分散性污泥处置的技术分析

对分散性污泥处理处置的现状、技术特点、技术改进方向进行了分析和探讨。

分散性污泥处置的技术分析

赵 峰

（南阳仲水环保技术应用中心，南阳，473000）

摘要：全国的分散性污泥总量远远超出污水处理厂的污泥量，且具有面广、分散、隐蔽性强的特点，文中采取系统状态分解、状态控制的方法，结合分散性污泥的特点，进行稳定性控制分析，得出：将化粪池改进为高位储泥消纳池，简便、可行性强，这种就地储存、消纳、控制污泥的应用模式，是一种治理分散性污泥的有效方法，有助于快速改善我国污泥处置设施严重不足的现状。 关键词：污泥处置；化粪池；消纳池；衡敛消纳；状态控制；

中图分类号：X705；N945.11；

0 引言

污泥如果没有得到有效处置，就必然会影响环境。一般情况下，污水处理厂产生的污泥可通过建设污泥处理设施，进行集中处理与处置。而分散性污水处理设施产生的分散性污泥，具有点多、面广、分散、总量大、难以监管、隐蔽性强的特点，环境危害更大。将分散性污泥运输到污泥处理厂进行集中处理处置，是治理分散性污泥的一种方法，但是由于我国普遍缺少污泥处理厂，而分散性污泥又涉及成本费用、运输、管理等多方面因素，很难实现有效治理，而水污染控制工程技术[1] [2]也没有对分散性污泥处置提供其他的解决方案。传统的分散性污泥处理设施是化粪池，化粪池污泥的清掏周期为90天、180天、360天[3]，污泥外运另作处置。过去，化粪池的污泥经过腐化后，可作为肥料使用，但是随着社会的发展，将城市化粪池污泥作为肥料使用已经越来越少，同时由于我国污泥处理厂建设的不足，难以将化粪池污泥收集到污泥处理厂进行集中处理处置，化粪池污泥已经成为一个棘手问题，成了二次污染源。近年，国家在政策上加强了对污泥处理与处置的要求，但主要侧重于污水处理厂的污泥，化粪池的污泥量远大于污水处理厂的污泥，是治理污泥污染必须考虑的一项内容。化粪池污泥以有机物为主，有可降解性，依据污泥衡敛消纳的理论[4]，采取消纳的方法可使化粪池污泥的增量最小化。文中针对化粪池的技术特点，采用状态控制技术，提出了化粪池技术改进建议，以及对分散性污泥就地消纳处置的技术路线。

1 分析的方法

1.1 原理与方法

依据物理稳定性理论[5]和衡敛系统性质[6]进行状态控制，当系统单位时间输出与输入保持平衡，系统状态是零增长，系统的物理状态具有稳定性。

控制方法：把污泥系统作为对象进行稳定性控制，容器及外部环境作为边界条件，将污泥系统分解为可降解污泥子系统和难降解污泥子系统的叠加，把污泥有效容积分为可降解污泥容积和难降解污泥容积，进行子系统的稳定性控制，使子系统的状态叠加满足系统控制目标。

1.2 污泥消纳处置的机理

污泥系统衡敛状态方程为： S t Mr O （1）

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式中，S表示系统污泥量，Mr 是单位时间输入的难降解污泥量，t是时间，衡敛值是O。 根据污泥衡敛消纳理论[4]，一定条件下，对于一个连续输入的污泥系统，若污泥系统内单位时间消减的污泥量趋于单位时间输入的污泥量，则系统中污泥的增量最小。在理想情况下，污泥充分降解消减，单位时间消减的污泥量等于单位时间输入的污泥量，则系统中污泥零增长。即：

Mr Mc （2）

式中，Mr为单位时间输入污泥量，Mc为单位时间输出污泥量。

系统状态消减是以一定消减速率v向外输出，系统单位时间的输出值Mc为：

Mc S v （3）

因此，在完全消减的理想条件下： S O （4） S O时，Mr Mc，满足输入-输出平衡的衡定状态，系统状态具有物理稳定性[5]。 2 分散性污泥的处置分析

2.1 污泥系统的分解

化粪池是分散性的污泥处理设施，化粪池中的污泥以可降解有机物为主，把有机物的降解消化作为系统的消减方式，分散性污泥系统衡敛状态方程为：S t Mr O

式中，S表示化粪池污泥总量，Mr是单位时间输入的难降解污泥，t是时间，O是衡敛值。 采取系统分解的方法，将污泥系统S分解为易降解污泥子系统S1和难降解污泥子系统S2，即：

