與市政剩余污泥相比，石油化工企業產生的生化剩余污泥性質復雜，濃縮困難，脫水和處理難度大，成為困擾煉化企業可持續發展的環保難題。化工剩余污泥常含有微生物抑制成分，傳統的污泥消化工藝處理效果不佳。化工生化剩余污泥中有機污染物的積累和分布并不穩定，有機污染物一直處于一個動態變化的狀態，因為吸附等作用導致污泥中的有機污染物成分復雜，難以處理。中國石化石油化工科學研究院（簡稱石科院）通過十幾年的探索，開發出一種化工生化剩余污泥穩定化技術，并成功開展了工業側線試驗。該技術通過破壞生化剩余污泥的膠體結構，將有機物轉移到液相中，實現污泥的減量化和穩定化，大幅度提高污泥沉降性能；將污泥中的大分子有機物分解成小分子有機物，提高其可生化性，為污泥的最終處置創造有利條件。筆者以中南某化工廠生化剩余污泥為原料，采用石科院自主研發的剩余污泥穩定化技術，開展工業側線試驗。
1、工藝流程及試驗方法
1.1 工藝流程
石科院研發的化工生化剩余污泥穩定化技術工藝流程如圖1所示。生化系統濃縮池污泥排口與污泥穩定化裝置污泥進口管連接，濃縮污泥經螺桿泵進入換熱器，與加入的污泥穩定劑一同升溫，然后進入反應器進行反應，產物進入分離器進行固液分離，分離出的殘留固相經過脫水，再由螺桿外輸裝車，上清液則經管道輸送至污水處理系統，與污水混合后進行生化處理。該裝置為撬裝式，運輸和安裝都十分方便，具有操作簡單、管理方便的特點，并且裝置運行自動化程度高，主要工藝參數全部采用自動控制。
1.2 試驗材料
以中南某化工廠生化剩余污泥為原料，該濃縮池污泥pH值為6.8~7.5，MLSS為13109～17103mg/L，MLVSS為8509～11315mg/L，毛細吸水時間（CST）為272~295s。吳春旭等人選取我國南北方地區各5座典型的污水處理廠，對污泥基本性質進行分析，結果顯示市政剩余污泥的MLVSS/MLSS為35.44%~60.11%，主要集中在35.44%~50.01%。化工生化剩余污泥的MLVSS/MLSS在65%~68%之間，與市政剩余污泥相比有機物含量更高，這是由于化工廠廢水的COD濃度較高，剩余污泥吸附了大量有機物。這導致化工剩余污泥的脫水更加困難，CST較市政剩余污泥更大。
1.3 試驗方法
3月1日—12日：工藝流程優化；3月13日—26日：開車試運行；3月27日—6月3日：連續工業側線試驗。連續工業側線試驗期間主要考察穩定劑用量、反應溫度、反應時間對化工生化剩余污泥穩定化率、減量率、泥餅含水率的影響。
1.4 分析項目與方法
MLSS、MLVSS：參照《城市污水處理廠污泥檢驗方法》（CJ/T221—2005）；pH：玻璃電極法；CST：CST測定儀；COD：重鉻酸鹽法；BOD5：稀釋與接種法。剩余污泥穩定化率=(MLVSS反應前-MLVSS反應后)/MLVSS反應前;剩余污泥減量率=(剩余污泥質量反應前-剩余污泥質量反應后)/剩余污泥質量反應前。
2、結果與討論
2.1 化工剩余污泥的基本性質
側線試驗期間，每天監測化工生化剩余污泥的基本性質，結果如圖2所示。可以看出，化工剩余污泥濃縮池出泥含水率維持在98.5%左右，MLVSS/MLSS維持在65%左右，且從3月27日起，濃縮池污泥性質基本穩定，故從3月27日開展連續工業側線試驗。
2.2 穩定劑用量對化工污泥處理效果的影響
2.2.1 對MLVSS/MLSS的影響
