摘 要：生物沥浸污泥深度脱水处理技术，是国内外首次成功实现工程产业化应用的新型微生物污泥处理技术，它利用特殊的专利微生物菌群，对市政及工业污泥进行深度脱水处理，不需添加任何絮凝剂可将含水率降至60%以下，同时对重金属的去除效果明显。该技术大大改善了污泥的沉降性能和脱水性能，实现了“减量化、无害化、资源化”目标，给污水处理厂带来环保及经济上的双重效益，彻底解决了污泥二次污染并实现污泥的资源化利用。符合国家和本市节能环保产业的相关扶持及技术推广政策。目前该技术已经完全实现产业化应用，有效地化解我国污泥处理处置的难题。由于其在技术和产业化应用方面的优势，在国内外市场上实现该技术的产业化应用具有广阔的发展前景和市场需求。
关键词：市政及工业污泥;生物沥浸;微生物;深度脱水;产业化应用
中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）33-153-4
0 引言
据统计，截至2016年3月底，全国设市城市、县（以下简称城镇，不含其他建制镇）累计建成污水处理厂3910座，污水处理能力达1.67亿m3/d[1]。按1万t污水处理产干泥1.5t估算，全部建成投产后全国将产生含水80%的市政污泥4000万t/a以上，但迄今绝大部分城镇未能妥善处置污泥，因此造成了二次环境污染。随着“十三五”的到来，污泥量还会增加。预计到2020年，我国的市政污泥量将达到6000-9000万吨[2]。我国近年污水处理能力快速提升，污泥无害化处理能力却成为短板，全国污泥安全有效处理率远低于30%。2015年，《水十条》明确了现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上[3]。
北京中科国通环保工程技术股份有限公司（以下简称“中科国通”）是生物沥浸污泥深度脱水处理技术工程产业化应用的首创者和推广者，拥有多项相关核心专利技术。此生物法处理污泥的新思路，完全颠覆了以往污泥处理仅靠物理法和化学法的思路，为后续资源化处置提供了更为广阔的思路。在国际上，该类微生物应用于工业和市政污泥处理处置工程中，尚属首次。该技术与国内外同类污泥处理处置工艺相比较，具有显著的创新性。本技术开发和实施的污泥无害化和资源化的生物沥浸深度脱水处理技术及其示范工程在国际上具有领先地位。
1 设计指标
1.1 进泥指标
设计进泥指标：由于污水处理产生的剩余污泥含水率较高（99.2%-99.5%），故须设置污泥浓缩设施，将污泥含水率降至97%-98%，便于后续污泥处理。
1.2 出泥指标
为达到污泥减量化，降低污泥外运处置费用，同时方便后续污泥资源化利用，确定生物沥浸污泥深度脱水处理项目设计出泥含水率≤60%。
2 生物沥浸污泥深度脱水处理工艺说明
2.1 生物沥浸污泥深度脱水处理技术简介
生物沥浸污泥深度脱水处理技术采用的是不同于污水处理的以自养型微生物为主并配合少量特异的异养菌组成的特殊微生物复合菌群。该微生物最重要特点是几乎不降解污泥中的有机物，能利用污泥中无机养分和添加的营养剂生长，仅有少量异养菌可以降解水溶性有机物，从而能保证有机质含量基本不变，为污泥好氧发酵奠定良好基础。在污泥处理过程中，该类微生物很快替代污泥中原有持水能力较强的以异养型微生物为主的活性污泥菌体胶团，后者逐渐死亡，从而破坏了能吸持大量水分的毛细管，使更多的毛细管水释放成间隙水或自由水，使污泥脱水性能明显提高。另外在该类微生物的作用下，污泥pH会下降，从而使原先带有大量负电荷的污泥颗粒的电性逐渐被中和，污泥颗粒Zeta电位趋近于0，因此，处理后污泥由于不再存在同性电荷互相排斥作用而能自我聚沉，促进了污泥的沉降性[4-5]。
