導語：污泥產量可根據(jù)經驗污泥產率（即萬噸污水產生的絕干污泥量）和污水處理量進行計算，其關鍵在于計算參數(shù)的選擇,選擇不當極易產生顯著的偏差。然而，我國在污泥產率方面的研究較少，積累的污泥產率數(shù)據(jù)不多，難以為設計提供有效的支持與指導。對我國重點流域具有代表性的城鎮(zhèn)污水處理廠（11座城市106座典型污水處理廠）污泥產量進行了調研，全面分析了經驗污泥產率的整體特征、地域差異、季節(jié)波動、工藝差異和規(guī)模差異等。結果表明，調研范圍內污水處理廠污泥產率平均值為1.62tDS/萬m³，其中合肥、昆明和天津污泥產率相對較低，其余城市污泥產率較高。不同月份污泥產率波動較大，且呈現(xiàn)出了顯著的季節(jié)規(guī)律性，冬季和春季污泥產率較高，夏季和秋季污泥產率相對較低。采用AAO/AO和氧化溝工藝的污水處理廠污泥產率顯著高于采用SBR和MBR工藝的污水處理廠，出水執(zhí)行一級A和一級B標準的污水處理廠污泥產率高于執(zhí)行二級標準的污水處理廠，規(guī)模較大的污水處理廠污泥產率低于規(guī)模較小的污水處理廠。
1研究方法
本研究調研時間跨度為2012年1月至2014年12月，調研范圍覆蓋太湖、巢湖、海河、遼河、滇池和三峽庫區(qū)及上游等6大流域，包括上海、常州、嘉興、太倉、無錫、合肥、天津、唐山、赤峰、昆明、重慶等11座城市的106座城鎮(zhèn)污水處理廠（見表1），總設計污水處理能力為1519萬m³/d，實際污水處理能力1264萬m³/d，污泥年產生量為313萬噸（含水率80%），污水處理能力和污泥產量均達到全國總量的10%。污水水量、污水水質、污泥產量和污泥含水率等數(shù)據(jù)均來自所調研污水處理廠的運行日報表。
表1調研范圍內污水處理廠分布
經驗污泥產率采用公式（1）進行計算。
其中，Y——經驗污泥產率，tDS/萬m³；M——脫水污泥產量，t/d；ω——脫水污泥含水率，%；Q——污水處理量，萬m³/d。
2結果與分析
2.1整體特征
調研范圍內106座污水處理廠經驗污泥產率分布特征見圖1，經驗污泥產率平均值為1.62tDS/萬m³，其中80%置信區(qū)間內污水處理廠經驗污泥產率為0.91~2.41tDS/萬m³，平均值為1.57tDS/萬m³，不同廠污泥產率差異較大。
圖1污泥產率分布特征
不同污水處理廠進水中污染物濃度差異較大，以萬噸污水產泥量核算的經驗污泥產率，在不同廠間進行比較時具有一定局限性。因此，本研究進一步分析了去除單位質量BOD5產生的污泥量（簡稱“BOD5污泥產率”），其分布特征見圖2。BOD5污泥產率平均值為1.34kgDS/kgBOD5，其中80%置信區(qū)間內污水處理廠BOD5污泥產率為0.64~2.17kgDS/kgBOD5，平均為1.28kgDS/kgBOD5。
圖2BOD5污泥產率分布特征
2.2地域差異
調研范圍中的11座城市的平均污泥產率分布特征見圖3。合肥、昆明、天津等3座城市經驗污泥產率相對較低，平均值均不超過1.50tDS/萬m³；其余城市經驗污泥產率相對較高，平均值為1.65~1.92tDS/萬m³。造成不同城市污泥產率差異的主要原因為進水水質（有機物含量、懸浮固體含量）的不同，影響進水水質的因素包括：排水體制、管網(wǎng)破損程度、工業(yè)廢水排放、氣候特征等。
圖3不同城市污泥產率
2.3季節(jié)波動
調研范圍中的106座污水處理廠，2014年最大月與最小月污泥產率比值分布特征見圖4，不同月份污泥產率波動較大，最大月與最小月污泥產率比值的平均值為2.92，其中80%置信區(qū)間內最大月與最小月污泥產率的比值為1.57~4.71，平均值為2.54。
