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1、污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择与设计要点 陈 怡（北京市市政工程设计研究总院,北京 100082摘要以北京市小红门污水处理厂和西安市第五污水处理厂为例，对污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择和设计要点进行了详细论述，包括污泥厌氧消化工 艺选择、进泥预处理、厌氧消化池、沼气系统、上清液处理和污泥输送管路 等，以保证污水处理厂污泥厌氧消化工艺的顺利实施。关键词 污水处理厂污泥 厌氧消化 工艺选择 污泥投配 污泥搅拌 沼气系统p r o c e s s s e l e c t i o n a n d d e s ii n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l(
2、B e i j i n ge n e r a l M u n i c i p a lE n g i n e e r i n g D e s i g nn d R e s e a r c h I n s t i t u t e , B e i j i n g100082, C h i n aX i a o h o n g m e n W a s t eT r e a t m e n tPl a n t a se x a m p l e , t h i sp a p e r d e s c r i b e dt h ek e yp o in t s o ft h e p r o c e s ss
3、e l e c -t i o n an dd es i g no ft h es l u d g ea n a e r o b i c di g e s t i o n i nt h ea n F if t h W a s t e w a t e rw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t , i n c l u d i n g s l u d g e a n a e r o b iP l a n t a n d X iw a t e r T r e a t m e n tc d i g e s t i o n p r o c e s ss
4、e l e c t i o n , s l u d g e p r e -t r e a t m e n t ,a n a e r o b i c d i g e s t i o nt a n k , m e t h -a n e s y s t e m , u p -l e v e l cl e a n I i q u i d t r e a t m e n t , a n d s l u d g e t r a n s m i s s i o n p i pe , a n d s oo n, w h i c h c o u l d e n s u r e t h es m o o t h
5、i m p lem e n t a t i o no f t h es l u d g e a n a e r o b i cd i g e s t i on i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t . K e y w o r d s :S l u d g e f r o mw a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t ; A n a e r o b i c d i g e s t i o n ; P r o c e s s s e l e c t i o n ; S l u d
6、g e d o s i n g ; S l u d g e m i x i n g ; M e t h a n e s y s t e m污泥厌氧消化一直是城镇污水处理厂（尤其是大型污水处理 厂污泥处理的首选工艺。近年来污水处理厂污泥厌氧消化处理工艺凭借其自身的 优势，在国内大中型污水处理厂得到广泛应用并不断发展。本文以已运行多年的北京市小红门污水处理 厂和新筹建的西安市第五污水处理厂为例，对污泥厌氧消化工艺选择和系统设计要点进行了分析。1污泥厌氧消化工艺选择1. 1 污泥浓缩为充分发挥厌氧消化池的功 能，通常首先对污泥进行浓缩，减小进入消化池 的污泥体积，实现经济 效益最大化。污泥浓缩通常有
7、两种方式，第一种 为分别对 初沉污泥和剩余污泥进行浓缩，浓缩后混合进入厌氧消化池；第二种为仅对剩余污 泥进行浓缩，然后与初沉污泥混合再进入厌氧消化池 。第一种方式可以实现更低 的污泥含水率，但处理设备（构筑物增多，运行费用稍高；第二种方式因仅浓 缩剩余污泥，对初沉池运行过程的污泥含水率要给予控制 ，以尽可能降低其含水 率。在北京市小红门污 水处理厂设计中，采用对初沉污泥和剩余污泥分别进行 浓缩，目的是保证污泥 含水率降低，满足消化时间（见图1。而西安市第五 水处理 厂由于其消化池设计池容量大，可以满足含水 率的少许波动，而且通过北京市小红 门污水处理厂的实际运行情况，初沉池污泥的沉淀效果较易控
8、制，因此选择了仅浓 缩剩余污泥的方式（见图2。污泥厌氧消化分为一级厌氧消化和二级厌氧消给水排水V o I . 39 N o . 10 20134142给水排水V o I . 39 N o . 10 201丨* iay ivebib rn .i , i| 肩 | rairi1产誉飞1图1北京市小红门污水处理厂污泥处理系统工艺流程图2 西安市第五污水处理厂污泥处理系统工艺流程化。一级厌氧消化的消化时间多为 20d。污泥经过20d左右的厌氧消化，其中的有机物已基本分解达 到稳定状态，污泥中的致病菌 也大大 减少。二级厌氧消化的消化时间多为30d ,其中20d为一级厌氧 消化, 10d为二级厌氧消化。
