水务热点 | 如何让污水处理厂只排清水不排泥？ 用超声－碱破解污泥回用

导 语

2020年全国干污泥产量高达1162万吨，“重水轻泥”的传统发展模式已经难以为继。针对这一问题，北京市环境保护科学研究院的研究者将研究方向对准了污泥本身：能否让生化池内的微生物消解系统自身产生的剩余污泥，将污水处理厂改造为“只排清水、不排污泥”的循环处理系统？研究者采用超声联合碱处理工艺破解污泥细胞，将细胞分解释放的胞内有机物回喂给微生物，该技术路线即为隐性生长减量。研究团队开展的小试实验以实际污水为进水，将原本每日需要外排的全部剩余污泥进行破解后回用，成功实现了“污泥趋零排放”运行：该运行模式无需外排污泥，脱氮率反而从49.7%提升至62.0%，外加碳源的投加量也减少了46.7%。

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先认识三个关键词

• 污泥趋零排放：传统AO工艺每天都需要排出一部分剩余污泥，否则系统无法正常运转。所谓趋零排放，就是将原本需要外排的污泥全部破解后送回生化池，让系统几乎不再外排污泥，从而消除污泥外运和处置的压力。

• 超声-碱组合破解：通过破解污泥释放碳源，相当于给微生物“开壳放粮”。碱先破坏细胞壁，超声波再依靠空化效应震碎细胞，胞内的有机物和氮磷营养随之释放，成为可被微生物利用的“破壁营养液”。已有正交实验证实，该参数是超声-碱组合工艺回收碳源的最佳运行参数；在此条件处理后，溶解性化学需氧量、总磷、总氮和氨氮浓度可分别从23 mg/L、3.66 mg/L、57.6 mg/L、0.85 mg/L提升至3316 mg/L、41.3 mg/L、318.1 mg/L、53.8 mg/L，显微镜观察结果也可证实，该工艺条件下污泥絮体能够被充分破碎，可有效实现胞内物质的释放。
  

• 隐性生长（碳源回收）：微生物通过利用破解后污泥中的菌体物质实现自身增殖，这一过程不需要额外投加碳源。破解液本身富含有机物（COD约3316毫克/升），送入缺氧池后恰好可以作为反硝化细菌的碳源，可谓一举两得。

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研究者是怎么做的

本次试验设置两套完全相同的AO反应器开展对照研究：对照组按照传统工艺模式每日排泥，试验组则将原本需要外排的污泥全部经超声-碱破解后回流，整个试验周期内不对外排泥。试验进水为实际混合污水，由生活污水和实验室废水混合而成，进水水质参数为COD 400~500毫克/升、氨氮55~65毫克/升、总氮75~85毫克/升，且两套系统的进水流量保持一致。

图1 处理工艺流程：剩余污泥经超声－碱破解后回流至缺氧池，实现不排泥运行

试验运行分为三个阶段：阶段1共20天，两套系统同步启动，均保持正常排泥，以此确认两者初始工况一致；阶段2共18天，对照组维持原排泥模式运行，试验组则开启污泥趋零排放模式；阶段3共40天，针对试验组运行中暴露的问题开展参数优化，将好氧池水力停留时间（HRT）从12.0小时延长至14.4小时，并按800毫克/升的投加量适量投加外加碳源乙酸钠。

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效果：一边省泥，一边补碳

污泥破解回用等于往系统里加料，对出水的影响要分项看：

图2 阶段2两套反应器出水对比：破解污泥回用后COD略升、氨氮几乎不变、TN明显下降

COD存在小幅影响：破解回用会使进水COD平均升高37.21%，达到570~650毫克/升，出水COD则升至34.2~45.2毫克/升。虽然COD去除率仍可达到93.7%，但出水浓度比对照组的22.0~29.7毫克/升高出不少。结合我国排污许可要求，污水处理总排口化学需氧量许可排放日均浓度限值为50mg/L，国内多数城镇污水处理厂出水COD排放限值为40mg/L，本次试验出水COD上限已经达到45.2mg/L，直接外排存在超标风险，这也说明污泥破解回用无需额外工艺调整的说法并不成立，仍需配合工艺优化运行。

