污水廠污泥厭氧消化工藝啟動(dòng)研究

黃鳴

（上海城投污水處理有限公司，上海市 201203）

污水廠污泥厭氧消化工藝啟動(dòng)研究

黃鳴

（上海城投污水處理有限公司，上海市 201203）

簡(jiǎn)要介紹了漳州某污水廠的污泥處理系統(tǒng)工藝流程，對(duì)污泥厭氧消化工藝的調(diào)試運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過(guò)對(duì)運(yùn)行過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行分析，得出了該廠污泥厭氧消化系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)行的結(jié)論。

城市污水；污泥處理；厭氧消化

0 引言

污泥厭氧消化是目前我國(guó)最常用的污泥穩(wěn)定處理工藝[1]。污泥厭氧消化系統(tǒng)具有兩大優(yōu)點(diǎn)，一是能使污泥較充分地穩(wěn)定，二是可以通過(guò)沼氣利用達(dá)到回收能源的目的，因而被世界上許多污水處理廠采用[2]。此外，厭氧消化處理污泥還能夠減少溫室氣體的排放[3]。在當(dāng)前我國(guó)碳減排形勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下，從經(jīng)濟(jì)、能源回收和可持續(xù)發(fā)展各個(gè)角度來(lái)看，污泥厭氧消化都是一項(xiàng)值得推廣應(yīng)用的技術(shù)。2009年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》又進(jìn)一步鼓勵(lì)城鎮(zhèn)污水處理廠采用污泥厭氧消化工藝，進(jìn)行污泥中的能源和資源的回用，以獲得沼氣進(jìn)行綜合應(yīng)用[4]。

由于污泥厭氧消化處理技術(shù)較復(fù)雜，我國(guó)目前對(duì)以污泥中溫厭氧消化系統(tǒng)為核心的污泥處理系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)較為欠缺。本項(xiàng)目調(diào)試所獲得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后運(yùn)行城市污水處理廠污泥厭氧消化系統(tǒng)有一定的借鑒和幫助作用。

1 污泥厭氧消化工程概述

漳州市某污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，污泥消化工程采用中溫厭氧消化工藝，主體構(gòu)筑物是兩座各11 000 m3容積的卵形消化池，配套螺旋槳攪拌機(jī)。污泥經(jīng)過(guò)預(yù)濃縮、厭氧消化、后濃縮，然后機(jī)械脫水。產(chǎn)生沼氣用于沼氣鍋爐和沼氣鼓風(fēng)機(jī)。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 調(diào)試技術(shù)路線

工藝調(diào)試旨在確保絕對(duì)安全的前提下，充分利用已建設(shè)施和設(shè)備有步驟、分階段實(shí)施清水聯(lián)動(dòng)、氮?dú)庵脫Q、少量投泥、甲烷菌培養(yǎng)、低負(fù)荷運(yùn)行、增加負(fù)荷運(yùn)行，直至配合其他相關(guān)設(shè)備調(diào)試完成，使污泥消化系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3 清水聯(lián)動(dòng)調(diào)試

污泥消化工藝系統(tǒng)清水聯(lián)動(dòng)調(diào)試工作包括：在線儀表切入，各類閥（閘）門的啟閉，主要沼氣管道氣密性復(fù)檢，氣柜的升降檢阻，攪拌機(jī)調(diào)試等。試運(yùn)行內(nèi)容包括：污泥消化池進(jìn)、出水能力，預(yù)、后濃縮池進(jìn)出水能力，投配泵與循環(huán)泵的運(yùn)行觀察，污泥管道系統(tǒng)觀察等。

調(diào)試及試運(yùn)行情況表明沼氣管路氣密性較好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。脫硫罐、儲(chǔ)氣柜、粗過(guò)濾器以及與之相連接的各類氣管和閥（閘）門等，也無(wú)泄漏現(xiàn)象。其他主要機(jī)械設(shè)備，如投配泵、循環(huán)泵、攪拌機(jī)在調(diào)試過(guò)程中都未發(fā)現(xiàn)異常情況。

4 氮?dú)庵脫Q

沼氣中的CH4是一種易燃易爆氣體。當(dāng)空氣中CH4含量在5%～15%（體積百分比）范圍內(nèi)時(shí)，遇明火或高溫?zé)嵩醇窗l(fā)生爆炸。在消化池的集氣室及沼氣儲(chǔ)氣柜中，隨著消化污泥的培養(yǎng)，CH4含量必然經(jīng)過(guò)5%～15%這一區(qū)域。因此在培養(yǎng)消化污泥之前，應(yīng)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，即采用氮?dú)獍严睾蜌夤褚约罢託夤苈分械目諝庥玫獨(dú)庵脫Q出來(lái)。

