全方位解讀《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)》
根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建標(biāo)函[2015]274號文下達(dá)的編制任務(wù)，通過研究國內(nèi)外污泥穩(wěn)定處理工藝和要求，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司主編了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T510-2017，以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”)，于2017年9月1日起正式實(shí)施。
1污泥穩(wěn)定的定義
污泥穩(wěn)定主要包含兩方面的含義：一是降低污泥有機(jī)物含量，使其不易腐敗發(fā)臭;二是減少污泥中的病原體。“標(biāo)準(zhǔn)”對污泥穩(wěn)定的定義為：污泥通過生物、化學(xué)或物化處理，使處理產(chǎn)物達(dá)到不易腐敗發(fā)臭、控制病原體等要求。
2污泥穩(wěn)定工藝
污泥穩(wěn)定處理工藝包括生物、化學(xué)或物化方法，生物處理工藝包括厭氧消化、好氧發(fā)酵和好氧消化等;化學(xué)或物化處理工藝包括熱堿分解、石灰穩(wěn)定、熱干化和焚燒等。“標(biāo)準(zhǔn)”的污泥穩(wěn)定處理工藝包括厭氧消化、好氧發(fā)酵、好氧消化、熱堿分解和石灰穩(wěn)定。其中，石灰穩(wěn)定工藝需要消耗大量石灰，污泥減量化程度較差，也不利于后續(xù)資源利用，但考慮到污泥用于生產(chǎn)水泥熟料、路基建材或填埋時(shí)，石灰穩(wěn)定仍是可選擇的處理方法之一，為規(guī)范現(xiàn)有設(shè)施的運(yùn)行，仍將石灰穩(wěn)定納入標(biāo)準(zhǔn)范圍。
此外，當(dāng)污水處理工藝采用長泥齡方式運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的污泥在污水處理階段就能達(dá)到穩(wěn)定。參照污泥好氧消化工藝的穩(wěn)定指標(biāo)，當(dāng)污泥的比耗氧速率低于2.5mgO2/(gVSS˙h)時(shí)，可判定該污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥達(dá)到穩(wěn)定要求。
3污泥穩(wěn)定指標(biāo)
污泥穩(wěn)定指標(biāo)根據(jù)污泥處置利用途徑、穩(wěn)定處理工藝的不同而有所區(qū)別，因此無法提出類似污水污染物排放一級A、一級B、二級這樣統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需針對不同的穩(wěn)定處理工藝提出各自適用的指標(biāo)。
“標(biāo)準(zhǔn)”將污泥穩(wěn)定指標(biāo)分為產(chǎn)物控制和過程控制兩類：前者是對污泥穩(wěn)定處理產(chǎn)物的控制要求，結(jié)合污泥穩(wěn)定定義，主要從有機(jī)物去除率和糞大腸菌群兩方面提出控制指標(biāo);后者是污泥穩(wěn)定處理過程中的控制參數(shù)，包括溫度、時(shí)間、脂肪酸、總堿度等指標(biāo)。可以根據(jù)具體情況，選擇其中一類指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定評價(jià)。同時(shí)，考慮到技術(shù)進(jìn)步的可能，對于改良工藝要求處理產(chǎn)物達(dá)到控制指標(biāo)，對過程控制指標(biāo)則不作要求。
3.1厭氧消化控制指標(biāo)
污泥厭氧消化控制指標(biāo)如表1所示。
污泥經(jīng)常規(guī)厭氧消化處理后，控制指標(biāo)包括有機(jī)物去除率和糞大腸菌群菌值。
常規(guī)污泥厭氧消化的過程控制指標(biāo)包括溫度、固體停留時(shí)間、脂肪酸(VFA)、總堿度(ALK)以及脂肪酸和總堿度之比(VFA/ALK)。常規(guī)厭氧消化的溫度應(yīng)控制在(35±2)℃，固體停留時(shí)間大于20d。脂肪酸和總堿度反映了產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的平衡狀態(tài)，是厭氧消化系統(tǒng)是否穩(wěn)定的重要指標(biāo)。根據(jù)國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，厭氧消化污泥的VFA應(yīng)小于300mg/L，ALK應(yīng)控制在2000～5000mg/L，VFA/ALK控制在0.1～0.2。
