上海白龍港污水處理廠污泥厭氧消化工程運行調(diào)試

魏海娟

（上海城投污水處理有限公司白龍港污水處理廠，上海201201）

1 工程概況

上海白龍港污水處理廠處理規(guī)模為200×104m3/d，出水達(dá)國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。該廠采用A2/O生物處理為主（160×104m3/d），化學(xué)一級強化處理為輔（40×104m3/d）的污水處理工藝。因此，產(chǎn)生的污泥來自三部分：初沉污泥、剩余污泥和化學(xué)污泥，日總產(chǎn)泥量達(dá)1200 t(含水率80%)，部分污泥經(jīng)過污泥厭氧消化處理，處理規(guī)模為204 tDS/d。

1.1 污泥厭氧消化工藝流程

白龍港廠污泥處理采用單級中溫厭氧消化工藝，設(shè)計消化溫度為35℃，該系統(tǒng)由勻質(zhì)池、消化池、沼氣處理、沼氣利用及加熱系統(tǒng)組成，工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥厭氧消化處理工藝流程圖

1.2 污泥消化池

污泥消化池采用蛋形結(jié)構(gòu)，共8座，總?cè)莘e為99200 m3。單池容積為12400 m3，池體最大直徑為25 m，高度為44 m，地面以上高度為32 m，地下埋深為12 m。設(shè)計消化溫度為35℃，污泥停留時間為 24.3 d，有機負(fù)荷為 1.21 kgVSS/(m3·d)，污泥產(chǎn)氣量為44512 m3/d。污泥攪拌采用導(dǎo)流筒導(dǎo)流，螺旋槳機械攪拌。

1.3 沼氣處理系統(tǒng)

沼氣處理采用濕式脫硫和干式脫硫串聯(lián)形式。處理設(shè)施包括3套粗過濾器、2座濕式生物脫硫塔、2座干式脫硫塔、3套細(xì)過濾器、4座有效容積為5000 m3的干式氣囊式氣柜、1座沼氣增壓風(fēng)機、3座沼氣燃燒塔、1座沼氣熱水鍋爐房和配套設(shè)施。設(shè)計沼氣中H2S濃度為（3000～10000）10-6，濕式脫硫后的H2S濃度為25 ppm，干式脫硫后H2S濃度小于20 ppm。

1.4 沼氣利用系統(tǒng)

系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫后一部分進(jìn)入熱水鍋爐房，對消化生污泥進(jìn)行池外加熱；多余沼氣進(jìn)入干化處理系統(tǒng)，為污泥干化提供熱能。沼氣熱水鍋爐房設(shè)置3臺沼氣熱水鍋爐，冬季需熱高峰期3臺鍋爐并聯(lián)運行；夏季需熱低谷期2臺鍋爐并聯(lián)運行，1臺鍋爐可停爐檢修。

2 調(diào)試

白龍港廠污泥厭氧消化工程調(diào)試項目由4部分組成：調(diào)試前的準(zhǔn)備、單機調(diào)試、清水聯(lián)動調(diào)試和通泥聯(lián)動調(diào)試。調(diào)試之前對調(diào)試區(qū)域內(nèi)的所有構(gòu)筑物、設(shè)備管道、渠道及井室等進(jìn)行檢查，使其具備調(diào)試能力。通過單機調(diào)試，逐臺逐系統(tǒng)檢查設(shè)備的安裝質(zhì)量是否符合安裝標(biāo)準(zhǔn)，檢查設(shè)備質(zhì)量和電器控制有效性，核查各種管道和設(shè)備的驗收是否合格。通過清水聯(lián)動調(diào)試，檢驗整個污泥處理工藝流程的順暢性，檢驗所有管路系統(tǒng)水流的通暢性等，保證正常運行后滿水量自流和安全超越功能。以上調(diào)試完成后即進(jìn)入通泥聯(lián)動調(diào)試，該調(diào)試階段是整個調(diào)試階段的重點，目的在于培養(yǎng)消化污泥。而消化污泥培養(yǎng)正常的一個主要標(biāo)志是產(chǎn)酸菌和甲烷菌數(shù)量上的動態(tài)平衡，培養(yǎng)過程緩慢并具有一定的危險性，因此對其作一詳細(xì)介紹。