在反應溫度為180℃、反應時間為2h的條件下，考察不同穩定劑用量對化工污泥MLVSS/MLSS的影響，重點監測濃縮池出口剩余污泥與儲罐中反應后剩余污泥的MLVSS/MLSS，結果如圖3所示。可以看出，反應前剩余污泥的MLVSS/MLSS穩定在70%左右，而反應后污泥的MLVSS/MLSS大幅下降。當穩定劑用量為0時，反應后污泥的MLVSS/MLSS在40%左右，這說明單純的熱處理可以破壞污泥結構，使污泥中的有機物含量降低，將一部分不溶性的大分子有機物分解成可溶性的小分子有機物，進而使得污泥MLVSS降低；當穩定劑用量/MLVSS=0.35時，反應后污泥的MLVSS/MLSS在30%左右，這說明穩定劑和熱處理可協同降低污泥中的有機物含量；當穩定劑用量/MLVSS繼續提高到0.38~0.63時，反應后污泥的MLVSS/MLSS可降至25%左右，污泥中的有機物含量被進一步降低；當穩定劑用量/MLVSS提高到0.70~0.95時，反應后污泥的MLVSS/MLSS降至20%左右。以上數據表明，使用穩定劑后，反應后污泥的MLVSS/MLSS可以從40%降至20%，穩定劑在降低污泥中有機物含量上起關鍵作用。
2.2.2 對化工污泥穩定化率的影響
在反應溫度為180℃、反應時間為2h的條件下，考察穩定劑用量對污泥穩定化率的影響，結果如圖4所示。可知，污泥穩定化率均值隨穩定劑用量的增加而升高，在不加入穩定劑的條件下，污泥穩定化率可以達到41%，這說明僅通過高溫，污泥中有40%左右的有機物可以直接被分解成溶于水的小分子有機物進入液相；當穩定劑用量/MLVSS從0提高到0.35時，污泥穩定化率均值從41%提高到51%，這說明投加穩定劑可以提高污泥穩定化率；當穩定劑/MLVSS從0.35提高到0.38時，污泥穩定化率均值從51%提高到63%；當穩定劑/MLVSS繼續提高到0.63時，污泥穩定化率變化不大；當穩定劑/MLVSS繼續提高到0.70時，污泥穩定化率提高到70%以上；當穩定劑/MLVSS從0.70提高到0.95時，污泥穩定化率變化不大，穩定在70%以上，最高可達到73%。以上說明，投加穩定劑后，反應后污泥穩定化率可以從41%提高至73%，穩定劑在提高污泥穩定化率上起關鍵作用。
2.2.3 對化工污泥減量率的影響
污泥減量率是評價污泥處理效果的關鍵指標，影響剩余污泥減量率的因素主要是進反應器污泥質量和壓濾機出口污泥質量，其中進反應器污泥質量與污泥流量有關，壓濾機出口污泥質量與泥餅含水率有關。在反應溫度為180℃、反應時間為2h的條件下，穩定劑用量對污泥減量率的影響如圖5所示。可以看出，增加穩定劑用量可以降低泥餅含水率，當不使用穩定劑時，泥餅含水率均值在67%左右，相較于生化剩余污泥直接壓濾后的含水率80%有大幅度降低，這是由于熱水解可以改善污泥的脫水性能；當投加穩定劑后，泥餅含水率可降至60%以下，污泥減量率穩定在98.5%以上，且隨著穩定劑用量的增加而升高，這是由于穩定劑可以進一步提高反應后生化剩余污泥的脫水性能。穩定劑的作用是促進熱水解進一步分解污泥中的胞外聚合物，從而釋放出污泥中的毛細水和吸附水，大幅度降低泥餅含水率。
綜上，確定最佳穩定劑用量為穩定劑用量/MLVSS=0.70。
2.3 反應溫度對化工污泥處理效果的影響
2.3.1 對MLVSS/MLSS的影響