圖4污泥產率變化系數(shù)分布
大部分進水以生活污水為主的污水處理廠，污泥產率均呈現(xiàn)出了顯著的季節(jié)規(guī)律性，冬季（12月~2月）和春季（3月~5月）污泥產率較高，夏季（6月~8月）和秋季（9月~11月）污泥產率相對較低。其中，春季污泥產率最高，平均值約為1.79tDS/萬m³；秋季污泥產率最低，平均值約為1.52tDS/萬m³，春季污泥產率比秋季高出了20%。
污泥是污水處理過程中伴隨產生的副產物，主要來自于兩方面：①污水中懸浮固體的吸附沉淀作用；②微生物降解有機物過程中自身的增殖作用。經驗污泥產率受諸多因素綜合影響，其中最主要的影響因素為污水處理廠進水水質（懸浮固體含量和有機物含量等）和生物處理系統(tǒng)運行條件（溫度、污泥齡、有機負荷等）。一方面，我國大部分進水以生活污水為主的污水處理廠，進水SS和BOD5具有顯著的季節(jié)規(guī)律性，冬春季節(jié)進水SS和BOD5濃度較高，而夏秋季節(jié)進水SS和BOD5較低，這可能是污泥產率呈現(xiàn)季節(jié)性波動的主要原因。另一方面，污泥產率與水溫呈負相關性，我國大部分區(qū)域四季分明，溫度季節(jié)變化顯著，污泥產率伴隨溫度相應發(fā)生變化，這可能是污泥產率呈現(xiàn)出季節(jié)規(guī)律性的另一原因。
2.4處理工藝
調研范圍內106座污水處理廠中，污水生物處理單元主體工藝可分為以下幾類：AAO或者AO（記作AAO/AO）、氧化溝、SBR、MBR等類型。其中，AAO/AO工藝包括UNITANK、百樂克等改良類型；氧化溝工藝包括卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、三槽式氧化溝、立環(huán)氧化溝等改良類型，SBR工藝包括CASS、CAST、ICEAS等類型。針對采用不同類型生物處理工藝的污水處理廠，本研究對其污泥產率進行了統(tǒng)計分析，如表2所示。其中，部分污水處理廠生物處理單元采用了1種以上工藝，而不同工藝污水處理量和污泥產量并未單獨核算，因此本研究未對這些污水處理廠的污泥產率進行歸類分析。
表2不同污水處理工藝污泥產率
由表2可知，采用氧化溝工藝的污水處理廠（38個）污泥產率相對較高，平均為1.62tDS/萬m³；采用AAO/AO工藝的污水處理廠（35個）污泥產率次之，平均為1.36tDS/萬m³；采用SBR工藝污水處理廠（12個）和MBR工藝的污水處理廠（2個）污泥產率相對較低，分別為1.22tDS/萬m³和1.08tDS/萬m³。
張辰等研究發(fā)現(xiàn)污泥產率與污泥齡呈負相關關系，剩余污泥表觀產率隨泥齡的延長而減小，其中合成產率系數(shù)與污泥齡關系不大，而衰減系數(shù)隨污泥齡的延長而增大。一般而言氧化溝工藝污泥齡長于AAO/AO工藝，污泥產率相對較低。然而，本調研中采用氧化溝工藝的污水處理廠平均經驗污泥產率卻略高于采用AAO/AO工藝的污水處理廠，這可能是由于經驗污泥產率除受污泥齡和處理工藝影響外，還受進水水質等因素影響。本調研中某污水處理廠采用AAO工藝，設計污水處理量為280萬m³/d，而污泥產率僅為1.14tDS/萬m³；另一污水處理廠采用AO工藝，設計污水處理量為170萬m³/d，而污泥產率僅為0.76tDS/萬m³。這兩座污水處理廠處理規(guī)模較大，而污泥產率偏低，拉低了采用AAO/AO工藝的污水處理廠污泥產率的平均值。
2.5排放標準