2.1 通泥聯(lián)動調(diào)試方案

由于白龍港廠無現(xiàn)成消化熟污泥可用，因此，首次啟動采用自然培養(yǎng)方法，待消化污泥培養(yǎng)成功后，后續(xù)消化池啟動可采用接種培養(yǎng)方法。8座消化池啟動分三階段，第一階段，自然培養(yǎng)1#、3#消化池，第二階段，1#、3#消化池培養(yǎng)成功后將熟污泥接種至2#、4#消化池；第三階段，2#、4#培養(yǎng)成功后接種1#～4#號中熟污泥至5#～8#消化池進(jìn)行接種培養(yǎng)。

污泥厭氧消化過程會產(chǎn)生沼氣，沼氣是由甲烷、二氧化碳、硫化氫、氨氣、氮氣等氣體組成。其中，作為主要成分的甲烷是一種易燃易爆氣體，當(dāng)空氣中的甲烷含量在5%～15%范圍內(nèi)，遇明火或700℃以上熱源即發(fā)生爆炸。在消化池氣相及沼氣柜中，隨著消化污泥的培養(yǎng)，甲烷需經(jīng)歷一個從無到有，從低含量到高含量的一個過程，其中必然經(jīng)過5%～15%的爆炸區(qū)。通常避免發(fā)生爆炸的方法是用氮氣置換消化池，但白龍港廠消化池體積大，氮氣置換不經(jīng)濟，因此，開始注泥時打開消化池頂部的沼氣罩觀察窗，將最初產(chǎn)生不合格的氣體高空排放到大氣中，在培養(yǎng)過程中監(jiān)測產(chǎn)生沼氣成分，當(dāng)沼氣成分合格后再連同至沼氣系統(tǒng)。

2.2 自然培養(yǎng)

1#、3#消化池啟動采用自然培養(yǎng)法，方案流程為：注水→加熱→投泥培養(yǎng)。先向1#、3#消化池各注入約12400 m3的中水，水位不超過正常泥位；對消化池中的中水進(jìn)行加熱，因初次加熱無沼氣產(chǎn)生，因此采用天然氣加熱。通過廠區(qū)天然氣管路系統(tǒng)為燃?xì)忮仩t提供天然氣對消化池進(jìn)水進(jìn)行加熱，使池內(nèi)水溫不低于33℃。從2011年10月27日開始，向系統(tǒng)開始投泥。

調(diào)試初期進(jìn)泥為初沉污泥和化學(xué)污泥，比例為2:3。低負(fù)荷時啟用機械攪拌會造成攪拌器的損壞，當(dāng)消化池下部的干固體含量達(dá)到設(shè)計值，即大約3.5%DS時啟動葉輪攪拌器，因此投泥開始時使用污泥循環(huán)泵攪拌，防止污泥沉積。調(diào)試初始1#消化池投泥228 m3，3#消化池投泥355 m3，第2天各投泥量為25 m3和30 m3，隨后經(jīng)歷了緩慢增加投泥階段和平穩(wěn)投泥階段，直至第 94天，系統(tǒng)日投泥量達(dá)到設(shè)計值約500 m3/d，隨后進(jìn)泥量維持在500 m3/d左右，系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行。

從投泥第15天開始2座消化池內(nèi)均有明顯的沼氣釋放，尤其3＃消化池可感知明顯的沼氣流量，監(jiān)測沼氣中CO2含量僅為8%，尚不合格，需繼續(xù)向大氣排放；第12天后，已有大量沼氣產(chǎn)出，檢測CO2含量1#消化池為30%；3#消化池為31%；從12月11日起，連續(xù)5 d檢測1#、3#消化池沼氣成分，甲烷含量均在65%左右，檢測結(jié)果如表1所列，隨后繼續(xù)穩(wěn)定培養(yǎng)。于12月21日，將1#、3#消化池所產(chǎn)的沼氣順利引進(jìn)沼氣系統(tǒng)管線，同時啟動1#、3#消化池攪拌器進(jìn)行機械攪拌，并隨后對后續(xù)管路及設(shè)備進(jìn)行了調(diào)試檢測和沼氣置換，包括粗過濾器、500 m3儲氣柜、沼氣火炬及其連接管道，置換完畢后沼氣火炬成功實現(xiàn)自動點火。