S S1 S2[6] （5）

子系统S1状态值等于衡敛值O，难降解污泥子系统S2是随时间累积的状态值，S2 t Mr。

2.2 污泥的消减输出路径

化粪池污泥系统由易降解污泥子系统S1和难降解污泥子系统S2构成，要保持污泥系统输入-输出的平衡，不同性质的污泥子系统适用不同的消减输出方式。

污泥消减的输出路径：生化代谢的降解消化，向水体的溶解扩散，向外部的清掏转移。

2.3 易降解污泥子系统的控制

2.3.1 易降解污泥的输出路径

化粪池中污泥主要是可降解有机物，易降解污泥子系统S1的消减方式是生化降解消化，有机物

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的降解消化方式是子系统S1的状态输出路径，对应的状态值是污泥的降解衡敛值O1。

2.3.2 子系统S1的稳定性控制

对于易降解污泥子系统S1，当S1＝O1时，有机物单位时间的输入量等于单位时间的输出量，子系统处于平衡状态，状态值不随时间延长而增长，具有系统的状态稳定性。

在污泥子系统S1中，有机物的降解抵消了有机物的增长，子系统S1是容积值稳定的系统，无须将有机物从容器中清掏排出，长期储存有机物，就能保持子系统的状态稳定。

2.4 难降解污泥子系统的控制

2.4.1 控制原则

难降解污泥子系统S2是随时间累积的状态值，S2 t Mr 。

保持系统稳定性的原则，是建立污泥输入-输出的状态平衡。难降解污泥子系统S2由难降解有机物和不降解物质组成，需分别采用不同消减输出方式保持与输入的平衡。

2.4.2 难降解有机物的输出路径

难降解有机物的难降解性是相对性的，难降解有机物的降解速率小，随着时间的延长，难降解有机物会逐步进行降解，是一种消减速率较慢的过程。

难降解有机物需要消减过程的容积空间，生化降解仍是难降解有机物的消减方式。

2.4.3 难降解有机物的控制

当Mr Mc，系统状态平衡，在Mr一定时，Mc S v，状态值S与消减速率v成反比，难降解有机物的降解速率v值小时，要满足Mr Mc，就需增大状态值S。

难降解有机物需要有机物长期降解的容积空间，实现的方式是储存、累积，使难降解有机物逐步降解消减，并趋于衡敛状态平衡。难降解有机物消减的控制方法是“储存-消化”。

2.4.4 不降解污泥的输出路径

不降解污泥主要指污水携带的泥沙等物质，也包括部分特别难降解的有机物，不降解污泥会随着时间t逐步累积，增量污泥对容积空间造成压力，影响系统稳定性。

不降解污泥属线性累积输入，要满足污泥系统的状态平衡，可采取物理清掏的输出方式。

2.4.5 不降解污泥的控制

不降解污泥适用物理方式构建输入-输出平衡，采取“空间分离-增量清掏”的控制方法。

以清掏的方式来减少污泥量，是控制化粪池中不降解污泥增长的方法。以泥沙为主的不降解污泥，一般都沉积在容器底部，因此，储存目的的容器池体深度可以较大，清掏目的的池体深度应该

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较浅，根据泥沙等杂质首先在前端沉淀的特点，在容器的前端设沉沙浅池或过水沉沙井，先将大部分泥沙杂质从污泥系统中分离出来，方便清掏，减少泥沙杂物在后续容器中的累积。

沉沙污泥量少，含水率低，有机质少，方便清掏，可作为浓缩的固废物进行外运处置。

2.5 溶解扩散的消减作用

污水所携带杂质以吸附、絮凝、沉淀等方式在水中累积，形成污泥，同时，化粪池污泥也在向水体发生溶解扩散。污泥的沉淀累积与污泥的溶解扩散是互逆的过程，当污泥沉淀累积速度大于污泥溶解扩散速度，则污泥增量，当污泥溶解扩散速度大于污泥沉淀累积速度，则污泥减量。