9、一级厌氧消化伴有搅拌、加热等，二级厌氧消化只是静态 放置，目的是使得系统产生更多可以利用的沼气。在北京市小红门污水处理厂和西安市第五污水处理厂设计中，均采用了一级厌氧消化工艺（见图1、图2。原因是采用一级厌氧消化既可达到 污泥 的稳定状态，也利用了消化产生的90%沼气量；同时，一级厌氧消化较二级厌 氧消化构筑物少，运行管理相对简单，造价相对较低。1.3 沼气利用污泥厌氧消化过程产生的沼气可用于沼气发电、拖动 发动机（带动鼓风机、水泵等、燃烧锅炉（采暖、加热水、产蒸汽等、提纯制天然气等。在北京市小红门污水处理厂和西安市第五污水处理厂设计中，沼气均用于沼气发动机（拖动鼓风机、燃烧厂区冬季采暖锅炉及
10、污泥加热 热水锅炉（见图1、图2。沼气发动机的余热用于加热中温厌氧消化的污泥，同时用燃烧沼气的热水锅炉为污泥提供补充热能。2 污泥厌氧消化系统设计要点对于污泥厌氧消化系统中的进泥预处理、厌氧消化池、沼气系统、上清 液的处理和污泥输送管路等是设计工作的重点和难点，也是实际运行中容易出现 故障的关键点，因此在污泥厌氧消化系统设计时，需要对其进行重点关注。1 进泥预处理 消化池污泥来自初沉池和二沉池，当污水处理厂的细格栅间隙较大时，来泥中会有大块物体。为防止 堵塞污泥管道，应在污 泥提升进入消化池之前进行破碎。北京市小红 门污水处理厂预处理系统安装了 4m m的回转式细格 栅， 但初沉污泥中仍有较多
11、大块物体，影响了初沉污泥泵的正常运行，也对 消化池运行有较大影 响，增设管道破碎机后，情况有所好转。基于该污 水处理厂工程经验，西安市第五污水处理厂在污泥泵前端设置了破碎机。2.2 厌氧消化池2.2. 1 池型选择 国内外大中型污水处理厂中常用的定容式消化 池有柱状池和 卵形池两种，柱状池在国内应用较多，卵形池在国外已大量得以应用，在国内也已 逐步投入使用。在消化池池型的选择上需要根据占地条件，处理污泥量 等多种因素加以确定，一般当单座消化池池容超出10000m 3时，多采用卵形消化池。因为大池容消化池的柱状池较同体积卵形池池壁 厚度大，同时池表面积也增加，故采用卵形消化池可节省混凝土用量、减
12、少池表 散热面积。因北京市小红门污水处理厂和西安市第五污水处理厂污泥产量较大，需总污泥 消化池池容分别为60000m 3 和 35000m 3,故分别选用了单池容 积为12的卵形消化池5座和3座。2.2. 2顶部浮渣和泡沫 运行中若液面出现浮渣堆积，逐渐变多变厚，将影响消化池的产气量和运行效果，应尽快采取措施。浮渣排放闸门有多种形式，设计选型 时要注意闸门 和池体必须严格密闭（气密，同时要保证闸门开启 时间短而快，尽 可能让浮渣和污泥快速倾泻出来。北京市小红门污水处理厂选用快开式排 放闸，开启较为方便，但很难严密关闭，因而轻易不开启该離規范上聘裤总 厂区西冰总闸门,所以设备选型时要充分 考虑良
13、好的气密性。虽然设计有浮渣排放闸门， 但浮渣堆积成壳时，很难从排放闸门中排出。在消化池设计中，可通过循环搅拌, 一方面均匀池内污泥和保持池内温度均衡，另一方面减少池顶浮渣量。考虑到北京市小红门污水处 理厂浮渣闸门开启的不便，西安市第五污水处理厂 设计中改用 了普通的开启式闸门，该类闸门关闭方 便,但开启速度较慢，对排渣效果有影响。消化池顶部在运行过程中随 着沼气的产生，有泡沫出现，泡沫量不断增大， 有可能随沼气进入沼气收集管，导致沼气管出气不畅。因此，在北京市小红门污 水处理厂和西安市第五污水处理厂设计中均采用了自动泡沫消除装置和手控泡沫消除装置，发挥了控制泡沫的作用。但运行过程应注意保持池顶
14、的泡沫感应器处于良好运行状态，并通过池顶观察窗进行观察，出现问题时及时采取措施。2. 2. 3 消化池污泥连通跨越管为灵活运行方式，在北京市小红门污 水处理厂和西安市第五污水处理厂消化 系统的污泥管路上均尽量多设连通跨越管，如下（1在污泥热交换器的新鲜污泥进泥管上加连通管，与热交换器出泥管道连通， 可实现单独对循环污泥加热或夏季不加热循环污泥和新鲜污泥。（2消化池进泥管与排泥管连通，可实现超越消化池功能。（3为保证消化池的污 泥排放，在循环污泥泵出口管路上设置 旁通管，以便当溢流排泥故障时，通过循环污泥泵将消化池内污泥排至池外。（4池中部和底部均设排泥放空管，还可兼用作空池进泥时的进泥管。2.
15、 2. 4 污泥投配方式污泥的投配可连续 进入，亦可间歇投入。连续投泥时各池由配套的污泥 泵和单独的污泥管进行投 配，污泥泵连续运行，污泥管路上的阀门处于开启状态，易于运行管理；间歇投泥时各池轮流进泥，每座消化池污泥管路需配置电动或气动 阀门，定时开启，该方式可节省投泥泵数量和污泥管路，但运行较为 复杂，需程序 化控制，且气动阀门维护工作量增多。设计中应根据具体消化池数量和投泥量选 择投泥方 式。北京市小红门污水处理厂和西安市第五污水处理厂均采用了连续投配方式。2. 2. 5排泥排砂排渣方式消化池正常排泥时采 用的是溢流 排泥方式，但设计中还应考虑在消化池的 不同高度设排泥管，底部设有排砂管，该管可兼有排空功能，排泥管（放空管管径 应尽可能加大并有较大坡度。根据北京市小红门污水处理厂运行情况，消 化池池底沉砂量较 大，正常情况下每周需排砂1次。如需设置放 空阀门井，为有 利于安全操作，不宜很深；否则应考虑下井操作时的安全措施。西安市第五污水 处理厂采用了与北京市小红门污水处理厂相同的排砂方式。2. 2. 6污泥搅拌系统消化池的污泥搅拌通常采用沼气循环搅拌和机 械（螺旋桨搅拌两类