歷經(jīng)3個多月的調(diào)試，1#、3#消化池消化污泥培養(yǎng)成功，pH值維持在7以上，有機物降解率達(dá)到40%以上；沼氣日產(chǎn)量達(dá)到10000 m3/d以上，其中CH4含量約65%，產(chǎn)量穩(wěn)定。因此，于2011年1月27日開始正式使用沼氣為系統(tǒng)加熱保溫。

表1 沼氣成分檢測數(shù)據(jù)

經(jīng)過對沼氣中成分中H2S含量的檢測發(fā)現(xiàn)，H2S含量接近20000·10-6，大大超過了設(shè)計中的含量，因此于2011年1月30日停止進(jìn)入化學(xué)污泥，開始采用初沉污泥進(jìn)行培養(yǎng)，沼氣中甲烷含量降低至設(shè)計范圍內(nèi)。

2.3 接種培養(yǎng)

從2011年2月1日起開始正式對2#、4#消化池進(jìn)行間斷加熱，在保證1#、3#消化池正常運行所需的熱量供應(yīng)外，將系統(tǒng)產(chǎn)出的多余沼氣全部用于加熱2#、4#消化池，進(jìn)入接種前期準(zhǔn)備；至2011年2月19日，2#、4#消化池溫度已達(dá)到35℃；201年2月23日開始，系統(tǒng)從3#消化池接種消化污泥進(jìn)入2#、4#消化池，24 d接種完畢并投入調(diào)試，各接種約1500 m3。從3月份開始，監(jiān)測到2#、4#消化池CO2含量，連續(xù)維持在28%，3月11日經(jīng)檢測2#、4#消化池沼氣產(chǎn)量穩(wěn)定并合格，產(chǎn)氣正式接入沼氣處理系統(tǒng)。

2011年3月2日開始，將系統(tǒng)剩余的熱能用于對5#～8#消化池加熱，其加熱采取間斷進(jìn)行方式；從3月27日開始，以1#～4#消化池作為接種污泥（其中：以1#消化池為主，4#消化池為輔，另再加上2#～3#消化池的污泥），分別向5#、7#、8#共3座消化池成功完成接種并，全面進(jìn)入調(diào)試培養(yǎng)期。4月2日檢測5#、7#和 8#三座消化池CO2含量已達(dá)到27%，4月11日，經(jīng)檢測3座消化池中CO2含量到達(dá)28%，因此將此3座消化池沼氣也納入系統(tǒng)。

由于施工問題，導(dǎo)致6#消化池符合進(jìn)泥調(diào)試時間較晚，因此單獨對其進(jìn)行接種。4月12日以2#、3#消化池為主，1#、4#消化池為輔，作為消化污泥種源池完成向6#消化池成功接種并進(jìn)入培養(yǎng)期。4月20日，經(jīng)檢測，產(chǎn)生沼氣合格并穩(wěn)定，將6#消化池沼氣也納入系統(tǒng)。至此，整個系統(tǒng)8座消化池都已產(chǎn)氣并都匯入沼氣系統(tǒng)，整個消化池的培養(yǎng)過程結(jié)束，隨后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定試運行期。

從以上分析可知，白龍港廠采取自然培養(yǎng)和接種培養(yǎng)相結(jié)合的方式進(jìn)行厭氧消化污泥的培養(yǎng)是經(jīng)濟可行的。從培養(yǎng)過程來看，自然培養(yǎng)耗時較多，但為了為后續(xù)的接種培養(yǎng)提供性質(zhì)良好的接種污泥，歷經(jīng)103 d的培養(yǎng)是值得的。因此，在接種培養(yǎng)中，2#和 4#、5#、7#和 8#、6#消化池培養(yǎng)時間分別為16 d、12 d和8 d，為整個調(diào)試過程節(jié)省了時間和費用。

3 調(diào)試記錄及分析

為了及時了解培養(yǎng)情況以便及時調(diào)整不利因素，因此自進(jìn)泥調(diào)試起，每日進(jìn)行各項指標(biāo)檢測，包括消化污泥pH值、堿度、VFA、含水率、有機質(zhì)含量等。以下以1#和3#消化池為例，對培養(yǎng)過程中每間隔5 d的pH值、堿度和VFA數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（在調(diào)試初期，檢測指標(biāo)為有機酸，檢測結(jié)果為未檢出，因此從12月份開始改為檢測VFA），檢測結(jié)果如表2所列。

