技术改进

这本书的主要作者与俄罗斯医疗卫生研究所和几个污水处理厂一起进行了有氧研究污泥消化(Turovskiy, 2001)。本研究的目的是通过有效的污泥消化技术获得卫生无害的生物固体，同时具有成本效益。

活化增稠实验污泥浓缩使用模拟器对来自处理厂增稠器的样品进行了研究。活性污泥的增稠使其脱水性能显著降低。活性污泥增稠过程越长，其比阻越高浓缩污泥，如图4.9所示。在过程中废弃活性污泥增稠后，干固体浓度从0.2%增加到2.0%，比阻增加数倍。然而，当浓度从2.0%增加到3.0%时，体积仅减少了1.5倍，而比阻却从1000 m/kg上升到3500 m/kg(见图4.9)。当增稠时间超过8小时，就会发生有机腐烂。此外，微生物因缺氧而死亡，胶体数量增加，部分游离水

转化为固体结合水。未增稠活性污泥通常比增稠活性污泥具有更低的比阻和更好的脱水能力。另一方面，由于固体体积大，初始浓度低，消化未增稠的活性污泥没有意义。活性污泥的增稠动力学可以确定合理的增稠时间和固体浓度。

滞留时间固体氧化挥发相的持续时间取决于食物/微生物比、污泥温度、供气强度和供气量。废水的成分也起作用。污泥有机物和生物量的好氧消化过程由式(4.1)到式(4.7)描述。开始的时候有氧消化过程，有机污染物就会发生氧化。这个过程接着是它的矿化，最后是生物量的自氧化和解体。在消化过程研究中，挥发性固体减少5 - 50%，脂肪减少65 - 75%，蛋白质减少20 - 30%。活性污泥需要7 ~ 10天才能稳定;主要的污泥在20°C下需要20 - 30天。在8至10°C时，稳定需要2至2.5倍的时间。增稠的活性污泥需要较长的滞留时间来稳定挥发性固体。图4.10显示了活性污泥消化过程中挥发性固体减少的情况。如果初始挥发性固体浓度等于100%，在固体浓度为10 ~ 18 kg/m3的条件下消化7 ~ 10天后，固体含量为32 ~ 37%(图4.10中的第一行);在18 ~ 24 kg/m3时，固体含量为25 ~ 33%(图4.10中的第2行);在24 ~ 30 kg/m3时，固体含量为15 ~ 23%(图4.10中的第3行)。

表4.4给出了活性污泥好氧消化过程中比阻的变化情况。滞留时间过长会降低水的脱水性能消化污泥．然而，在一些实验中，消化污泥的比阻降低了。在消化前4至6小时将活性污泥增稠，消化时间为3至5天，可以达到有效的工艺。当污泥的有机部分分解和固体变重时，比阻会发生一定程度的降低。

滞留时间也与空气消耗有关。高浓度活性污泥的食物/微生物比例高，在消化过程开始时需要更多的氧气:高达每立方米活性污泥2立方米/小时的空气

5 10 15 20 25 30 35 40天

图4.10挥发性固体减少量随滞留时间的变化活性污泥系统．

5 10 15 20 25 30 35 40天

图4.10活性污泥系统中挥发性固体减量随滞留时间的变化。

表4.4活化菌有氧消化时比阻(m/kg)的变化

污泥
固体 （％）				扣留时间(天)
	0		1	3.	5	10	15	40
1．0	300	-400年	160 - 270	70 - 180	230 - 390	400 - 690	- - - - - -	- - - - - -
1．5	500	-700年	360 - 530	220 - 370	410 - 640	540 - 870	- - - - - -	- - - - - -
2．0	800	-1000年	810 - 1100	1150 - 1480	1290 - 1850	4140 - 5510	4030 - 4690	1900 - 2600
2.5	1200	-1800年	1360 - 2100	1480 - 2600	1670 - 4500	5780 - 6250	4970 - 5800	2810 - 3960
3．0	3500	-4500年	3800 - 4100	4090 - 4920	5300 - 6170	6190 - 7020	5910 - 6690	4300 - 5720

在20°C。当挥发性固体减少时，空气消耗也减少。这一事实可以投入实际使用，减少曝气到越来越低的速率，随着滞留时间的增加。但是，应提供辅助搅拌，以防止固体沉降到消化器底部。在消化过程开始时，废弃活性污泥和初级污泥的混合物所需的氧气是单独使用活性污泥所需的5至10倍。与活性污泥相比，污泥的好氧消化主要澄清器需要更多的氧气，更长的停留时间，并增加比抗性。

消毒活性污泥的好氧消化，停留时间40天，温度20℃。导致大肠杆菌和致病病毒的相对安全水平。在20°C下，指示生物和病毒在10天内从70%减少到99%。在农业土壤中可以发现较大的微生物种群(Lue-Hing et al.， 1998)。病原体破坏的可能原因之一是消化过程的高eh电位(200 ~ 700 mV)。

