隨著城市化進程的加快以及工業園區化的發展，部分城市污水廠水質呈現出“混合型”的特點(工業廢水占比超過50%)。混合型城市污水的這一特點，使其經常出現C/N較低現象，污水廠不得不通過外加碳源的方法來提高工藝的脫氮除磷效果，這勢必會提高污水廠運行成本。城市化帶來的還有城市生活污水收集與處理量的增加，產生的剩余污泥的量也越來越多，污泥的處理和處置的傳統方法存在諸多方面的限制，如何有效地處理和處置剩余污泥仍是亟待解決的問題。

　　近年來的眾多研究表明，城市污水廠剩余污泥厭氧發酵液作為碳源是可行的：剩余污泥中含有大量有機質，通過厭氧發酵不僅能夠實現剩余污泥減量化，發酵產生的揮發性脂肪酸(VFA)等易于被微生物利用的碳源基質還可作為補充碳源投加至污水廠生物處理系統，能有效緩解城市污水廠碳源不足的問題，強化污水處理廠脫氮除磷效率。

　　蘇州某污水處理廠服務區域涵蓋進出口加工區、工業園區以及生活居住區，具有典型的“混合型”特點。污水處理廠規模為40×103m3/d(其中生活污水量與工業廢水的體積比約為4:6)，采用“預處理+CAST生物處理單元+深度處理”組合工藝。本研究旨在通過對該污水處理廠“城市污水廠剩余污泥厭氧發酵產酸中試”的運行效果和經濟效益進行綜合分析，以期為污泥厭氧發酵產酸技術的產業化應用和推廣提供參考和借鑒。

　　1　中試裝置及流程

　　污水處理廠進水COD為190.1——313.3mg/L，BOD5為122.5——225.9mg/L，pH為7.4——7.6，SS、TP、TN、NH4+-N、PO43--P的質量濃度分別為203.5——244、5.26——9.03、40.4——59.1、28.9——40.7、3.25——7.06mg/L。由此可知，進水COD/ρ(TN)在4.7——5.3，屬于典型的低C/N城市污水，無法滿足生物脫氮要求，污水廠實際運行中一直通過投加甲醇方式來補充碳源。

　　中試裝置位于該污水處理廠的污泥處理區內，裝置主體由污泥厭氧發酵罐和沉淀池2部分組成，其流程如圖1所示。

　　污水廠污泥池剩余污泥經污泥泵輸送至厭氧發酵罐內，通過自混合的方式進行厭氧發酵反應，發酵產生的混合液自流進入沉淀池進行泥水分離，上清液采用磷酸銨鎂沉淀法去除其中大部分氮磷后，作為碳源投加至污水廠循環式活性污泥法(CAST)池;沉淀污泥采用板框壓濾機脫水后外運處置。

　　厭氧發酵罐污泥來源是CAST池排出的剩余生物污泥，其pH為6.62——7.35，COD為18.6g/L，SCOD為68——110mg/L，總固體(TS)的質量濃度為10——13g/L(其中揮發性固體VS的質量分數63.8%——65.1%)，總有機碳(TOC)、總碳水化合物、NH4+-N、PO43--P的質量濃度分別為28.88、12.4、2——10、5.0——10mg/L，VFAs含量為0。

　　設計采用的污泥發酵罐為一種自混合方式運行的塔式反應器，直徑為4m，高為10m，有效容積為125m?，全碳鋼結構。罐體設有循環加熱系統，保持罐內溫度35——50℃。通過調節進泥量與內循環比，使得發酵罐內pH穩定在7.0左右，形成穩定的發酵產酸環境。

　　2　運行效果

　　污泥發酵罐反應器經80d的調試運行，反應器內形成以產酸菌為優勢菌屬的微生物種群。利用實驗室小試初步確定中試系統的運行參數，在中試系統中進行單因素實驗，最終獲得污泥發酵罐優化運行參數為：污泥停留時間(SRT)=10d、內循環體積比為300%。反應器VFAs產量最高為284.6mg/L，最大產酸率(m(VFAs)/m(VS))為0.58g/g。

　　發酵罐平均進泥量為12.5m3/d，其中TS的質量濃度為10——13g/L，則進泥TS總質量為125——163kg。發酵原液沉淀污泥經板框壓濾機處理后水的質量分數80%，泥量為0.315——0.455t/d，則出泥TS總質量為63——91kg。由此計算出系統對剩余污泥減量化程度達到44%——50%。