污泥經(jīng)高溫?zé)崴?厭氧消化處理后，控制指標(biāo)及限值與常規(guī)厭氧消化一致。但由于高溫?zé)崴獾膮捬跸M(jìn)泥含固率通常更高，有時(shí)還含有餐廚垃圾等成分，其過程控制參數(shù)與常規(guī)厭氧消化相比更為寬泛。“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定高溫?zé)崴獾奈勰鄥捬跸瘻囟瓤刂圃?5～55℃，固體停留時(shí)間大于15d。由于消化污泥脂肪酸和總堿度與消化池內(nèi)污泥濃度有關(guān)，過程指標(biāo)中對高溫?zé)崴鈪捬跸闹舅岷涂倝A度不作要求，只保留VFA/ALK比例要求。
3.2好氧發(fā)酵控制指標(biāo)
污泥高溫好氧發(fā)酵控制指標(biāo)如表2所示。
污泥經(jīng)高溫好氧發(fā)酵處理后，控制指標(biāo)包括耗氧速率、糞大腸菌群菌值和種子發(fā)芽指數(shù)。耗氧速率是指微生物消耗氧氣的速度，它直接反映微生物分解有機(jī)物的快慢和有機(jī)物的降解狀況。在高溫好氧發(fā)酵的升溫階段前期，耗氧速率呈迅速增加的趨勢;升溫階段后期和高溫階段前期，耗氧速率維持相對穩(wěn)定;高溫階段中后期，耗氧速率下降并逐漸趨于穩(wěn)定。高溫好氧發(fā)酵處理后，污泥耗氧速率應(yīng)小于0.1(O2%)/min。
在糞大腸菌群方面，我國的污泥高溫好氧發(fā)酵運(yùn)行條件與PART503進(jìn)一步減少病原體數(shù)量的方法(PFRP)中的堆肥相當(dāng)，即可以達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)。加拿大《好氧發(fā)酵質(zhì)量導(dǎo)則》要求好氧發(fā)酵污泥糞大腸菌群小于1000MPN/gDS。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指南則提出了更為嚴(yán)苛的要求：糞大腸菌群菌值大于0.01，即糞大腸菌群小于100個/gDS。根據(jù)對國內(nèi)生產(chǎn)性好氧發(fā)酵設(shè)施的取樣結(jié)果，好氧發(fā)酵污泥很難達(dá)到這一要求，但鑒于調(diào)研數(shù)據(jù)有限，為保持與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的一致性，“標(biāo)準(zhǔn)”仍采用糞大腸菌群菌值大于0.01這一限值。
種子發(fā)芽指數(shù)是一項(xiàng)綜合性的生物學(xué)指標(biāo)。當(dāng)未穩(wěn)定化的污泥施用到土壤中，通過微生物降解產(chǎn)生的一些低分子有機(jī)酸會對植物產(chǎn)生毒害作用，通過測定污泥的種子發(fā)芽指數(shù)，可反映好氧發(fā)酵污泥的腐熟度和穩(wěn)定化程度。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對污泥種子發(fā)芽指數(shù)的要求基本介于60%～70%。由于不同土地利用方式對于污泥腐熟度的要求也不盡相同，“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定，當(dāng)高溫好氧發(fā)酵處理后的污泥用于農(nóng)用地時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)應(yīng)大于70%;用于園林綠化或林地時(shí)，應(yīng)大于60%。
3.3好氧消化控制指標(biāo)
污泥經(jīng)高溫好氧消化處理后，控制指標(biāo)包括有機(jī)物去除率和糞大腸菌群菌值。高溫好氧消化的有機(jī)物去除率穩(wěn)定邊界一般認(rèn)為是38%～40%。美國PART503對于好氧消化污泥的病媒吸引減少要求與厭氧消化相似：污泥可揮發(fā)性固體降解率應(yīng)大于38%，若未達(dá)到這一目標(biāo)，則通過小試試驗(yàn)，將少量此好氧消化后的含固率不高于2%的污泥在20℃溫度下再消化30d，若可揮發(fā)性固體降解率不超過15%，則達(dá)到了對病媒吸引減少的要求。此外，PART503還將污泥高溫好氧消化列入進(jìn)一步減少病原體數(shù)量的方法(PFRP)，出泥可以達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)。“標(biāo)準(zhǔn)”要求污泥高溫好氧消化處理后，有機(jī)物去除率應(yīng)達(dá)到40%以上，糞大腸菌群菌值應(yīng)大于1.0×10-3。
污泥高溫好氧消化的過程控制指標(biāo)包括溫度和時(shí)間。當(dāng)處理過程的溫度達(dá)到55～60℃，固體停留時(shí)間達(dá)到10d以上，該處理過程達(dá)到了穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。
3.4熱堿分解控制指標(biāo)
污泥熱堿分解是指在堿性條件下，污泥在一定溫度和壓力作用下發(fā)生分解反應(yīng)的過程，加熱能加速污泥有機(jī)物的分解，同時(shí)堿的加入加快了污泥細(xì)胞的破解進(jìn)度。污泥經(jīng)熱堿分解處理后，有機(jī)物去除率應(yīng)達(dá)到40%以上。在高溫和強(qiáng)堿性條件下，污泥中的病原體也將大大減少，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，熱堿分解處理后污泥的糞大腸菌群菌值應(yīng)大于1.0×10-3污泥熱堿分解的過程控制指標(biāo)包括溫度、壓力、pH和時(shí)間。當(dāng)處理過程的溫度達(dá)到110～140℃，壓力達(dá)到0.15～0.40MPa，pH達(dá)到10～12的持續(xù)時(shí)間大于1h，該處理過程達(dá)到了穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。