調研范圍內污水處理廠中，出水執(zhí)行一級A、一級B和二級標準的污水處理廠數(shù)量、規(guī)模以及污泥產量見表3。執(zhí)行一級A和一級B排放標準的污水處理廠經驗污泥產率分別為1.49tDS/萬m³和1.45tDS/萬m³，執(zhí)行一級A排放標準的污水處理廠污泥產率更高。究其原因，一級A排放標準對出水氮磷提出了更嚴格的要求，而我國污水處理廠普遍存在碳源不足問題，為確保氮磷的同步穩(wěn)定達標，通常需要將碳源優(yōu)先用于生物脫氮，而在生物除磷之后投加混凝劑輔以化學除磷，二沉池出水后投加鋁鹽或鐵鹽進行化學除磷時，污泥產生量通常增加20%~35%。此外，在內部碳源不能滿足生物脫氮要求時，執(zhí)行一級A排放標準的污水處理廠通常需要輔以外加碳源，從而導致污泥產率升高。與一級A和一級B標準相比，二級標準對污水中有機物、懸浮固體、總磷等污染物的去除率要求較低，去除污染物過程中產生的污泥量也相應較低，執(zhí)行二級排放標準的污水處理廠經驗污泥產率顯著低于執(zhí)行一級A和一級B排放標準的污水處理廠。
表3執(zhí)行不同排放標準的污水處理廠污泥產率
2.6規(guī)模差異
本研究根據(jù)《城市污水處理工程項目建設標準》（建標[2001]77號）對調研范圍內污水處理廠規(guī)模進行了分類，不同規(guī)模污水處理廠污泥產率見表4�？傮w而言，規(guī)模較大的污水處理廠（Ⅰ類和Ⅱ類）經驗污泥產率低于規(guī)模較小的污水處理廠（Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類），其中Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類污水處理廠污泥產率分別為1.14、1.35、1.73tDS/萬m³，污泥產率隨著規(guī)模的增加而呈現(xiàn)出減少趨勢。Ⅴ類污水處理廠數(shù)量占調研污水處理廠總數(shù)的40%，但負荷率整體較低，不同廠污泥產率差異較大，平均污泥產率為1.60tDS/萬m³。
表4不同規(guī)模污水處理廠污泥產率
3討論
本研究發(fā)現(xiàn)對于進水以生活污水為主的污水處理廠，其水量水質、運行參數(shù)、污泥產率等一般呈現(xiàn)出較為顯著的規(guī)律性。但調研范圍中大部分污水處理廠進水中摻雜有不同比例的工業(yè)廢水，受工業(yè)廢水影響進水水量和水質波動較大，影響了污泥產率變化規(guī)律的總結。例如，海寧某污水處理廠進水中印染和制革廢水比例高達70%以上，每年春節(jié)前后工廠停產期間污水量急劇下降，污泥產量也相應降低；同時，受當?shù)禺a業(yè)政策和環(huán)保要求影響，部分工廠陸續(xù)停產，水量和水質均波動較大，污泥產率并沒有呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)規(guī)律性。
目前，我國污泥產量統(tǒng)計普遍存在以下2個主要誤差來源：①車噸位偏差。調研范圍內大部分污水處理廠沒有污泥稱重計量設施，生產報表中污泥產量按車噸位進行估算，每車次污泥量誤差可達10%~20%；②污泥含水率偏差。僅有少部分污水處理廠定期檢測污泥含水率，其他污水處理廠帶式壓濾或者離心脫水污泥含水率一般按照80%進行估算，實際含水率偏差可達3%~5%，絕干污泥質量相差可達15%左右。綜上所述，我國部分污水處理廠污泥產量計量累積誤差可達20%~40%，嚴重影響了污泥產率統(tǒng)計分析的精確性。此外，污水處理廠運行報表中的污泥產量大多為外運污泥的量，當污泥出路受阻時部分污泥會在污水處理廠內滯留，沒有污泥外運時報表中相應時間污泥產量通常記為0，報表數(shù)據(jù)無法真實反映實時污泥產量，影響污泥產率分析。