表2 pH、總堿度和有機酸檢測數(shù)據(jù)一覽表（單位：mg/L）

從表2中可以看出，系統(tǒng)pH值均經(jīng)歷了先降低后升高的過程，升高后維持在7～7.5之間。而堿度逐漸增加，隨著消化污泥的逐漸成熟，有機物分解產(chǎn)生的堿度逐漸增大至1000 mg/L以上，待運行逐漸穩(wěn)定后，系統(tǒng)總堿度基本維持在2000 mg/L左右，達(dá)到酸堿平衡狀態(tài)，主要是因為，隨著蛋白質(zhì)等有機物分解會產(chǎn)生少量的NH3，NH3在消化液中以NH4OH的形式存在，NH4OH中和了部分VFA形成的酸度；同時，甲烷菌分解有機物的同時，系統(tǒng)中也產(chǎn)生部分CO2，以HCO3-/CO32-的形成存在，在系統(tǒng)中形成重碳酸鹽和碳酸緩沖溶液，使系統(tǒng)中的酸和堿達(dá)到平衡。從表2中也可以看出系統(tǒng)中VFA基本維持在50～500 mg/L的正常范圍內(nèi)。主要原因在于此次培養(yǎng)投配率較低，日投泥量少，系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌種為產(chǎn)甲烷菌，培養(yǎng)過程中不易形成酸積累，因此，系統(tǒng)中VFA值較低。

4 調(diào)試中的問題

4.1 進(jìn)泥種類

通過對沼氣成分的檢測發(fā)現(xiàn)，在調(diào)試前期，以化學(xué)污泥和初沉污泥的混合污泥進(jìn)行厭氧消化，由于一級強化處理工藝中投加的藥劑為Al2（SO4）3，因此化學(xué)污泥的投入導(dǎo)致沼氣中H2S含量高，造成脫硫壓力大，對系統(tǒng)相關(guān)管道與設(shè)備腐蝕大，因此，從2011年1月27日起停止化學(xué)污泥進(jìn)消化池，隨后沼氣中H2S含量降低至設(shè)計范圍內(nèi)。

4.2 含渣問題

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，白龍港廠污泥中也存在含渣量大的問題。浮渣隨污泥進(jìn)入消化池后，在消化池液面形成很厚的浮渣層。浮渣層達(dá)到一定厚度時，就會屏蔽沼氣通道，當(dāng)壓力過大時會沖破消化池頂部的安全閥，造成大量沼氣泄漏，形成了易燃易爆危險區(qū)。從拆卸的泵體中、機械攪拌器導(dǎo)流筒的固定拉索上也發(fā)現(xiàn)有大量浮渣纖維纏繞，勢必對泵和攪拌器造成損壞。造成以上問題的原因可能是該廠預(yù)處理系統(tǒng)中起攔截作用的粗、細(xì)格柵攔截能力不足，建議在污泥處理設(shè)施之前再加設(shè)細(xì)格柵，對污泥中垃圾和纖維進(jìn)一步的攔截，保證消化系統(tǒng)能正常運行。

4.3 含砂問題

白龍港廠沉砂系統(tǒng)采用的是旋流沉砂池，就運行來看，除砂效果差。通過對重力濃縮后所有污泥進(jìn)行含砂量檢測，發(fā)現(xiàn)廠區(qū)污泥中的含砂量高，不僅會對泵等設(shè)備造成磨損，而且大量砂粒進(jìn)入消化池，沉積在消化池底部，造成消化池有效容積減小，帶來處理量減小、清池頻率高等眾多問題。因此建議提高廠區(qū)除砂能力。

5 結(jié)論與建議

白龍港廠經(jīng)過不到半年的時間，8座蛋形消化池的調(diào)試勝利完成；調(diào)試過程中采用了自然培養(yǎng)和接種培養(yǎng)兩種方式，加快了培養(yǎng)速度；氣體置換采用沼氣置換，節(jié)省了調(diào)試費用。同時，調(diào)試過程中也發(fā)現(xiàn)了化學(xué)污泥不易進(jìn)行消化；污泥中的含渣和含砂量問題比較嚴(yán)重，有待進(jìn)一步解決。通過白龍港廠的調(diào)試實踐，建議類似污水處理廠在進(jìn)行厭氧消化工程之前，對污泥性質(zhì)及污泥中的含渣含砂量進(jìn)行必要的評估和改善，以期為后續(xù)的運行減少難度。