　　控制反應器保持優化運行狀態，進行了為期1a的數據監測，獲得污泥發酵液等指標年平均數據見表1。

　　由表1可知，發酵上清液中N、P元素含量較高。原因是在污泥發酵產酸過程中，剩余污泥中的N、P被再次釋放。中試采用磷酸銨鎂沉淀法去除發酵原液中較高含量的氮磷元素：在污泥發酵原液沉淀階段，投加NaOH調節發酵液pH至9。通過小試確定優化的Mg、P摩爾比為2:1，投加MgCl2至沉淀池產生鳥糞石沉淀。實驗結果表明：發酵液中PO43--P和NH4+-N的去除率分別為97.28%、87.35%，鳥糞石產量1.6kg/d，純度73.06%。說明磷酸銨鎂沉淀法能夠較好的去除污泥發酵原液中的N、P。

　　為了驗證污泥發酵上清液作為碳源的可行性，利用序批式活性污泥法(SBR)裝置模擬污水處理廠生物單元，以污泥發酵上清液作為外加碳源進行小試，結果表明，在不同的發酵劑投加比例情況下，PO43--P、TN平均去除率分別達到79.8%、71.4%。這說明污泥發酵液作為外加碳源能夠強化低C/N的污水廠脫氮除磷。同時有研究表明，污泥發酵上清液中VFAs作為碳源非常容易被微生物利用，而其中的氮磷含量較高時，對污水廠出水效果沒有明顯的負面影響。因此當中試應用于實際生產時，不會由于污泥發酵上清液投加量的提高而增加污水廠生物處理階段的氮磷負荷，說明污泥厭氧發酵產酸技術具有較高的推廣應用前景。

　　3　經濟效益分析

　　3.1　工程建設及運行費用

　　工程建設費。中試系統總投資62.21萬元，其中材料費37.91萬元、設備費24.30萬元，其中設備費詳見表2(單價中已包含折合的安裝費)。

　　動力費。系統每天消耗電能19.59kW·h，電價按1.0元/(kW·h)計算，則污泥動力費E1=1.57元/m3，日運行費19.59元，年運行費用為7150.35元。

　　藥劑費。氫氧化鈉、氯化鎂每日分別消耗3.2、1kg，單價分別為1.8、0.8元/kg，核算污泥藥劑費E2=0.52元/m3，日運行費6.56元，年運行費用2394.4元。

　　綜上所述，中試系統直接運行成本為2.09元/m3。

　　3.2　收益分析

　　減少碳源投加費用。根據剩余污泥的TS的質量濃度為10——13g/L(其中VS的質量分數63.8%——65.1%)、污泥發酵罐最大產酸率0.58g/g可計算得，發酵罐每天產酸量為46.26——61.36kg。按甲醇6.8元/kg計，則每天最多可減少外加碳源費用417.25元。

　　降低污泥處置費用。實際運行中，該污水處理廠的剩余污泥經干化后進行焚燒處理。干化焚燒要求污泥含水質量分數在60%以下，剩余污泥經本試系統處理后，污泥減量化程度可達到44%——50%，即每天最高可減少污泥處置量(12.5m3/d)×(0.01t/m3)× 50%/60%=0.104t。干化焚燒處理污泥的費用(包含加藥、脫水、干化、焚燒等所有費用)按1000元/t計，則每天可減少污泥處置費用為104.0元。

　　回收鳥糞石。通過加藥每天產生約1.6kg的鳥糞石，以1.2元/kg計，每天通過鳥糞石獲得經濟效益為1.92元/d。雖然通過鳥糞石獲得的經濟效益不足藥劑費的1/3，但是從長遠利益來看，采用鳥糞石沉淀工藝是經濟的。原因是當發酵液中的N、P含量較高時，N、P會在發酵液投加過程中形成沉淀致使管道堵塞，從而影響碳源投加系統的正常運行。

　　綜上所述，中試系統運行費用(電費+藥劑費)為26.15元/d，產生的收益合計為523.17元/d，即每日收益497.02元，另污泥收益為39.76元/t，年收益約為18.14萬元。中試系統的總投資為62.21萬元，約3.5年可達到成本支出與效益回收的平衡。具體參見 污水處理技術資料或污水技術資料更多相關技術文檔。

　　4結論

　　城市污水廠剩余污泥厭氧發酵產酸中試對剩余污泥減量化程度可達44%——50%，中試系統日產酸量46.26——61.36kg，污泥收益為39.76元/t，投資回收期限為3.5年。

　　對綜合分析中試結果表明，城市污水廠剩余污泥厭氧發酵產酸技術的應用，可較好地實現城市污水廠污泥減量化和資源化，有助于強化低C/N進水水質的污水廠脫氮除磷，具有良好的社會效益、環境效益與經濟效益，符合節能減排的理念。中試達到了預期目標，可為污水廠剩余污泥厭氧發酵產酸技術產業化應用發展提供參考和借鑒。