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        污水廠污泥厭氧消化工藝啟動研究

        2017-04-08 08:13:12黃鳴
        城市道橋與防洪 2017年3期
        關(guān)鍵詞:氣柜中溫常溫

        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研究

        黃鳴

        (上海城投污水處理有限公司,上海市 201203)

        簡要介紹了漳州某污水廠的污泥處理系統(tǒng)工藝流程,對污泥厭氧消化工藝的調(diào)試運行進行了詳細論述。通過對運行過程的參數(shù)進行分析,得出了該廠污泥厭氧消化系統(tǒng)已經(jīng)成功運行的結(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,一是能使污泥較充分地穩(wěn)定,二是可以通過沼氣利用達到回收能源的目的,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)前我國碳減排形勢日益嚴(yán)峻的情況下,從經(jīng)濟、能源回收和可持續(xù)發(fā)展各個角度來看,污泥厭氧消化都是一項值得推廣應(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)》又進一步鼓勵城鎮(zhèn)污水處理廠采用污泥厭氧消化工藝,進行污泥中的能源和資源的回用,以獲得沼氣進行綜合應(yīng)用[4]。

        由于污泥厭氧消化處理技術(shù)較復(fù)雜,我國目前對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)試和運行管理經(jīng)驗較為欠缺。本項目調(diào)試所獲得的經(jīng)驗對今后運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)計規(guī)模為10萬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。污泥經(jīng)過預(yù)濃縮、厭氧消化、后濃縮,然后機械脫水。產(chǎn)生沼氣用于沼氣鍋爐和沼氣鼓風(fēng)機。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、分階段實施清水聯(lián)動、氮氣置換、少量投泥、甲烷菌培養(yǎng)、低負荷運行、增加負荷運行,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)進入正常工作狀態(tài)。

        3 清水聯(lián)動調(diào)試

        污泥消化工藝系統(tǒng)清水聯(lián)動調(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,攪拌機調(diào)試等。試運行內(nèi)容包括:污泥消化池進、出水能力,預(yù)、后濃縮池進出水能力,投配泵與循環(huán)泵的運行觀察,污泥管道系統(tǒng)觀察等。

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

        4 氮氣置換

        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,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氣柜中,隨著消化污泥的培養(yǎng),CH4含量必然經(jīng)過5%~15%這一區(qū)域。因此在培養(yǎng)消化污泥之前,應(yīng)進行氮氣置換,即采用氮氣把消化池和氣柜以及沼氣管路中的空氣用氮氣置換出來。

        氮氣置換程度目前尚無統(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,但所需氮氣量也成倍上升。

        污泥消化區(qū)需要氮氣置換的總?cè)莘e:

        消化池2座,集氣室容積60 m3×2=120 m3;

        儲氣柜1座,容積355 m3;

        其他設(shè)備和管道總?cè)莘e125 m3;

        需要氮氣置換的總?cè)莘e為600 m3。

        氮氣置換范圍包括消化池、儲氣柜、脫硫罐、粗細沼氣過濾器,以及各類沼氣工藝管道。氮氣置換總?cè)莘e為600 m3,采用總體一起置換方式進行。氮氣在消化池頂部放氣閥處接入,當(dāng)消化池氣體壓力開始增大后,氮氣在壓差的作用下自然就進入儲氣柜。

        氣體置換采用純度為99.9%的高純氮氣,檢測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。第一次檢測是在置換70%空間后進行,測得氧含量為2.7%;第二次檢測是在置換95%空間后進行,測得氧含量為0.0%。至此,置換結(jié)束。

        5 污泥消化工藝調(diào)試

        前濃縮池的污泥進入消化池,在池內(nèi)進行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)含固率的變化并進行不定時攪拌。若有沼氣產(chǎn)出,進行燃燒試驗,并及時檢測CH4和CO2等氣體組分的含量。

        投泥階段開始后,投配泵24 h開啟,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。隨著投泥過程的進行,氣柜中的氣量已有明顯上升,并滿柜置換了3次,檢測CH4含量已超過50%。3周后停止投泥約1周時間,隨后進入低負荷運行。4周后污泥很快進入?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)濃縮池停留時間較長,已發(fā)生部分酸化作用,進入消化池后經(jīng)過短時間中和作用,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,進入了常溫條件下的培菌過程。這一過程較長,產(chǎn)氣量逐步增加,達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行,氣柜中CH4含量穩(wěn)步增加,開始啟動沼氣鍋爐的調(diào)試工作。在此期間,化驗項目增加VSS、VFA與ALK的檢測。

        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。進入常溫消化階段后,污泥投配率逐步上升,在6周時間里,從0.5%上升到1.5%左右。從低投配率開始逐步增加投泥時,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始平穩(wěn),在60~100 mg/L范圍內(nèi)波動,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產(chǎn)氣率影響不大,逐步穩(wěn)定在10~20 m3/h左右,說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行,啟動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)度三角閥進行自動加溫和熱水分配,嚴(yán)格控制所需溫度的操作要求,在加溫條件下,適時調(diào)整各有關(guān)參數(shù),如攪拌、污泥投配、加溫速率等各項參數(shù),使整個消化過程穩(wěn)定達到最佳狀態(tài)。在此期間收集各類數(shù)據(jù)進行分析研究。

        加溫階段歷時22 d,達到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)。達到中溫狀態(tài)后投配率逐漸穩(wěn)定,并逐步上升。

        達到中溫狀態(tài)以后,消化池的有機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。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速度較快,通過清水聯(lián)動調(diào)試、氮氣置換和投泥后常溫中溫消化過程,污泥厭氧消化系統(tǒng)各項指標(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,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,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[J].給水排水,2010,36(10):9-11.

        [5]王洪臣.城市污水處理廠運行控制與維護管理[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。

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