污泥经菌群改性处理后排入菌质池，用泵输送到综合脱水机房的板框压滤机进行压滤脱水，干化后泥饼含水率低于60%，呈固态饼状，且污泥性质基本没有改变，N、P等营养元素提高，有机质含量几乎没有衰减，这有利于焚烧处置或园林绿化制肥处理从而实现资源化利用的目的[6]。
实际市政污泥处理工程应用中压滤后减量化的泥饼将进行资源化处置。污泥压滤脱水产生的压滤水COD≤300mg/L，SS≤150mg/L，TP≤5mg/L，可以直接排入水厂污水处理系统再处理。整个污泥处理过程不产生新的污染，不改变污水厂的污水处理工艺流程，对污水处理厂的正常运行没有任何负面影响。
2.1.1 技术优点
①无须脱水药剂：脱水过程无须外加PAM等絮凝剂，也无须添加石灰等干燥剂，几乎不增加污泥绝干量;
②实现深度脱水：容易机械脱水至含水率60%以下，成为半干化污泥;
③可去除重金属：在一定条件下，重金属去除率或回收率达80%以上;
④卫生无害化：消除污泥恶臭、病原菌灭活率95%以上;
⑤外观改善：外观呈无臭的土黄色饼状;
⑥有机质热值高：处理后污泥干基热值和有机质含量不受影响;
⑦环境安全：处理过程常温常压、无二次污染风险，操作安全，无“邻避效应”。
⑧经济高效：运行费用低，直接处理成本仅为100-120元/吨污泥（折合含水率80%）[7-8]，可节省常规脱水需添加PAM等絮凝剂成本;
⑨多途径资源化：干化污泥后续处置可好氧发酵、焚烧、作土壤改良剂、建材等。其中，好氧发酵所需要调整材仅为常规脱水污泥好氧发酵的1/5-1/10。而且占地大幅度减少，恶臭消减[9]。 2.1.2 缺点
①与传统污泥处理工艺及化学干化等工艺相比，生物沥浸反应池池体偏大;
②该技术属于微生物改性处理技术，微生物反应繁殖周期需24-48h，故反应时间比其他工艺较长。
图3-1 污泥生物沥浸池
图3-2 生物沥浸深度脱水干化污泥饼
2.2 工艺流程图（图3-3）
工艺流程简要说明：生物沥浸污泥深度脱水处理技术从污水处理厂的浓缩池或其他水厂外运污泥经稀释池稀释后接入，将浓缩污泥或稀释污泥直接通过污泥提升泵进入生物沥浸反应池，利用专利微生物菌群释放污泥中束缚水，使污泥的沉降性能和脱水性能大幅度提高，改性后的污泥经均质池可直接进入生物沥浸专用板框压滤机进行脱水，不需要再添加任何絮凝剂，压滤出的污泥饼含水率60%以下。
对于重金属超标的污泥，通过强化专利微生物菌群的作用，可溶出污泥中含有的重金属，使重金属以离子态
进入上清液中，然后通过安全经济有效的化学方法将重金属从上清液中分离出来，从而达到去除和回收重金属的目的[10-11]。
生物沥浸污泥深度脱水处理技术是一种非常独特的源头减量化和无害化的处理技术，该技术同各个项目最佳结合为直接建设在污水处理厂内部，改变原有污水处理厂工艺后端的污泥处理工艺，直接接收污水处理厂浓缩污泥进行改性处理，改性好的污泥用生物沥浸专用板框压滤机直接压滤到含水率60%以下，可以实现污泥减量50%以上，并实现恶臭消除和病原菌灭活，同时，可以把污水处理厂原有污泥脱水系统的相关费用全部节省下来，操作和管理简单，可纳入污水处理厂的管理体系，干化后的泥饼既可以园林绿化，又可以进行焚烧等资源化处置。同其他污泥处理工艺技术相比，在都达到环保排放要求的前提下，总处理成本具有相当的优势，是最优的工艺路线。为此，在新上污水处理项目或改扩建污水处理厂时，本技术将是一步实现污泥减量化和无害化处理的最佳优选技术。
