3 污泥预处理及辅助设施
3.1 工艺原理
城镇污水处理厂污泥预处理是指采用重力、气浮或机械等方法提高污泥含固率，减少污泥体积，以利于后续处理与处置。污泥预处理及辅助设施主要包括污水处理系统中初沉池和二沉池的污泥存储、浓缩、脱水、输送和计量等环节的设备、构筑物和相关辅助设施。
3.2 工艺流程及产污环节
污水处理系统产生的初沉污泥和剩余污泥排入集泥池，经提升至污泥浓缩池或浓缩设备。通常规模较大的城镇污水处理厂产生的污泥在浓缩后进入消化池。经浓缩或消化后的污泥机械脱水后存储在堆放间，外运处理或处置。污泥预处理工艺流程及主要产污环节见图1。
图1 污泥预处理工艺流程及产污环节
污泥预处理过程中主要污染物为恶臭、污泥浓缩和脱水过程排放的上清液和滤液。
3.3 污泥产生量及计量
城镇污水处理厂污泥产生量的计量是污泥处理处置污染防治的基础，本指南对污泥产生量和计量方法做出规定。城镇污水处理厂应在污泥产生、贮存和处理的各单元设置计量装置。
3.3.1 污泥产生量
各类型污水处理工艺及相关处理单元污泥产生量的计算参见附录A。
3.3.2 污泥计量
3.3.2.1 初次沉淀池污泥计量
初沉池不接收剩余活性污泥时，污泥理论产生量参照附录A中公式（A-1）计算。当初沉池间歇排泥时，采用容积法计量污泥产生量，排泥量参照附录A中公式（A-8）计算。
3.3.2.2 剩余活性污泥计量
设有初沉池的城镇污水处理厂剩余活性污泥理论产生量参照附录A中公式（A-2）计算。剩余活性污泥连续排放时，设置流量计计量污泥产生量；生物膜法中二沉池间歇排泥时，采用容积法计量，排泥量参照附录A中公式（A-8）计算。
不设初沉池的城镇污水处理厂剩余活性污泥理论产生量参照附录A中公式（A-4）计算。
3.3.2.3 消化池污泥计量
设置计量装置计量厌氧消化池进、出泥量和沼气产量。进泥量为初沉污泥和剩余活性污泥之和，参照附录A中公式（A-5）进行计算。连续进出泥时，采用流量计计量污泥产生量，并记录累计流量。采用投配池间歇进泥时，采用容积法计量，并记录每次投泥前后投配池中污泥液位高度和每日进泥次数。计量污泥消化池产生沼气的计量装置或仪表宜安装在消化池出气管道上，沼气计量装置应具有读取瞬时流量和累计流量的功能。
3.3.2.4 污泥的出厂计量和报告
城镇污水处理厂出厂污泥可采用地衡进行计量。城镇污水处理厂应为出厂污泥计量建立完善的记录、存档和报告制度。污泥在采用好氧发酵、土地利用及焚烧等处理处置方式时，城镇污水处理厂应采用运营记录簿（即台账）制度，并将记录结果提交相关环境保护管理部门和污泥最终处置单位。
3.4 污泥预处理工艺类型
3.4.1 污泥浓缩
污泥浓缩常采用重力浓缩和机械浓缩两种方法。机械浓缩包括离心浓缩、重力浓缩等方式。
3.4.2 污泥脱水
污泥脱水包括自然干化脱水、热干化脱水和机械脱水，本指南中特指机械脱水。常用的污泥机械脱水方式有压滤式和离心式，其中压滤式主要指板框式和带式。
3.5 消耗及污染物排放
3.5.1 预处理过程中药剂及能源消耗
3.5.1.1 药剂消耗
污泥预处理过程中药剂消耗主要为调理剂，常用的调理剂包括无机混凝剂和有机絮凝剂两大类。无机混凝剂适用于板框式压滤，有机絮凝剂适用于带式压滤和离心式机械脱水。无机混凝剂用量通常为污泥干固体重量的5%～20%。有机絮凝剂，如阳离子型聚丙烯酰胺（PAM）和阴离子型聚丙烯酰胺（PAM），用量通常为污泥干固体重量的0.1%～0.5%。
3.5.1.2 能源消耗
离心浓缩比能耗最高。重力浓缩的比能耗通常在10kW?h/tDS以下，仅为离心浓缩的1％。
污泥脱水阶段主要能源消耗来自脱水机械主机设备以及冲洗水、药剂添加等驱动力的消耗。板框压滤机、带式压滤机和离心脱水机的比能耗分别为15～40kW?h/tDS、5～20kW?h/tDS和30～60kW?h/tDS。
3.5.2 预处理污染物排放
3.5.2.1 恶臭气体
污泥浓缩池硫化氢和氨气排放浓度分别为1～50mg/m3和2～20mg/m3，臭气浓度（无量纲）通常为10～60。
污泥脱水机房硫化氢和氨气排放浓度通常均为1～40mg/m3，臭气浓度（无量纲）通常为10～。
3.5.1.2上清液和滤液
污泥浓缩脱水过程中产生的上清液和滤液（包括冲洗水）等废水中氮磷浓度较高，氨氮浓度约为
mg/L，总磷最大浓度约为mg/L。
3.6 污泥脱水新技术
3.6.1 高压和滚压式污泥脱水机
污泥脱水新设备主要有高压污泥脱水机和滚压式脱水机。
