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汙泥熱水解厭氧消化與常規厭氧消化的比較

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人氣:-发表时间:2019-04-10 09:19【

1 工程基本情況

热水解厌氧消化是近年来国内外污泥处理技术新的应用方向。国外美国华盛顿特区Blue Plains污水处理厂、英国泰晤士水务Davyhulme项目,国内北京的小红门、高碑店、槐房、高安屯、清河第二污泥处理中心项目,均采用热水解厌氧消化技术。其中,华盛顿特区Blue Plains污水处理厂和北京的小红门、高碑店污泥处理中心项目为现况污泥区域升级改造。本文以国内最早运行的热水解厌氧消化小红门污泥处理中心项目(以下简称小红门项目)为例,通过比对改造前后的消化系统运行情况,分析总结热水解厌氧消化与常規厭氧消化的区别与特点。


小红门汙泥熱水解厭氧消化项目位于小红门污水处理厂厂区东北部,污水处理厂建设规模为60万m³/d(Kz=1.3),峰值流量为78万m³/d。污泥处理系统包括5座卵形消化池、3座沼气柜、2套干式脱硫塔、1座湿式脱硫设备间、1座沼气锅炉房、2套废气燃烧器等。其中5座消化池均为一级消化池,采用卵型池型,单座池容为12 000 m³。


小紅門項目于2008年11月12日首次啓動,産生的沼氣用于驅動水區的鼓風機和冬季供暖,多余的沼氣通過廢氣燃燒器燒掉。2015年9月,該系統停止運轉,開始實施熱水解厭氧消化工程的升級改造。改造內容爲增加熱水解預處理裝置,熱水解采用Cambi技術,消化池仍采用原有消化池。2016年4月,改造完成後,消化系統(消化池運行組數減少爲4座消化池)重新啓動。2016年7月18日,隨著熱水解系統開始調試,常規厭氧消化調整爲熱水解厭氧消化。2017年3月9日,系統開始承接外來汙泥的處理。


表1爲2012年(改造前爲常規厭氧消化的代表)和2017年(改造後爲熱水解厭氧消化的代表)汙水處理廠進水水質、水量及消化系統情況說明。

汙泥熱水解厭氧消化

2 基本操作比較

常規厭氧消化的基本操作有進泥、排泥、換熱和攪拌等,熱水解厭氧消化的不同之處是換熱方式由升溫調整爲降溫。尤其是夏季,要密切關注消化池的換熱情況。

2.1 進泥

2.1.1 來源

2012年消化池的进泥比较单一,全部为水区的初沉污泥,平均2 258 m³/d;2017年消化池进泥为经热水解预处理后的混合污泥,平均1 429 m³/d,进入热水解预处理的污泥情况比较复杂,包括本厂污泥和外接污泥两部分。3月9日前,只处理本厂污泥,即初沉污泥和浓缩后的剩余污泥经预脱水而成的混合污泥。3月9日后,热水解系统既处理本厂污泥也处理外接污泥。外接污泥主要为吴家村、卢沟桥、五里坨、肖家河等污水处理厂的脱水泥饼,平均200 t/d(含水率83%)。对于热水解厌氧消化系统而言,需考虑外接污泥成分对消化池的影响。

2.1.2 進泥有機分與含水率

2012年消化池進泥主要爲初沈汙泥,進泥有機分平均值爲63%,進泥含水率平均值爲96%;2017年消化池進泥爲混合汙泥,進泥有機分平均值爲56%,進泥含水率平均值爲92%。


從圖1可看出,隨著外接汙泥量、來源等發生變化,混合汙泥中的有機分等波動較明顯。3月9日前,汙泥來源單一,有機分平均爲67%;承擔外接汙泥處理後,整體消化池進泥有機分降低。但是,消化池進泥含固量明顯增加,2017年較2012年進泥含固量提高2倍。

汙泥熱水解厭氧消化

2.1.3 進泥中的揮發性脂肪酸(VFA)和堿度(ALK)

改造前后进泥中VFA和ALK的变化见图2。2012年消化池进泥中VFA平均值为513 mg/L,ALK平均值为2 107 mg/L;改造后2017年,消化池进泥中VFA平均值为915 mg/L,ALK平均值为1 881 mg/L,与2012年比较,VFA增加78%, ALK降低11%。

汙泥熱水解厭氧消化

2.2 排泥

2012年消化池排泥采用頂部溢流排泥+泵輔助排泥。2017年消化池采用頂部溢流排泥或底部電動調節閥排泥,原有輔助泵系統拆除。從運行效果看,采用頂部溢流排泥方式,排泥比較順暢,運行一年多的時間,沒有出現溢流排泥堵塞現象。

2.3 換熱

2012年消化池運行需加熱,加熱熱源來自沼氣拖動鼓風機的余熱,不夠的情況下由鍋爐房的熱水作爲熱源補充。2017年升級改造後,由于熱水解預處理後出泥溫度較高,消化池利用原有換熱器進行降溫換熱,降溫冷源爲汙水處理廠二沈池出水。

