污水处理厂污泥厌氧消化工艺选择与设计要点概要.doc

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K e y p o i n t s o f t h e p r o c e s s s e l e c t i o n a n d d e s i g n o f t h e s l u d g ea n a e r o b i c d i g e s t i o n 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 tC h e n Y i(B e i j i n g G e n e r a l M u n i c i p a l E n g i n e e r i n g D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e , B e i j i n g 100082, C h i n a A b s t r a c t :T a k i n g t h e B e i j i n g X i a o h o n g m e 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 a n d X i a n F i f t h W a s t e w a t e r T r e a t m e n t P l a n t a s e x a m p l e , t h i s p a p e r d e s c r i b e d t h e k e y p o i n t s o f t h e p r o c e s s s e l e c -t i o n a n d d e s i g n o f t h e s l u d g e a n a e r o b i c d i g e s t i o n i n t h e w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p 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 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 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 n t a n k , m e t h -a n e s y s t e m , u p -l e v e l c l e a n l 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 p e , a n d s o o n , w h i c h c o u l d e n s u r e t h e s m o o t h i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s l u d g e a n a e r o b i c d i g e s t i o n 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 m w 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 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制 , 因 此选择了仅浓缩剩余污泥的方式 (见图 2 。1. 2 污泥厌氧消化 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 l . 39 N o . 10 20134142给水排水 V o l . 39 N o . 10 201 3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 。 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 。2.1 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 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60 000m 3和 35000m 3, 故分别选用了单池容 积 为 12000m 3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 闸门 , 所以设备选型时要充分 考虑良好的气密性 。 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. 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 。 沼气搅拌是利用消化池自身产 生的沼气 , 经压缩机加压后送入消化池 , 以实现对池内 污泥的搅拌 ; 设计时压缩机的选型需保证气量和压力 ; 需核算伸入消化池的沼气搅拌管的管径 、 流速 、 数量 等 , 避免因流速太低导致消化池内污泥不能处于循环 状态 。 机械搅拌是在池中部安装 1个竖向导流筒 , 在 导流筒上部设置螺旋桨 , 螺旋桨通过轴与安装于池顶 的驱动装置相连 ; 当螺旋桨旋转时 , 将导流筒内污泥提 升 , 形成循环搅拌 ; 选择搅拌器时注意选用防爆电机 。 北京市小红门污水处理厂污泥消化池采用了沼 气搅拌形式 , 西安市第五污水处理厂污泥消化池采 用了机械搅拌形式 。2. 3 沼气系统由于消化池内温度较高 , 沼气排出消化池后 , 沼 气管内外温差较大 , 气体中的水分很快冷凝为水 , 聚 集在沼气管的底部 , 影 响沼气输送 。 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 均考虑设置足够的冷凝水收集装置 。 沼气管出消化 池后尽快设置冷凝水收集罐 ; 在沼气管路的低点处 设冷凝水罐 , 同时还在沼气进入各用户前的管路上 设置冷凝水罐 ; 埋地沼气管路的低点处必须设置冷 凝水罐 。 沼气管设置有一定的坡度 , 坡向与流 向 一 致 , 便于排出沼气中的 冷凝水 。 沼气中含带一 些 杂 质 , 因此设置过滤器进行过滤 ; 沼气送入使用设备前 端 , 设置过滤器 。 沼气管路上并联安装两套阻燃器 , 互为备用 。 在沼气管路上设跨越管 , 如跨越过滤器 、 各级脱硫装置等 , 为实现多种运行方式提供可行性 。给水排水 V o l . 39 N o . 10 201343超滤膜在水厂滤池反冲洗废水处理中的应用 姚 左 钢(北京市市政工程设计研究总院 , 北京 100082 摘要 北京市第九水厂应急扩建工程采用以超滤膜为核心的短流程工艺处理滤池反冲洗废水 。 详细介绍了选址 、 流程选择 、 中试研究 、 主要设计参数等工程设计方案 , 以及工程系统优化方 向和 运 行优化措施等内容 。 该工程是国内首次采用超滤膜技术处理水厂滤池反冲洗废水的实践 , 已于 2010年供水高峰期建成通水 。 运行以来 , 系统运行平稳 , 出水水质合格 。关键词 滤池反冲洗废水 回用 超滤膜 工程设计2009年夏 , 北京出现新的供水高峰 , 最高日供水 278. 8万 m 3/d (2009年 7月 3日 。 由于规划建设的北 京第十水厂和郭公庄水厂项目未能按原计划在 2010年建成 , 中心城区当时的供水能力趋于饱和 , 面对 2010年可能的供水高峰 , 必须增加供水能力 , 北京市第九水 厂应急扩建工程即为增加供水能力的应急之举 。 1 工程背景1. 1 第九水厂现状北京市第九水厂设计总净水规模为 150万 m 3/d , 分三期建成 , 每 期 各 50万 m 3/d 。 其 污 泥 处 理 设 施 主体工程与第九水厂二期工程同步建设 。 第九水厂 三期于 1999年 7月正式通水 , 与三期工程配套的污 泥处理设备安装于 2000年 5月完工 , 自此实现了与 第九水 厂 供 水 量 150万 m 3/d 相 适 应 的 污 泥 处 理 规模 。檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 第九水厂采用常规处理加颗粒活性炭吸附的净2. 4 上清液处理对于有除磷要求的污水处理 厂 , 污泥 处 理 采 用 厌氧消化工艺 , 脱水后的滤液中含磷较高 , 如滤液排 入厂区污水管 , 则将进入污水处理厂的污水处理系 统前端 , 形成磷的循环和富集 。 因此 , 设计时要考虑 对滤液进行除磷处理 。目前对于含磷滤液的处理 , 大多采用化学方法 , 即通过投加