氮?dú)庵脫Q程度目前尚無(wú)統(tǒng)一的要求，置換程度越高，即置換后氣體中氧含量越低、越安全，但所需氮?dú)饬恳渤杀渡仙?/p>

污泥消化區(qū)需要氮?dú)庵脫Q的總?cè)莘e：

消化池2座，集氣室容積60 m3×2＝120 m3；

儲(chǔ)氣柜1座，容積355 m3；

其他設(shè)備和管道總?cè)莘e125 m3；

需要氮?dú)庵脫Q的總?cè)莘e為600 m3。

氮?dú)庵脫Q范圍包括消化池、儲(chǔ)氣柜、脫硫罐、粗細(xì)沼氣過(guò)濾器，以及各類沼氣工藝管道。氮?dú)庵脫Q總?cè)莘e為600 m3，采用總體一起置換方式進(jìn)行。氮?dú)庠谙仨敳糠艢忾y處接入，當(dāng)消化池氣體壓力開(kāi)始增大后，氮?dú)庠趬翰畹淖饔孟伦匀痪瓦M(jìn)入儲(chǔ)氣柜。

氣體置換采用純度為99.9%的高純氮?dú)猓瑱z測(cè)氧氣含量采用南京齊創(chuàng)分析儀器有限公司生產(chǎn)的20-102A型氧化鋯氧量分析儀。第一次檢測(cè)是在置換70%空間后進(jìn)行，測(cè)得氧含量為2.7%；第二次檢測(cè)是在置換95%空間后進(jìn)行，測(cè)得氧含量為0.0%。至此，置換結(jié)束。

5 污泥消化工藝調(diào)試

前濃縮池的污泥進(jìn)入消化池，在池內(nèi)進(jìn)行34℃±1℃中溫消化產(chǎn)生沼氣，消化區(qū)內(nèi)設(shè)有2座消化池，總?cè)莘e為22 000 m3。由于污泥量的原因本次調(diào)試啟用1座消化池。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

消化池有效容積：10 450 m3(單池)；

池內(nèi)污泥溫度：34℃±1℃；

生污泥投配率：＜8%；

消化池內(nèi)污泥含水率：94%～96%；

污泥pH值：保持6.5～7.5；

有機(jī)物分解率：30%～50%；

產(chǎn)氣率：0.8～0.9 m3/kgVSS。

5.1 投泥階段

投泥階段觀察消化池內(nèi)含固率的變化并進(jìn)行不定時(shí)攪拌。若有沼氣產(chǎn)出，進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，并及時(shí)檢測(cè)CH4和CO2等氣體組分的含量。

投泥階段開(kāi)始后，投配泵24 h開(kāi)啟，污泥投配率維持在較高水平。前2周的投配率在6%～8%，主要目的是置換消化池中的清水，提高消化池中的污泥濃度。隨著投泥過(guò)程的進(jìn)行，氣柜中的氣量已有明顯上升，并滿柜置換了3次，檢測(cè)CH4含量已超過(guò)50%。3周后停止投泥約1周時(shí)間，隨后進(jìn)入低負(fù)荷運(yùn)行。4周后污泥很快進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)產(chǎn)生沼氣。消化池內(nèi)含固率逐步上升并維持在2%左右的水平。投泥階段消化池中pH值基本在6～7之間，消化池內(nèi)溫度基本在24℃左右，受外界溫度變化影響較小。污泥在預(yù)濃縮池停留時(shí)間較長(zhǎng)，已發(fā)生部分酸化作用，進(jìn)入消化池后經(jīng)過(guò)短時(shí)間中和作用，在良好的工藝條件控制下，污泥很快發(fā)生厭氧作用產(chǎn)生沼氣。

5.2 常溫消化階段

在逐步增大投泥量后，進(jìn)入了常溫條件下的培菌過(guò)程。這一過(guò)程較長(zhǎng)，產(chǎn)氣量逐步增加，達(dá)到常溫條件下污泥厭氧消化分解的產(chǎn)氣率。隨著常溫條件下投泥和攪拌工作的正常運(yùn)行，氣柜中CH4含量穩(wěn)步增加，開(kāi)始啟動(dòng)沼氣鍋爐的調(diào)試工作。在此期間，化驗(yàn)項(xiàng)目增加VSS、VFA與ALK的檢測(cè)。

