摘要：污泥自热高温好氧消化技术是实现污泥可资源化利用的一种污泥处理方法。本文检测了不同进泥浓度、搅拌速度、曝气量和污泥停留时间条件下污泥中挥发性有机物指标的变化，得到最佳工艺条件是：进泥含固率为6%~7.5%（挥发性有机物质量浓度为44~56.5 g/L）、搅拌速度为150 r/min、曝气量为0.2 m3/h和污泥停留时间为6~8 d时，污泥挥发性有机物降解率达50%~55%。对在最佳工艺条件下消化后的污泥病原菌也进行了检测，结果表明，消化出泥的病原菌达到了“未检出”的水平。出泥可作为A级生物固体利用。为污泥的资源化利用提供参考。

　　关键词：污泥；自热高温好氧消化；挥发性有机物；病原菌；A级生物固体；资源化

　　城市污水处理厂的污泥处理处置一直都是一个难题，传统的填埋、焚烧、厌氧发酵技术，会导致污泥的“二次污染”，如填埋的垃圾渗滤液会污染地下水，焚烧产生二噁英等有毒有害气体造成大气污染，厌氧发酵会产生极其难闻的“臭气”造成周边环境的污染。因此，寻求合理的污泥处理处置方式，一直都是各大污水处理厂不断探索的新课题[1-6]。

　　污泥稳定化和无害化后进行资源利用，将污泥“变废为宝”，是当下研究的热点[7-11]。污泥好氧消化技术可使污泥达到稳定化和无害化。传统的好氧消化技术虽然操作简单，但需氧量很大，运行成本高，且无法达到高温，对病原菌的灭活性差；改进后的厌氧-好氧消化技术，虽然处理效果得到提升，但污泥停留时间变长，运行费用增加，且也无法达到高温，无法提高对病原菌的灭活效果。近年来，国内借鉴国外一些污水处理厂的经验，开始研究高温好氧消化对污泥的处理效果，虽然相关研究者取得了一定的成果[12]，但很难实现污泥的自动升温。

　　本研究设计一套预热反应装置，对污泥进行自热好氧消化研究，对在不同反应条件下污泥中的挥发性有机物（VSS）指标变化进行检测，分析VSS的降解率，得到污泥自热高温好氧消化的最佳工艺条件。并对消化后污泥的病原菌进行检测，以判断污泥是否达到A级生物固体的标准（VSS去除率达到38%；粪便大肠杆菌数应少于1 000个/g绝干污泥、沙门氏菌数应少于3个/4 g绝干污泥）[13]。

　　1试验装置

　　试验装置如图1所示。装置反应器形状为圆柱体，体积约100 L，反应器设置厚度为6 cm的保温层，反应器还配备搅拌系统、曝气系统、预热系统、温度显示器和液位指示器。

　　2试验流程

　　试验流程见图2。污泥在浓度调配池中完成浓度调配，再进入反应装置中进行消化处理，最后出泥。

　　3试验方法

　　污泥选自某生活污水处理厂，刚进泥的含固率调配要高些，才能保证反应装置快速正常运行。配置约7.5%的含固率污泥装入反应装置，并开启搅拌系统、曝气系统和预热系统，搅拌速度设置为120 r/min，曝气量设置为0.16 m3/h，预热温度设置50℃,运行1 d后关闭预热系统，反应装置温度下降，继续运行直至温度达到最高，稳定几天留下约1/3体积污泥。再次加入含固率约为7.5%的生污泥继续运行，当温度达到最高时，重复如上操作。如此反复运行直到反应装置温度达50℃以上时，启动结束。正常约15 d为一个进泥和排泥的周期[13]。

　　4试验材料

　　4.1仪器

　　分析天平，型号BS124S，上海精密科学仪器有限公司；烘箱，型号101-2，上海安亭科学仪器厂；马弗炉，型号KSW，富华仪器有限公司；恒温水浴锅，型号富华HH，富华仪器有限公司；便携溶氧仪，型号JPB-607，上海精密科学仪器有限公司；台式离心机，型号800B，上海安亭科学仪器厂；恒温恒湿培养箱，型号PYX-250H-B，上海医用核子仪器厂；冰箱，型号BCD-179K，海尔集团；智能控制器超净工作台，型号SWCJ-B，上海医用核子仪器厂；手提高温蒸汽灭菌锅，型号YXQ.，上海医用核子仪器厂；高倍显微镜，岛津SS-550，日本岛津。