2.3 工艺特点
生物沥浸污泥深度脱水处理工艺包括了“生物预处理、压滤脱水”两大单元。主要特点和参数如下：
①专利微生物复合菌群针对不同污泥设计复配。
②污泥生物处理在操作中不产生有毒气体，也不逸出臭味，反应完全在常温常压下进行，无“邻避效应”。
③生物沥浸反应池是整个工艺的核心部分，污泥停留时间控制在2d左右。
④经过生物沥浸改性后的污泥，沉降性能和脱水性能好，不需要投加任何絮凝剂（PAM）或石灰等无机药剂即可实现深度机械脱水，而且固体回收率高。
⑤可一步脱水到含水率≤60%，节省原有离心脱水环节的电耗及絮凝剂费用。
⑥深度脱水污泥的有机质和热值基本保持不衰减，有利于污泥的后续处置及资源化利用。
3 产业化应用
3.1 生物沥浸污泥深度脱水处理技术来源及成熟度
生物沥浸污泥深度脱水处理技术由南京农业大学资源与环境学院周立祥教授研发，中科国通对该技术拥有独占许可授权，并将该技术进行产业化实践应用及技术推广。2010年8月生物沥浸污泥深度脱水处理和资源化科技示范工程在无锡太湖新城污水处理厂正式投产运行，日处理5万t污水所产生的污泥，成为国际上第一个采用生物沥浸污泥深度脱水处理和资源化的工程案例[12-13]。2012年5月，中科国通无锡芦村污水处理厂污泥处理处置项目获得国家火炬计划产业化示范项目立项，项目名称：污泥生物沥浸法处理新技术产业化示范（项目编号：2012GH061903）。目前，该技术已在多个大型工程中得到良好应用。截至2016年8月底，完成建设项目十余个，在建项目2个。其中，市政污泥总处理规模达3000吨/日，年处理规模近100万吨。
该技术系统工艺设计灵活，根据不同的污泥处理规模和污泥性质可以提供不同的处理技术参数。处理效果好，具备市场竞争经济性、安全性、稳定性、可靠性，极具市场推广前景，同时是一种污泥处理上新的理念，是目前经济可行、最彻底的解决方式。对于一般城市污水处理厂重金属不会超标，通过该技术处理后的干化污泥还可用于堆肥、城市绿化、绿植培植与栽种的底肥使用等，充分做到污泥再利用及无害化处理的目标。该技术具有不可替代的优势，市场认可度已越来越高。
3.2 典型案例
目前，生物沥浸污泥深度脱水处理技术先后以不同方式在无锡太湖新城污水处理厂、无锡芦村污水处理厂、宁波南区污水处理厂、宁波北区污水处理厂、宁波三菱化学有限公司、西安第六污水处理厂、哈尔滨龙江环保污水处理厂、长春串湖污水处理厂、桐乡城市污水处理厂、汕头莲下污水处理厂、郑州马头岗污水处理厂等多个大型工程中得到成功应用。采用的工艺主要为生物沥浸深度脱水+焚烧（宁波三菱化学有限公司、宁波北区污水处理厂、桐乡城市污水处理厂、汕头莲下污水处理厂）、生物沥浸深度脱水+卫生填埋（西安第六污水处理厂）和生物沥浸深度脱水+好氧发酵（无锡太湖新城污水处理厂、无锡芦村污水处理厂、宁波南区污水处理厂、哈尔滨龙江环保污水处理厂、长春串湖污水处理厂、郑州马头岗污水处理厂）[12]。
针对不同污泥处理项目，可开发相适应的解决方案并以PPP/BOT、EPC、委托运营、核心技术设备等服务模式进行项目实施，以高效率、低成本、安全、环保的方式实现污泥“减量化、无害化、资源化”的目标。
①无锡芦村污水处理厂污泥处理处置项目（BOT类）
该项目污水处理规模为10万m3/日，市政污泥先经过生物沥浸深度脱水技术进行减量化和无害化处理，干化到60%含水率以下的泥饼再进行好氧发酵稳定化处理，得到的营养土进行园林绿化以实现资源化利用[9]。