2.4 攪拌

2012年消化池采用压缩机进行搅拌。2017年,拆除原有压缩机,并进行压缩机进出气管的改造,更新替换为大功率压缩机。沼气搅拌方式不变,搅拌气量由1.67 m³/(min·m³池容)升至3.4 m³/(min·m³池容)。

3 消化效果比較

消化效果一般從消化汙泥的泥質、有機物分解率、産氣能力等指標進行衡量。

3.1 泥質

3.1.1 酸堿比

酸堿比爲VFA和ALK的比值,改造前後消化池內酸堿比變化見圖3。2012年消化汙泥酸堿比平均值爲0.025;2017年消化汙泥酸堿比平均值爲0.128。酸堿比增加的原因是熱水解厭氧消化池進泥中VFA較常規厭氧消化進泥的VFA有明顯的增加。

酸碱比

3.1.2 氨氮與遊離氨

选取历史同期1~3月数据,进行消化污泥中氨氮含量对比(见图4)。2012年消化池污泥中氨氮含量在214~709 mg/L,平均值为503 mg/L;2017年消化池污泥中氨氮含量在1 360~2 140 mg/L,平均值为1 808 mg/L。热水解厌氧消化较常規厭氧消化,污泥中氨氮含量有明显增加。

2017年1~3月数据,消化池运行温度39 ℃,pH 7.3,通过计算公式,将污泥中的氨氮含量换算成游离氨的浓度。计算发现,2017年氨氮平均值为1 808 mg/L,折算成游离氨的浓度为51 mg/L,远低于文献中145~600 mg/L的数值。这说明改造后的热水解厌氧消化工艺,游离氨在正常范围内。该消化系统没有氨抑制作用。

氨氮与游离氧数据

3.2 有機物分解

3.2.1 消化池有机负荷

2012年消化池有机负荷平均为0.91 kgVS/m³,2017年消化池有机负荷平均为1.14 kgVS/m³。从图5可看出, 2017年消化池有机负荷较2012年有所提升。与国内同类项目有机负荷范围1~1.9 kgVS/m³相比基本一致。可以考虑进一步提升有机负荷。

消化池有机负荷

3.2.2 有機物分解率

2012年消化池有機物分解率在19.8%~59.8%。2017年爲30.7%~60.0%,平均42%。從圖6看,熱水解厭氧消化的有機物分解率似乎沒有明顯的提升。分析原因,主要是2012年,消化池單一處理初沈汙泥,初沈汙泥本身容易分解産氣。而2017年改造後,消化池進泥中除初沈汙泥外,還增加剩余汙泥,還有來自吳家村、盧溝橋等汙水處理廠的初沈和剩余汙泥等,在進泥有機分(2017年進泥有機分平均爲56%)較曆史同期(2012年進泥有機分平均爲63%)低的情況看,有機物分解率實際上依舊維持在較高的水平。

消化池有机物分解率

3.3 産氣能力

3.3.1 吨干泥产气量

消化池吨干泥产气量变化见图7。2012年消化池吨干泥产气量为187 m³/tDS;2017年消化池吨干泥产气量为341 m³/tDS,增幅82%。将2017年的吨干泥产气量折算成含水率为80%的原污泥,产气量为68.2 m³/tDS,远高于国内40~50 m³/tDS消化项目。

消化池吨干泥产气量

3.3.2 分解單位公斤有機物産氣量

2012年消化池分解单位公斤有机物产气量为0.78 m³/kgVS;2017年消化池分解单位公斤有机物产气量为1.32 m³/kgVS。从图8可以看出,从分解单位公斤有机物产气量看,热水解厌氧消化优势明显。

分解单位公斤有机物产气量

3.4 沼氣成分

沼氣中主要成分是甲烷和二氧化碳。對比2012和2017年沼氣成分發現(見圖9),2017年的沼氣中甲烷含量較2012年有下降,但甲烷含量基本在45%~70%。分析差異,主要還是進泥來源變化所導致。

沼气成分

分析小紅門2012年和2017年的運行數據,可作爲兩種消化方式常規厭氧消化和熱水解厭氧消化的典型數據進行對比。

熱水解厭氧消化與常規厭氧消化相比,消化池的基本操作沒有大的調整;熱水解厭氧消化較常規厭氧消化處理汙泥的類型途徑更廣泛,增加了剩余汙泥的處理;熱水解厭氧消化在進泥有機分較低的情況,通過熱水解和厭氧消化耦合,提高消化池進泥的VFA,提升單位公斤有機物産氣量,進而提升總産氣量,要明顯優于常規厭氧消化。

但是,熱水解厭氧消化由于工藝特點,還有一些重要的附屬系統如熱水解的工藝氣、消化後脫水濾液等均需引起重視。

對原文有修改。原文標題:汙泥熱水解厭氧消化與常規厭氧消化的運行比較;作者:宋曉雅;作者單位:北京城市排水集團有限責任公司。刊登在《給水排水》2019年第3期。

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