在最佳穩定劑用量的條件下，考察反應溫度對化工污泥MLVSS/MLSS的影響，結果如圖6所示。可以看出，反應前污泥的MLVSS/MLSS均在60%~70%之間，而經過穩定化處理后，污泥的MLVSS/MLSS均在20%~30%之間。當反應溫度從160℃提高到180℃時，反應后污泥的MLVSS/MLSS略有下降，這說明提高溫度對反應后污泥MLVSS/MLSS的降低作用不明顯。該結果與生化剩余污泥直接熱水解的結果一致，隨著溫度的提高，反應后污泥的MLVSS/MLSS略有下降。
2.3.2 對化工污泥穩定化率的影響
在最佳穩定劑用量條件下，反應溫度對化工污泥穩定化率的影響見圖7。當反應溫度從160℃升高到170℃時，污泥穩定化率明顯提高，這說明升高溫度有助于提高污泥穩定化率；當反應溫度在170~180℃之間變化時，污泥穩定化率變化不大。
2.3.3 對化工污泥減量率的影響
在最佳穩定劑用量的條件下，反應溫度對化工污泥減量率的影響如圖8所示。可以看出，在反應溫度從160℃提高到180℃的過程中，污泥減量率略有升高，這說明提高反應溫度有助于提高污泥減量率。當反應溫度在160~170℃之間時，泥餅含水率在60%以上，繼續提高反應溫度，泥餅含水率進一步降低，當反應溫度達到175℃時，泥餅含水率降至60%以下。王治軍等人利用熱水解得出相似結果。
綜上，確定最佳反應溫度為175℃。
2.4 反應時間對化工污泥處理效果的影響
2.4.1 對MLVSS/MLSS的影響
在最佳穩定劑用量和反應溫度條件下，考察不同反應時間對化工污泥MLVSS/MLSS的影響，結果如圖9所示。可以看出，隨著反應時間的縮短，反應后污泥的MLVSS/MLSS略有升高，但均在30%以下，這說明在反應時間為1.5h以上時，該技術可大幅度降低污泥中的有機物含量。
2.4.2 對化工污泥穩定化率的影響
在確定穩定劑用量和反應溫度的條件下，不同反應時間對化工污泥穩定化率的影響如圖10所示。可以看出，隨著反應時間的縮短，污泥穩定化率略有下降，這說明延長反應時間可提高污泥穩定化率；但同時發現，反應時間在2~2.5h范圍內變化時，污泥穩定化率變化不明顯，均在60%以上。
2.4.3 對化工污泥減量率的影響
在確定穩定劑用量和反應溫度的條件下，不同反應時間對化工污泥減量率的影響如圖11所示。可以看出，隨著反應時間的縮短，泥餅含水率不斷升高，當反應時間在2h以上時，泥餅含水率均值在60%以下；當反應時間為1.5h時，泥餅含水率均值大于60%。污泥減量率隨反應時間的降低變化不大，均保持在98%以上，這是由于污泥含水率在60%左右時，再繼續小幅度（5%）降低含水率對污泥減量效果影響不大。
綜上，確定最佳反應時間為2h。
2.5 最佳條件下生化污泥的處理效果
在最佳處理條件下，即在穩定劑/MLVSS=0.70、反應溫度為175℃、反應時間為2h的條件下，化工生化剩余污泥的穩定化率可達到66%以上，減量率達到98.9%以上，處理后泥餅含水率在60%以下；污泥脫水液pH呈中性，BOD5/COD在0.3以上，屬于易生化處理的污水，且該股水量較少，可以直接送至污水廠進行處理。
3、結論
石科院自主研發的剩余污泥穩定化技術可有效處理化工生化剩余污泥，污泥穩定化率可達到66%以上，污泥減量率可達到98%以上，處理后泥餅含水率在60%以下。最佳處理條件如下：穩定劑/MLVSS=0.70，反應溫度為175℃，反應時間為2h。（來源：中國石化石油化工科學研究院）