污水水质、水量、沉淀池面积、污水停留时间、流速、气浮作用等因素都会影响沉淀和扩散。 从污泥减量的角度，污泥的溶解扩散有助于降低污泥的增长，而从污水处理的角度，化粪池排水水质应满足有关污水排放标准的要求，因此，需针对不同的目标适量控制。

3 结果

化粪池污泥以有机物为主，采取系统分解、稳定性控制、结果叠加的方法，将分散性污泥系统分解为多个子系统，并把各个子系统的稳定性控制措施叠加，以“控渣储泥”为污泥系统控制的原则，以“空间分离-增量清掏”方式，控制泥沙等难降解污泥的增长，以“储存-消纳”方式，实现可降解污泥状态平衡，通过子系统的叠加达到控制分散性污泥稳定性的目标。

对污泥系统采取“储存、消减、稳定性控制”是治理分散性污泥的方法。

4 我国分散性污泥的现状

化粪池是一种生活污水预处理设施，也是基本的分散性污泥处理设施，用于建筑项目的生活污水处理。化粪池是一个埋设在地面以下具有厌氧消化环境的设施，它的有效容积由污水容积和污泥容积构成，污水停留时间在12-24小时，污泥在化粪池内经90天以上的腐化后，可作为有机肥料，污泥的设计清掏周期一般是90天、180天、360天。化粪池有杀灭蝇虫卵、处理污水、肥分利用、保护居所环境等积极意义，化粪池的水质处理能力不佳，一般只能截留50-60%的污染物[7]。

4.1 我国的分散性污泥量

根据化粪池污泥容积的计算公式[3]：

W2 1.2 a N T 1 b K （6） 1 c 1000

如果按人数来计算污泥的产量，就不用考虑容积系数1.2，实际使用人数按 100%，新鲜污泥量按a 0.7L/人 d，人数为N，清掏周期为T，K＝0.8，是污泥缩减系数[3]。

污泥经90天以上的腐化浓缩，含水率由95%缩减到90%，产泥量可按下式：

W a N T 1 b K （7） 1 c 1000

式中，W 是经腐化后污泥量，b＝95%，是污泥含水率，c＝90%，是浓缩后污泥含水率。 我国人数按2012年人口普查的13.54亿计，理论上，每年全国新增需清掏的化粪池污泥量有13838万立方，大约相当于1.3838亿吨含水率90%污泥，而且尚未计入动物粪便。

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4.2 粪便污泥的现状

4.2.1 我国污泥无害化的情况

根据国家统计局网站数据，全国2011年的粪便清运量为1962.9万吨，无害化处理量652.8万吨，2012年的粪便清运量为1811.8万吨，粪便无害化处理量801.4万吨。对比全国每年产生1.3838亿吨的分散性污泥量，无害化的粪便只占了非常少的一部分。

4.2.2 化粪池污泥的去向

全国每年产生的粪便污泥总量超亿吨，根据化粪池的行业标准，污泥需定期清掏，而每年无害化处理的粪便量只有801.4万吨，巨大的差距表明有大量的污泥成为环境隐患。通过对化粪池污泥去向的调查，除了在化粪池中消纳的污泥，被清掏的污泥流向以下几个方向：

1、在有农用肥料利用需求的地区，越来越少的粪便污泥被作为农肥进行处置。

2、在建设粪便污泥处理厂的地区，被集中处理的粪便污泥仍然只占少部分。

3、大量化粪池的清掏污泥，被排放到市政污水管流向污水处理厂，或者排放到市政雨水管而流入河流、自然水体，或者被直接偷排到河流水体、弃置野外、田地。

4.3 化粪池存在的主要问题

1、堵塞：化粪池的过水洞口在隔墙的中间部位，污泥如果没有及时清掏，累积污泥超出过水洞口的高度，就会造成化粪池堵塞，对居民生活造成影响。

2、污染，如果将化粪池污泥清掏并排放河流、自然水体、户外，会造成环境二次污染。

3、浪费：化粪池污水停留时间长，占用大量有效容积，储泥量受过水洞口高度制约，储泥量相对少，造成容积浪费，增大建设投资，此外，清掏污泥又会产生大量的管理维护费用。 5 讨论