有氧消化只破坏部分蠕虫卵。这些卵在一公斤需氧消化的污泥中有几百个，它们可以存活很长时间。实验表明，消化污泥在50°C加热2小时，60°C加热几分钟，70°C加热几秒钟，即可破坏蠕虫卵(Turovskiy, 1999)。在机械脱水并将污泥加热至65°C后，经有氧消化的污泥在Wilson-Bleaur、Ploshiryov或Miller Kaufman培养基上或在含有不同抑制剂的培养基上均未发现肠道伤寒菌群。研究还表明，由于结肠杆菌的极端易变性(在重新活化的过程中显露出来)，在利用脱水加热的生物固体时，不应担心致病微生物的宜居性或毒力。

资深作者开发的技术方案如图4.11所示。该技术包括污泥增稠、好氧消化、污泥消毒和污泥转化为

1-废水流入，2 -筛选和勇气删除、3 -主沉池、4 -曝气池、5 -二次沉池、6 -污泥浓缩池， 7 -好氧消化池8 -增稠区，9 -上清，10 -初污泥处理，11 -回收活性污泥， 12 -处理出水，13 -消化污泥，14,15,16,17 -变化消毒消化污泥脱水，18 -污泥加热器，19 -机械脱水，20 -干燥床， 21 -堆肥22 -作为肥料的消毒生物固体。

1 -污水流入,2 -筛查和毅力切除,3 -主要澄清器,4 -曝气池,5 -二次澄清器,6 -污泥浓缩池,7 -好氧消化池,8 -增厚区,9 -浮在表面的,10 -主要污泥处理,11 -活性污泥,12 -废水处理,13 -消化污泥,14日,15日,16日,17日变化的消毒和消化污泥的脱水,18 -污泥加热器、19 -机械脱水、干燥床,20 - 21 -堆肥,22 -作为肥料的消毒生物固体。

图4.11污泥好氧消化消毒技术改进。

有用的有机固体残。对于处理量达1500m3 /d (0.4 mgd)、BOD达150mg /L的小型城市污水处理厂，可采用无一级澄清剂方案。浪费活性污泥在消化器内的特殊区域加厚。增稠时间为3 ~ 5小时，增稠污泥浓度为10 ~ 13 g/L。在本方案中，活性污泥消化的滞留时间为5 ~ 8天，曝气量为每立方米污泥1 m3/h空气。消化污泥的沉降时间为1.5 ~ 3小时。BOD值约为100mg /L的上清液被回收到曝气池。沉淀后，固体浓度为1.5 ~ 2.5%的消化污泥进入加热器，加热至70℃后排放到干燥床。年平均环境温度为4 ~ 6℃，年降水量达500 mm的地区，干燥床的装填率可为3 m3/m2 /年干燥床。产生的生物固体水分含量为75%至80%，可用作农业肥料。

对于处理量为1500 ~ 5000 m3/d (0.4 ~ 1.3 mgd)的处理厂，可采用包括初级澄清剂和混合初级污泥和增稠废活性污泥好氧消化的方案。浓缩废活性污泥的时间应为5 ~ 6小时，以产生固体浓度为13 ~ 15 g/L。在20℃条件下，在消化池内滞留时间应为10 ~ 15天，曝气量应为每立方米组合污泥6 m3/h空气。这项技术已经在俄罗斯的几个处理厂得到了应用。

经验也表明，在北方地区的冬季，当温度降至-30℃，消化器温度约为3℃时，该技术可以通过将混合液体从沼气池中排放到消化器中来提高效率曝气坦克和废活性污泥，以及通过将初级污泥加热到60℃或通过加热送风。消化后的污泥经过2 - 4小时的浓缩后，干固体浓度为3 - 4%。稠化的消化污泥通常被泵到干燥床。干燥床装填速率为每年2 m3/m2干燥床。脱水污泥从含水率为70 - 78%的干燥床中，用膨化材料如锯末、木屑和堆肥进行堆肥。堆肥的生物固体是一个很好的有机肥料．

对于容量大于5000m3 /d (1.3 mgd)的污水处理厂，有效的处理方案包括将废活性污泥和初级污泥分开处理(如废活性污泥好氧消化和初级污泥厌氧消化)。在该方案中，废活性污泥经3 ~ 8小时浓缩至固体浓度为10 ~ 18 g/L，排至好氧消化池。沼气池停留时间为7 ~ 10天，在20℃的温度下，每立方米污泥的耗气量为2 m3/h。消化后的污泥浓缩3至5小时至2.5至3.0%的干固体。稠化消化污泥脱水利用带式过滤机压力机或离心机。由于比阻较低，脱水所需的聚合物相对较少。为了消毒，污泥在脱水前或脱水后加热到70°C。脱水后的污泥可用作有机肥。

总的来说，研究证明，加热消化污泥可以在更短的停留时间内消化低浓度的废活性污泥，从而产生更小的浓缩器和消化器。此外，废活性污泥与一次污泥的分离处理方案由于减少了滞留时间和耗气量，提高了消化污泥的脱水性能而非常有效。技术改进生产的生物固体符合40 CFR Part 503法规的A类或B类要求。

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