间、脂肪酸(VFA)、总碱度(ALK)以及脂肪酸和总碱度之比(VFA/ALK)。常规厌氧消化的温度应控制在(35±2)℃,固体停留时间大于20 d。脂肪酸和总碱度反映了产酸菌和产甲烷菌的平衡状态,是厌氧消化系统是否稳定的重要指标。根据国内外运行经验,厌氧消化污泥的VFA应小于300 mg/L,ALK应控制在2 000~5 000 mg/L,VFA/ALK控制在0.1~0.2。

  污泥经高温热水解-厌氧消化处理后,控制指标及限值与常规厌氧消化一致。但由于高温热水解的厌氧消化进泥含固率通常更高,有时还含有餐厨垃圾等成分,其过程控制参数与常规厌氧消化相比更为宽泛。“标准”规定高温热水解的污泥厌氧消化温度控制在35~55 ℃,固体停留时间大于15 d。由于消化污泥脂肪酸和总碱度与消化池内污泥浓度有关,过程指标中对高温热水解厌氧消化的脂肪酸和总碱度不作要求,只保留VFA/ALK比例要求。

  3.2好氧发酵控制指标

  污泥高温好氧发酵控制指标如表2所示。

 

 

  

  污泥经高温好氧发酵处理后,控制指标包括耗氧速率、粪大肠菌群菌值和种子发芽指数。耗氧速率是指微生物消耗氧气的速度,它直接反映微生物分解有机物的快慢和有机物的降解状况。在高温好氧发酵的升温阶段前期,耗氧速率呈迅速增加的趋势;升温阶段后期和高温阶段前期,耗氧速率维持相对稳定;高温阶段中后期,耗氧速率下降并逐渐趋于稳定。高温好氧发酵处理后,污泥耗氧速率应小于0.1(O2%)/min。

  在粪大肠菌群方面,我国的污泥高温好氧发酵运行条件与PART 503进一步减少病原体数量的方法(PFRP)中的堆肥相当,即可以达到A级标准。加拿大《好氧发酵质量导则》要求好氧发酵污泥粪大肠菌群小于1 000 MPN/g DS。我国现行标准和技术指南则提出了更为严苛的要求:粪大肠菌群菌值大于0.01,即粪大肠菌群小于100个/gDS。根据对国内生产性好氧发酵设施的取样结果,好氧发酵污泥很难达到这一要求,但鉴于调研数据有限,为保持与现行标准的一致性,“标准”仍采用粪大肠菌群菌值大于0.01这一限值。

  种子发芽指数是一项综合性的生物学指标。当未稳定化的污泥施用到土壤中,通过微生物降解产生的一些低分子有机酸会对植物产生毒害作用,通过测定污泥的种子发芽指数,可反映好氧发酵污泥的腐熟度和稳定化程度。我国现行标准对污泥种子发芽指数的要求基本介于60%~70%。由于不同土地利用方式对于污泥腐熟度的要求也不尽相同,“标准”规定,当高温好氧发酵处理后的污泥用于农用地时,种子发芽指数应大于70%;用于园林绿化或林地时,应大于60%。

  3.3好氧消化控制指标

  污泥经高温好氧消化处理后,控制指标包括有机物去除率和粪大肠菌群菌值。高温好氧消化的有机物去除率稳定边界一般认为是38%~40%。美国PART 503对于好氧消化污泥的病媒吸引减少要求与厌氧消化相似:污泥可挥发性固体降解率应大于38%,若未达到这一目标,则通过小试试验,将少量此好氧消化后的含固率不高于2%的污泥在20 ℃温度下再消化30 d,若可挥发性固体降解率不超过15%,则达到了对病媒吸引减少的要求。此外,PART 503还将污泥高温好氧消化列入进一步减少病原体数量的方法(PFRP),出泥可以达到A级标准。“标准”要求污泥高温好氧消化处理后,有机物去除率应达到40%以上,粪大肠菌群菌值应大于1.0×10-3。

  污泥高温好氧消化的过程控制指标包括温度和时间。当处理过程的温度达到55~60 ℃,固体停留时间达到10 d以上,该处理过程达到了稳定标准。

  3.4热碱分解控制指标

  污泥热碱分解是指在碱性条件下,污泥在一定温度和压力作用下发生分解反应的过程,加热能加速污泥有机物的分解,同时碱的加入加快了污泥细胞的破解进度。污泥经热碱分解处理后,有机物去除率应达到40%以上。在高温和强碱性条件下,污泥中的病原体也将大大减少,根据实际运行经验,热碱分解处理后污泥的粪大肠菌群菌值应大于1.0×10-3污泥热碱分解的过程控制指标包括温度、压力、pH和时间。当处理过程的温度达到110~140 ℃,压力达到0.15~0.40 MPa,pH达到10~12的持续时间大于1 h,该处理过程达到了稳定标准。

  3.5石灰稳定控制指标

  石灰稳定作用机理主要是通过投加石灰造成强碱性的环境条件,杀死和抑制病原体的生长,减少臭气,同时该过程中温度的升高也可以起到杀菌作用。因此,对于石灰稳定后的污泥,控制指标主要考察粪大肠菌群菌值。污泥石灰稳定的过程控制指标包括pH和时间。石灰稳定过程中,pH的升高可以起到灭菌和抑制污泥腐化的作用,一般来说,污泥的pH应通过投加石灰升高至12以上并保持2 h,之后在11.5以上再保持22 h,即pH达到11.5以上的持续时间应超过24 h。

  4污泥取样和监测

  我国一般仅要求采用多点取样,样品具有代表性,自所取样品难以真实反映泥质情况。“标准”参考国内外标准规范和运行经验,针对5种污泥稳定处理工艺和长泥龄污水处理工艺的污泥,分别规定了取样方法。对于以反应器形式运行的厌氧消化、好氧消化、热碱水解等工艺,明确了进、出泥取样点的位置;对于以堆体形式运行的静态好氧发酵工艺,则提出根据堆体长度均匀选择取样断面,在每个断面上均匀设置取样点,并对所取样品进行四分法缩分的取样方法。“标准”还明确规定了采样方式(瞬时/混合泥样)、采样量、保存条件和其他注意事项,具有很强的可操作性,对于我国污泥取样可起到规范、引导的作用。

  5评价标准和方法

  “标准”还明确提出了污泥稳定的评价标准和方法,对于不同污泥稳定工艺的产物控制指标和过程控制指标,分别给出了稳定达标率的计算公式。稳定达标率是达标天数与运行天数的比值,其中达标天数按照不同指标达标天数的加权平均得出。“标准”针对不同的污泥稳定工艺,分别规定了评价周期,评价周期内设施运行天数不应小于评价周期的80%。当满足这一基本条件,表明该设施在正常运行,才有进行稳定评价的意义。对于稳定达标率达到多少可判定污泥达到稳定处理要求,“标准”则不设统一限值,各地管理部门可以根据当地实际需求确定限值,对污泥稳定处理设施运行效果进行评价。

  6结语

  污泥稳定化程度是否能够达到要求,不仅直接关系到污泥的处理处置效果,而且对生态环境和公众健康也有重要影响。“标准”针对不同污泥稳定处理工艺,提出了具备可操作性的控制指标、取样、监测方法以及评价方法,用于指导城镇污水处理厂污泥稳定处理设施的建设和运行管理,有助于提高我国污泥处理的管理水平。在实施过程中,将根据相关科研成果、运行经验和反馈建议,及时修订完善,以提高其实用性。


编辑:治废专家03

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