5.1 分散性污泥处置的思路

依据物质守恒的定律，分散性污泥必然需要存在的空间。因此，主动创造分散性污泥处置场所，将化粪池改进为能够大量储泥消污的消纳池，通过对分散性污泥系统的物理稳定性[7]管理，可实现“就地存储、消纳处置”分散性污泥，最大化降低分散性污泥对环境的影响。

5.2 分散性污泥处置的技术建议

1、采用非线性的有限元法构建消纳池的污泥数学模型，提供应用依据。

2、改造传统化粪池，将化粪池隔墙上的过水洞口由中间部位提升到液面以上，并设置过水导流溢流装置，可有效截留漂浮层污泥，实现高位储泥、过水、通气。

3、缩小污水的容积，提高出水端空间污水处理效率，缩短污水停留时间。

4、对于难降解污泥，基于沉渣、泥沙等沉积物的累积特点，将消纳池之前检查井改为下部是沉淀槽的检查井，检查井较浅，易于清理沉积物，减少泥沙沉渣在消纳池内部累积。此外，可采取多级沉积的方式，在消纳池前端逐级累积沉渣，经过重力浓缩、长期累积，将前端作为累积沉渣的

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容器，沉渣累积高度提升到近地面位置，便于观测、管理，如果累积过度，也便于酌情清掏。

5、化粪池污泥以有机物为主，转变周期性清掏污泥的维护模式，采取“控渣储泥”的方法，将有机污泥长期存纳在消纳池内消减处置，原则上，有机污泥免于清掏。

5.3 分散性污泥治理的意义

1、环保的必要性：分散性污泥总量大于污水处理厂所产生的污泥量，影响面大，具有隐蔽性，从节能减排的角度，不能忽略分散性污泥的污染，治理分散性污泥具有必要性。

2、物质守恒律：根据物质守恒律，污泥不会无故消失，采取储存-消减分散性污泥的方式，可避免把粪便污泥转移到外部环境，避免污染水体。

3、弥补短板：如采用污泥集中治理模式，投资一座污泥处理厂，需要经过立项、审批、融资、征地、设计、施工、运营管理等一系列过程；而分散性污泥处置能够化整为零，借助建筑行业，相当于每年建设大量的污泥处置设施，有效弥补我国污泥处置的短板。

4、利用社会资金：资金保障是污泥治理的必要条件，分散性污泥处置设施的投资主体是建筑项目的建设单位，属于社会资金，可体现谁使用谁付费的污泥治理。

5、污泥治理的新思路：污泥填埋、土地利用、焚烧等措施是屈指可数的污泥处置方法，污泥“储存、消减、控制“的衡敛消纳处置模式，是污泥处置的一条新思路。

6 结论

文中采用系统控制分析的方法，对分散性污泥系统进行状态分析，得出：

1、传统化粪池是临时储存、处理污泥的设施，污泥清掏后再运输到其他场所进行后续处置，浪费财力物力，也造成水体环境污染的隐患。通过对化粪池工艺改造，变成长期储存、消纳污泥的设施，采用污泥“储存-消减-控制”的应用管理模式，是治理分散性污泥污染的方法。

2、高位储泥消纳池是一种治理分散性污泥的工艺创新，在产品层面，只需对传统化粪池技术改造，简单、易行、可操作；在环保的层面，消纳池是建筑项目的附属设施，借助建筑行业的发展，能够广泛普及应用，有效发挥治理分散性污泥污染的作用。

3、我国污泥处理与处置设施不足，技术措施少，探索污泥消纳处置的模式，集中与分散并举，符合我国国情，有助于快速扭转污泥处理与处置滞后的现状。

[参考文献]

[1] 王郁.水污染控制工程（化工版）[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 高延耀，顾国维，周琪.水污染控制工程（高教版）[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 03S702.国家建筑标准设计图集[S].北京：中国计划出版社，2006.

[4] 赵峰.污泥衡敛消纳法的应用分析[J].中国科技论文在线精品论文.2010.3（24）：2512-2516.

[5] 赵峰.物理稳定性的状态模式[J].中国科技论文在线精品论文，2011,4(15):1376-1381.

[6] 赵峰.衡敛系统的性质及其推导[J].软件，2011,32（3）：69-72..

[7] 太原工业大学.室内给水排水工程（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0un1.html