在常溫消化階段，隨著氣溫的變化消化池溫度穩(wěn)步上升，從23℃升到28℃左右。進(jìn)入常溫消化階段后，污泥投配率逐步上升，在6周時(shí)間里，從0.5%上升到1.5%左右。從低投配率開(kāi)始逐步增加投泥時(shí)，揮發(fā)性脂肪酸的濃度突然升高。隨著投配率的穩(wěn)步增加，揮發(fā)性脂肪酸的濃度變化幅度開(kāi)始平穩(wěn)，在60～100 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，趨于穩(wěn)定。該階段消化池污泥總堿度在1 400～1 800 mg/L范圍之內(nèi)，緩沖能力良好，消化池中的pH值維持在6.5～7.5的范圍之內(nèi)。常溫消化階段消化池內(nèi)VFA/ALK一般在0.1左右，符合消化系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求[5]。

在常溫消化階段初期，隨著投配率增加，產(chǎn)氣率有所增加，維持在20～30 m3/h，但隨后的投配率變化對(duì)產(chǎn)氣率影響不大，逐步穩(wěn)定在10～20 m3/h左右，說(shuō)明常溫厭氧消化系統(tǒng)已經(jīng)處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

在常溫消化階段，隨著投配率的變化，消化池產(chǎn)氣中CH4和CO2的含量基本保持不變，CH4含量在55%～65%，CO2含量在25%～35%，而H2S的含量隨投配率的變化波動(dòng)較大，從初期的600×10-6左右，逐步穩(wěn)定到1 100×-6左右。

5.3 中溫消化階段

結(jié)合沼氣鍋爐的正常運(yùn)行，啟動(dòng)污泥中溫厭氧消化工藝調(diào)試，將池溫加熱到34℃±1℃。借助PLC調(diào)度三角閥進(jìn)行自動(dòng)加溫和熱水分配，嚴(yán)格控制所需溫度的操作要求，在加溫條件下，適時(shí)調(diào)整各有關(guān)參數(shù)，如攪拌、污泥投配、加溫速率等各項(xiàng)參數(shù)，使整個(gè)消化過(guò)程穩(wěn)定達(dá)到最佳狀態(tài)。在此期間收集各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

加溫階段歷時(shí)22 d，達(dá)到33.02℃中溫狀態(tài)，在此之后系統(tǒng)穩(wěn)定維持在34℃±1℃中溫狀態(tài)。達(dá)到中溫狀態(tài)后投配率逐漸穩(wěn)定，并逐步上升。

達(dá)到中溫狀態(tài)以后，消化池的有機(jī)物分解率基本維持在35%左右。產(chǎn)氣量保持在20～40 m3/h左右，并隨著投入污泥的穩(wěn)定消化和投配率的上升，產(chǎn)氣率逐步上升。消化池中進(jìn)泥和出泥的pH值基本在6～7之間。消化污泥揮發(fā)酸的濃度變化與常溫消化階段相比更加穩(wěn)定，在60～100 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)。該階段消化池污泥總堿度值在1 400～1 700 mg/L范圍之內(nèi)。消化池內(nèi)VFA/ALK在0.1左右，符合消化系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求。消化池產(chǎn)氣中CH4含量在58%～67%，二氧化碳的含量平均在32%左右，H2S的含量基本穩(wěn)定在2 500× 10-6左右。

6 結(jié) 論

污泥中溫厭氧消化工藝在夏季啟動(dòng)速度較快，通過(guò)清水聯(lián)動(dòng)調(diào)試、氮?dú)庵脫Q和投泥后常溫中溫消化過(guò)程，污泥厭氧消化系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均正常，標(biāo)志著消化污泥培養(yǎng)成功，消化系統(tǒng)已正常運(yùn)行。

[1]王飛,湯克敏,王銘劍.廣東省西北地區(qū)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)探討[J].廣東化工.2011,38(4):175-177.

[2]郝曉地,蔡正清,甘一萍.剩余污泥預(yù)處理技術(shù)概覽[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011,31(1):1-12.

[3]郭瑞,陳同斌,張悅,等.不同污泥處理與處置工藝的碳排放[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011,31(4):673-679.

[4]張辰,胡維杰,生駿.上海市白龍港污水處理廠污泥厭氧消化工程設(shè)計(jì)[J].給水排水，2010,36(10):9-11.

[5]王洪臣.城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)管理[M].北京:科學(xué)出版社,1997.

X703

A

1009-7716（2017）03-0216-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.059

2017-01-12

黃鳴（1963-），男，上海人，副總經(jīng)理，工程師，從事污水處理管理工作。