氨氮几乎无影响：破解液中的氨氮浓度与进水接近，两组出水氨氮均稳定在1.2毫克/升以下，平均去除率分别为98.4%和98.7%，远低于全国排污许可证管理信息平台公开的排放限值——城镇污水处理厂主要排放口为5mg/L，工业污水处理场出水总排口为3mg/L，可见污泥趋零排放模式并未影响硝化效果，处理能力完全满足排放要求。

总氮获得额外碳源增益：这是本次试验最亮眼的发现。破解污泥释放的有机物可直接作为缺氧池反硝化的碳源，试验组总氮平均去除率从49.7%大幅提升至62.0%，出水总氮浓度明显低于对照组，实现了减少污泥排放量同时强化脱氮效果的双重收益。

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优化：让出水稳稳达标

阶段3针对前期暴露的问题调整优化：延长好氧池HRT后，出水COD逐渐降至26~29毫克/升，满足北京市《水污染物综合排放标准》（DB11/307—2013)B级限值要求（COD<30毫克/升）；从第11天起补充投加800毫克/升乙酸钠后，出水总氮稳步降至12毫克/升左右，出水水质稳定满足达标要求（TN<15毫克/升）。

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算一笔经济账

若要保证总氮达标，对照组需将乙酸钠投加量提升至1500毫克/升，对应日投加量为75克；而试验组依托破解液自带的碳源，仅需补充投加800毫克/升，对应日投加量为40克。折算下来，试验组外加碳源的日投加量减少35克，降幅约为46.7%；按碳源市场价4000元/吨估算，处理每吨污水可节省约2.8元的碳源成本，对于大型污水处理厂而言，是相当可观的成本节约。

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一个值得注意的变化

连续运行78天后，我们还观察到一项特殊现象：试验组混合液中挥发性固体占比（MLVSS/MLSS）从0.77逐渐降至0.70左右，说明破解液回用会让系统内无机物逐渐累积，污泥活性出现小幅下降。尽管该占比仍处于传统活性污泥法的典型范围（0.70~0.80）内，但长期运行是否会影响系统处理性能，仍值得进一步跟踪研究。

图3 试验组与对照组MLSS、MLVSS及活性比值随时间变化

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结论

本次小试研究证明：基于超声-碱组合技术的污泥趋零排放AO工艺具备可行性，该工艺可实现剩余污泥不外排，破解液回用可作为碳源强化脱氮效果，能够将AO工艺的总氮去除率由49.7%提升至62.0%，同时可节省近一半的外加碳源，相较于传统工艺，外加碳源投加量可降低46.7%；破解后的污泥上清液碳氮比可达到10.6，基本满足补充进水碳源的需求。配合延长HRT与适量补碳后，出水可满足北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)的B级排放要求，该标准B级要求COD质量浓度<30 mg/L，氨氮质量浓度<1.5 mg/L，TN质量浓度<15mg/L。但该工艺的代价与风险同样清晰：出水COD会出现短暂抬升，系统内可能存在无机物累积，仍需开展工艺优化与长期跟踪研究。对于有减泥降本需求的污水处理厂，该工艺路线提供了扎实的实践参考。

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引用信息

陈玉朋, 刘思贝, 许茹悦, 等. 基于超声-碱组合技术的污泥趋零排放AO工艺运行效果[J]. 净水技术, 2026, 45(4): 117-123.

DOI: 10.15890/j.cnki.jsjs.2026.04.013

来源：本文内容为AI改编，原文出自《净水技术》论文《基于超声－碱组合技术的污泥趋零排放AO工艺运行效果》，作者陈玉朋、刘思贝、许茹悦等（北京市生态环境保护科学研究院）

编辑：黄智恒

排版：李滨妤

审核：孙丽华

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