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.

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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。