3.5石灰穩(wěn)定控制指標(biāo)
石灰穩(wěn)定作用機(jī)理主要是通過投加石灰造成強(qiáng)堿性的環(huán)境條件，殺死和抑制病原體的生長，減少臭氣，同時(shí)該過程中溫度的升高也可以起到殺菌作用。因此，對于石灰穩(wěn)定后的污泥，控制指標(biāo)主要考察糞大腸菌群菌值。污泥石灰穩(wěn)定的過程控制指標(biāo)包括pH和時(shí)間。石灰穩(wěn)定過程中，pH的升高可以起到滅菌和抑制污泥腐化的作用，一般來說，污泥的pH應(yīng)通過投加石灰升高至12以上并保持2h，之后在11.5以上再保持22h，即pH達(dá)到11.5以上的持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過24h。
4污泥取樣和監(jiān)測
我國一般僅要求采用多點(diǎn)取樣，樣品具有代表性，自所取樣品難以真實(shí)反映泥質(zhì)情況。“標(biāo)準(zhǔn)”參考國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對5種污泥穩(wěn)定處理工藝和長泥齡污水處理工藝的污泥，分別規(guī)定了取樣方法。對于以反應(yīng)器形式運(yùn)行的厭氧消化、好氧消化、熱堿水解等工藝，明確了進(jìn)、出泥取樣點(diǎn)的位置;對于以堆體形式運(yùn)行的靜態(tài)好氧發(fā)酵工藝，則提出根據(jù)堆體長度均勻選擇取樣斷面，在每個斷面上均勻設(shè)置取樣點(diǎn)，并對所取樣品進(jìn)行四分法縮分的取樣方法。“標(biāo)準(zhǔn)”還明確規(guī)定了采樣方式(瞬時(shí)/混合泥樣)、采樣量、保存條件和其他注意事項(xiàng)，具有很強(qiáng)的可操作性，對于我國污泥取樣可起到規(guī)范、引導(dǎo)的作用。
5評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法
“標(biāo)準(zhǔn)”還明確提出了污泥穩(wěn)定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，對于不同污泥穩(wěn)定工藝的產(chǎn)物控制指標(biāo)和過程控制指標(biāo)，分別給出了穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率的計(jì)算公式。穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率是達(dá)標(biāo)天數(shù)與運(yùn)行天數(shù)的比值，其中達(dá)標(biāo)天數(shù)按照不同指標(biāo)達(dá)標(biāo)天數(shù)的加權(quán)平均得出。“標(biāo)準(zhǔn)”針對不同的污泥穩(wěn)定工藝，分別規(guī)定了評價(jià)周期，評價(jià)周期內(nèi)設(shè)施運(yùn)行天數(shù)不應(yīng)小于評價(jià)周期的80%。當(dāng)滿足這一基本條件，表明該設(shè)施在正常運(yùn)行，才有進(jìn)行穩(wěn)定評價(jià)的意義。對于穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率達(dá)到多少可判定污泥達(dá)到穩(wěn)定處理要求，“標(biāo)準(zhǔn)”則不設(shè)統(tǒng)一限值，各地管理部門可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際需求確定限值，對污泥穩(wěn)定處理設(shè)施運(yùn)行效果進(jìn)行評價(jià)。
6結(jié)語
污泥穩(wěn)定化程度是否能夠達(dá)到要求，不僅直接關(guān)系到污泥的處理處置效果，而且對生態(tài)環(huán)境和公眾健康也有重要影響。“標(biāo)準(zhǔn)”針對不同污泥穩(wěn)定處理工藝，提出了具備可操作性的控制指標(biāo)、取樣、監(jiān)測方法以及評價(jià)方法，用于指導(dǎo)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行管理，有助于提高我國污泥處理的管理水平。在實(shí)施過程中，將根據(jù)相關(guān)科研成果、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和反饋建議，及時(shí)修訂完善，以提高其實(shí)用性。
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