　　4.2试剂

　　牛肉膏、酵母膏、胰酪胨、乳糖、月桂基硫酸钠、磷酸氢二钾、溴甲酚紫（体积分数为0.04%和1%）、蛋白胨、磷酸氢二氨、3号胆盐或混合胆盐，以上试剂均为分析纯。

　　5试验结果与讨论

　　检测4个指标判断本研究对污泥处理的效果，分别是污泥浓度、搅拌速度、曝气量和污泥停留时间（SRT）。4项指标中，污泥浓度最为关键，它决定了其余3项指标的变化，即污泥浓度高，对应的搅拌速度、曝气量和SRT数值都要变大。其余3项指标中，SRT受搅拌速度和曝气量的影响，因此是最后一个考察指标；而搅拌速度的快慢会决定曝气量的大小，因此搅拌速度比曝气量优先确定。4个指标优选的先后顺序分别是污泥浓度、搅拌速度、曝气量和SRT[13]。

　　5.1污泥浓度的选择

　　进泥含固率选择5%~9%（VSS质量浓度36.3~67 g/L），通过对VSS的降解效果考察进泥浓度的影响，并选择最优进泥浓度。具体反应条件如表1所示。VSS降解率及反应器温度变化如图3所示。

　　由图3可知，含固率为5%时，污泥VSS降解效果最高不到30%，此时反应器温度最高也只有40℃,污泥无法达到A级生物固体的标准。当含固率为6%~7.5%时，消化进行到第7天，污泥VSS降解率就已经达到38%，消化进行到第12天时，污泥VSS降解率达到了44%以上，此时反应器温度已经达到了50℃以上。但当污泥含固率为9%时，污泥在整个消化周期中的VSS降解率最高为32%，且反应温度最高为45℃左右，污泥无法达到A级生物固体的标准。

　　究其原因，当污泥含固率过低时，污泥中的VSS浓度低，无法为污泥中的嗜热菌提供足够的营养源，污泥中的嗜热菌不活跃，污泥高温好氧消化反应弱，对污泥中VSS降解效果就差。而当污泥含固率过高时，污泥黏度很高，如果没有很大的搅拌速度和曝气量，污泥高温好氧消化难以高效进行，而试验此时设置的搅拌速度和曝气量无法满足好氧消化高效进行的要求，污泥消化效率低，VSS降解率低。因此必须选择合适的进泥浓度，才能保证好氧消化的高效进行。

　　通过如上研究分析得出，选择进泥含固率为6%~7.5%，VSS质量浓度为44~56.5 g/L的污泥浓度最合适。

　　5.2搅拌速度的选择

　　进泥含固率在6%~7.5%，考察不同搅拌速度对污泥VSS去除率的影响。反应条件如表2所示，VSS降解率及反应器温度变化如图4所示。

　　由图4可知，当搅拌速度只有80 r/min时，污泥VSS降解率最高达不到30%，此时反应器温度只有40℃左右，污泥无法进行高温好氧消化，消化后的污泥无法达到A级生物固体的标准；当搅拌速度为120 r/min时，污泥在消化进行到第9天时，VSS降解率就已经达到了40%，随着时间的延长，污泥VSS降解率进一步增大，VSS最高的降解率出现在第12天，此时VSS降解率已经达到了48%。反应器内部的最高温度能达到55℃左右，污泥好氧消化反应能比较高效地进行；当搅拌速度为150 r/min时，污泥在消化进行到第6天时，VSS降解率就已经达到了42%，消化进行到第10天时，VSS降解率达到了55%左右；反应内部的最高温度达到了55℃左右，污泥好氧消化反应效果好。随着搅拌速度进一步增加为200 r/min，污泥VSS降解率虽然能达到38%以上，但最高也只有45%左右，没有搅拌速度为120 r/min和150 r/min的效果好；此时反应内部的最高温度低于50℃,污泥高温好氧消化效果不太理想。