此外，調研范圍中大部分污水處理廠缺乏對于初沉污泥、剩余污泥、化學污泥產量和含水率的單獨計量，報表中只是籠統(tǒng)統(tǒng)計脫水污泥產量，不利于基于污水處理廠運行情況率定剩余污泥表觀產率系數(shù)、合成產率系數(shù)、衰減系數(shù)等相關參數(shù)。此外，進水中惰性懸浮固體及難降解有機懸浮固體對污泥產率的影響較大，但鮮有污水處理廠對進水中懸浮固體的組分及比例進行監(jiān)測，不僅影響污泥產量的精確計算，還影響污水處理系統(tǒng)的運行管理。
4結論
①我國城鎮(zhèn)污水處理廠經驗污泥產率平均值為1.62tDS/萬m³，BOD5污泥產率平均值為1.34kgDS/kgBOD5，其中合肥、昆明、天津等3座城市污泥產率相對較低，其余城市污泥產率較高。
②不同月份污泥產率波動較大，且呈現(xiàn)出了顯著的季節(jié)規(guī)律性，冬季和春季污泥產率較高，夏季和秋季污泥產率相對較低。
③采用AAO/AO和氧化溝生物處理工藝的污水處理廠污泥產率顯著高于采用SBR和MBR工藝的污水處理廠；出水執(zhí)行一級A和一級B標準的污水處理廠污泥產率高于執(zhí)行二級標準的污水處理廠，規(guī)模較大的污水處理廠經驗污泥產率低于規(guī)模較小的污水處理廠。
原標題:我國重點流域106座城市污水處理廠污泥產率調研
| 流域 | 城市 | 污水處理廠數(shù)量（個） |
| 太湖及周邊 | 上海、無錫、常州、太倉、嘉興 | 48 |
| 海河 | 天津、唐山 | 15 |
| 滇池 | 昆明 | 7 |
| 巢湖 | 合肥 | 10 |
| 三峽庫區(qū)及上游 | 重慶 | 20 |
| 遼河 | 赤峰 | 6 |
| 工藝類型 | 污水處理廠數(shù)量（個） | 設計總污水處理量（萬m³/d） | 實際總污水處理量（萬m³/d） | 實際總污泥產量（t DS/d） | 經驗污泥產率（t DS/萬m³） |
| AAO/AO | 35 | 758 | 618 | 838 | 1.36 |
| 氧化溝 | 38 | 304 | 252 | 407 | 1.62 |
| SBR | 12 | 118 | 110 | 134 | 1.22 |
| MBR | 2 | 9 | 7 | 8 | 1.08 |
| 排放標準 | 污水處理廠數(shù)量（個） | 設計總污水處理規(guī)模（萬m³/d） | 實際總污水處理規(guī)模（萬m³/d） | 實際總污泥產量（t DS/d） | 經驗污泥產率（t DS/萬m³） |
| 一級A | 48 | 434 | 347 | 518 | 1.49 |
| 一級B | 42 | 499 | 436 | 633 | 1.45 |
| 二級 | 15 | 586 | 480 | 564 | 1.18 |
| 類別 | 規(guī)模*（以污水處理量計，萬m³/d） | 污水廠數(shù)量（個） | 負荷率（%） | 經驗污泥產率（t DS/萬m³） |
| Ⅰ類 | 50～100 | 4 | 0.85 | 1.14 |
| Ⅱ類 | 20～50 | 13 | 0.89 | 1.35 |
| Ⅲ類 | 10～20 | 19 | 0.87 | 1.73 |
| Ⅳ類 | 5～10 | 26 | 0.90 | 1.62 |
| Ⅴ類 | 1～5 | 41 | 0.82 | 1.60 |
| * 分類含下限值，不含上限值。 |