②宁波三菱化学PTA化工污泥处理项目（核心技术设备提供类） 宁波三菱化学有限公司为世界500强企业，年产PTA60万吨，日产生88%含水率PTA有机污泥约30吨，采用生物沥浸深度脱水处理技术以EPC+托管运行方式进行项目合作，干化后的泥饼进行焚烧处置。
③哈尔滨市龙江环保污水处理厂污泥处理处置项目（核心技术设备提供类）
该项目位于哈尔滨龙江环保文昌和太平污水处理厂（两厂紧邻，共计污水处理量为65万吨/日）内，处理该两厂所产生污泥以及哈尔滨市其他污水处理厂每日用车辆运送过来的近350吨/日含水率80%污泥，总处理规模约1000吨/日，为国内最大的污泥处理处置项目之一。
项目实际运行效果：达到设计各项指标，以生物处理的方式对污泥进行了改性，以低碳环保方式实现了污泥的减量化、无害化，大大提高了后续焚烧处置的效率及好氧发酵资源化处置利用率，大幅降低了处理处置成本，节约了项目用地。
3.3 污泥外运处置费用
各项目采用该生物沥浸法改性处理后干化泥饼有机质得到完好保留，重金属含量大幅降低，可以作为下游有机肥厂的优质原料，具有良好资源化价值。参照无锡、宁波、哈尔滨等地项目，经生物沥浸深度脱水处理后的污泥可以以很低成本进行好氧发酵等资源化利用处置，故项目的实施可节省大量外运及处置费用。如项目所在地不具备好氧发酵资源化利用条件，经生物沥浸深度脱水处理后的污泥由于热值高，可不经热干化便可以较低价格进入电厂或水泥厂进行协同焚烧处置，也可大幅降低污泥干化成本和处置成本。
3.4 额外收益
传统污泥脱水处理方式（带式或离心式脱水）吨泥处理费约50-70元，包括将污泥脱水到80%含水率的絮凝剂费用、电费、人工费、维修费等。而采用生物沥浸深度脱水处理工艺后可将此部分费用省去，因采用该工艺直接处理成本仅为100-120元/吨污泥（折合含水率80%）左右，也就是说吨泥处理费仅增加50-70元即可将污泥减量50%以上，同时实现污泥恶臭消除、病原菌灭活等无害化指标，且对后续稳定化和资源化创造了良好的条件，故经济效益和环境效益非常可观。
4 结论
第一，通过以生物沥浸+板框压滤脱水作为主工艺流程的污泥深度脱水处理系统在中科国通五年来的稳定运行，证明了该污泥深度脱水处理系统实现了应用创新、技术创新、生产工艺创新：
①可在常温常压下进行，运行安全，无二次污染风险;
②经过生物沥浸改性处理后的污泥不需添加化学药剂即可一步机械脱水到含水率60%以下，且压滤水COD，氨氮含量很低，出水水质稳定，可直接进污水处理厂管网;
③泥饼干基有机质和热值等有益成分不损失，解决了污泥资源化利用的瓶颈问题;
④当污泥中重金属超标时，还可同步去除或回收污泥中重金属，同步实现污泥减量化和无害化的双重目标;
⑤生物沥浸污泥饼容易堆肥，较好解决了常规污泥堆肥需要大量辅料、占地、有恶臭、操作不便以及产品养分含量低的弊端;
⑥该系统操作较为简单，便于生产中管理和维护，实现了环境效益、社会效益及经济效益的协调统一。
第二，由于各项目工况不同，实施的具体要求不同，还需根据现有建成项目，发现问题，总结经验，对生物沥浸污泥深度脱水处理技术进行优化升级，不断完善。
参 考 文 献
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[2] 诸海滨.污泥市场“唱响”千亿财富
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