高压脱水机的工作原理是将湿污泥（含水率87%左右）投入由高压和低压系统组成的机械挤压系统中，经过多级连续挤压，脱水污泥含水率降至30%~50%。该类型脱水机单位能耗约为kW?h/tDS。
滚压式脱水机的工作原理是将湿污泥（含水率85%～99.5%）投入圆形污泥通道，通道前端为浓缩区，后端为脱水区。浓缩污泥在脱水区经深度挤压后由出口闸门排出，滤液由通道两侧栅格的出水孔排出，并由脱水机下的污水槽收集。脱水后污泥含水率降至60%~75.5%。
3.6.2 水热预处理+机械脱水
水热预处理＋机械脱水指利用过热饱和高温水蒸汽对污泥进行预处理后进行机械脱水，水蒸汽使污泥中生物体的细胞壁破碎，释放结合水，并降低污泥粘滞性。脱水后污泥含水率降至50%左右。
4 污泥厌氧消化技术
4.1 工艺原理
污泥厌氧消化是指在厌氧条件下，通过微生物作用将污泥中的有机物转化为沼气，从而使污泥中有机物矿化稳定的过程。厌氧消化可降低污泥中有机物的含量，减少污泥体积，提高污泥的脱水性能。
4.2 工艺流程及产污环节
污泥经过浓缩池浓缩后，利用泵提升进入热交换器，然后进入厌氧消化池，在微生物作用下污泥中有机物得到降解。厌氧消化过程产生的沼气经脱水、脱硫后可作为燃料利用。消化稳定后的污泥经脱水形成泥饼外运处置。污泥厌氧消化工艺流程及产污环节见图2。
图2 污泥厌氧消化工艺流程及产污环节
污泥厌氧消化产生的主要污染物包括消化液、沼气利用时排放的尾气以及设备噪声。
4.3 污泥厌氧消化工艺类型
4.3.1 高温厌氧消化
经过浓缩、均质后的污泥（含水率94%～97%）进入高温（53±2oC）厌氧消化池进行厌氧消化，有机物降解率可达40%~50%，对寄生虫（卵）的杀灭率可达99%，消化时间为10～15d。高温厌氧消化池投配率以7%～10%为宜。
该工艺的特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，停留时间短，但需要维持消化池的高温运行，能量消耗较大，系统稳定性较差。
4.3.2 中温厌氧消化
经过浓缩、均质后的污泥（含水率94%～97%）进入中温（35℃±2℃）厌氧消化池进行厌氧消化。中温厌氧消化分为一级中温厌氧消化（停留时间约20d）和二级中温厌氧消化（停留时间约10d）。中温厌氧消化池投配率以5%～8%为宜。
该工艺的特点是消化速率较慢，产气率低，但维持中温厌氧的能耗较少，沼气产能能够维持在较高水平。
4.4 消耗及污染物排放
4.4.1 厌氧消化能源消耗
污泥厌氧消化的能耗主要用于维持厌氧反应温度及维持污泥泵、污水泵（进出料系统）、搅拌设备和沼气压缩机等设备运转。能耗水平取决于厌氧消化搅拌方式，搅拌强度通常为3~5W/m3。
污泥厌氧消化的电耗占城镇污水处理厂全厂用电的15%～25%；污泥加热的热耗占全厂热耗的80%
以上。如污泥消化产生的沼气全部用于发电，可解决整个城镇污水处理厂内20%～30%的用电量。
4.4.2 厌氧消化污染物排放
4.4.2.1 沼气利用排放的尾气
沼气中甲烷含量为60%~65%，二氧化碳（CO2）含量为30%~35%，硫化氢（H2S）含量为0%~0.3%。沼气燃烧或发电会产生尾气，尾气中主要污染物为氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和一氧化碳
（CO）。
4.4.2.2 消化液
消化液中化学需氧量（CODCr）浓度为～mg/L；悬浮物（SS）浓度为～0mg/L；氨氮（NH3-N）浓度为～0mg/L；总磷（TP）浓度为10～mg/L。
4.4.2.3 噪声
污泥厌氧消化过程中噪声的主要来源为发电机。在未加隔声罩的情况下，国产发电机距机体1m处噪声约dB（A）。
4.5 污泥厌氧消化前处理新技术
污泥厌氧消化前经过前处理，能够减少污泥消化的停留时间，提高产气量。污泥水热干化技术和超声波处理技术是污泥厌氧消化前处理技术中研究较成熟的两种技术。
污泥水热干化技术是指在一定温度和压力下使加热后污泥中的微生物细胞破碎，释放胞内大分子有机物，同时水解大分子有机物，进而破坏污泥胶体结构，从而改善污泥的脱水性能和厌氧消化性能。
超声波处理技术是指利用极短时间内超声空化作用形成的局部高温、高压条件，伴随强烈的冲击波和微射流，轰击微生物细胞，使污泥中微生物细胞壁破裂，进而减少消化的停留时间，提高产气量。
声明来源：作者环境保护部，环保行业