　　这是因为，搅拌速度高能增加污泥中氧气的传递效率，同时也能将污泥颗粒破解得更细，这些都有利于提高好氧嗜热菌的反应活性，增加好氧消化反应的速度。但过高的搅拌速度，会导致消化环境散热加快，消化温度降低，反而降低了消化反应进程。因此，选择搅拌速度为150 r/min为宜（150 r/min的搅拌速度能更快更高效地完成污泥VSS的降解目标，比120 r/min的快了3 d，VSS降解率也比120 r/min的高了10%以上）。

　　5.3曝气量的选择

　　进泥含固率在6%~7.5%，搅拌速度为150 r/min，考察不同曝气量对VSS去除率的影响。反应条件如表3所示，VSS降解率及反应器温度变化如图5所示。

　　由图5可知，当曝气量为0.1 m3/h时，污泥消化效果不太理想，污泥VSS最大降解率为40%，勉强达到A级生物固体的标准；此时反应器温度最高也只有45℃左右，污泥高温好氧效果差。当曝气量增加到0.16 m3/h时，污泥在消化进行到第6天时，VSS降解率达到43%，污泥已经达到A级生物固体的标准；消化进行到第9天以后，VSS降解率保持在53%以上；此时，反应器温度最高能达到55℃以上，污泥高温好氧效果好。当曝气量再增加到0.2 m3/h时，污泥VSS降解效果更好一些，消化进行到第5天时，污泥VSS降解率就达到了42%；第6天以后，VSS降解率保持在50%以上；消化进行到第10天以后，VSS降解率保持在60%以上。此时反应器温度最高能达到60℃左右，污泥高温好氧消化效果非常好。继续增加曝气量到0.24 m3/h，污泥消化效果反而变差，消化进行到第10天左右时，污泥VSS降解率才略大于38%；消化进行到第12天以后，污泥降解率维持在50%左右；此时反应器温度最高低于50℃,污泥高温好氧效果并不明显。

　　因为过低的曝气量，抑制好氧消化的进行，反应器局部还会发生厌氧消化反应，这会降低好氧消化嗜热菌的反应活性，降低了VSS的降解率，反应器内部的温度也会比较低。如果曝气量过大，虽然好氧消化反应速度会加快，但散热速度也会加快，导致反应温度不会太高，好氧消化反应的速度变慢，VSS降解率就下降。所以合适的曝气量才能保证好氧消化反应快速又高效地进行。通过如上试验，曝气量选择0.2 m3/h。

　　5.4 SRT的选择

　　由图5可知，当选择污泥进泥含固率为6%~7.5%（VSS质量浓度为44~56.5 g/L）、搅拌速度为150 r/min和曝气量为0.2 m3/h时，污泥在消化进行到第5天时，VSS降解率就能达到42%，消化进行到第6天至第8天时，VSS降解率为50%~55%，为保证污泥能充分满足A级生物固体标准的要求，选择SRT为6~8 d较为合适。如果污泥在低温环境下运行（譬如秋冬季节），SRT适当长一些，选择8 d左右；如果污泥在高温环境下运行（譬如春夏季节），SRT适当短一些，选择6 d左右。
　　6污泥无害化检测

　　A级生物固体要求污泥无害化的标准是：粪便大肠杆菌数应少于1 000个/g绝干污泥、沙门氏菌数应少于3个/4 g绝干污泥。对以上最佳工艺条件下的消化出泥进行病原菌检测，主要是粪大肠杆菌、粪链球菌、巴氏细菌3种，检测结果均显示“未检出”。出泥达到无害化的标准。

　　7结论和展望

　　污泥进泥含固率为6%~7.5%（VSS质量浓度为44~56.5 g/L）、搅拌速度为150 r/min、曝气量为0.2 m3/h和SRT为6~8 d时，污泥反应器温度达55℃左右，污泥自热高温好氧消化反应明显，出泥的VSS降解率达50%~55%，此时污泥中的病原菌检测结果显示“未检出”，出泥已经达到A级生物固体的标准。

　　国内合理的污泥处理处置方式并不太多，污泥直接脱水后填埋是最常见的处理处置方式。随着国内城市污水排放量和处理量的不断增加，污泥的产量也随之增加，污泥如果没有合适的处理技术，势必造成严重的污染。因此，笔者希望通过本文的污泥稳定化和无害化处理方式试验来引出更多的污泥处理技术，解决污泥污染环境的问题，将污泥变成一种可利用的资源。

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