污水厂厌氧污泥消化罐的设计与运行

污水厂厌氧污泥消化罐的设计与运行

废水处理厂对沉积物的反分解反应过程是，废水中的有机（如蛋白质、脂肪和碳酸盐）被分解，然后在酸化阶段将不同的异性菌群分解为短链酸、醇、b2、b2和乙酸。其中，醋酸和乙醇被分解成醋酸，最终形成沼气。消化罐的运行不仅要依据生物反应过程进行正确的设计,而且其建造形状和相应搅拌系统的选择也很重要,因为生物系统只有在相应的物理边界条件下才能有最佳的运行效果。1搅拌系统的形式我国目前有三种不同的消化罐形状(见图1)。平底圆柱形消化罐的优点是造价低、结构设计简单,但对沉积物的处理则需要很高的运行费用及劳动力投入。早期的搅拌系统多为机械搅拌,并根据容积的大小采用一台或多台搅拌器,后来多采用沼气搅拌以节省能耗,减少水力死角和沉积物,从而降低了运行费用。圆锥形消化罐造价比蛋形消化罐低,其特点是热量损失很小并可减少水力死角,此外还易于选择搅拌系统。从流体力学角度看,蛋形消化罐形状最完美,可有效地避免水力死角和沉积,但缺点是建筑费用相对较高,容积为11000m3的消化罐建筑造价约为1100万元。机械与沼气搅拌均适宜。2搅拌方案为了达到污泥温度均衡以使有机物充分分解并产生相应的消化气体,除原污泥需接种以外,还必须对消化罐内的污泥进行有效的混合搅拌。2.1浮渣的表面活性剂机械搅拌可分为螺旋桨式与外置泵式两种(见图2)。螺旋桨式搅拌需根据工艺要求在罐顶安装一台或数台机械搅拌器,这种搅拌器具有4个特点:①机械密封优良、使用寿命较长(10年以上);②叶片具有防杂物缠绕的功能;③可双向转动;④配有一个水力曲线导流筒。螺旋桨式搅拌器容易操作,可以通过竖管向上、下两个方向推动,因此在固定的污泥液面下能够有效地消除浮渣层。此种搅拌特别适用于蛋形或者带陡峭倾斜漏斗底的圆柱形消化罐。不过在发生故障时必须打开消化罐(可能需要污泥消化系统停止运行),因而会造成消化过程中断而产生很高的费用。外置泵式搅拌系统只适用于较小的、带漏斗形底和锥形顶盖的常规消化罐,而对于较大的消化罐效果较差。2.2悬挂喷杆自适应大流量体系内的搅拌器内沼气搅拌就是通过收集在厌氧污泥消化过程中所产生的沼气,经过压缩机加压后再注入消化罐,从而起到对消化罐内的污泥进行有效混合搅拌的作用。沼气的注射可以通过悬挂喷杆、喷嘴及混流管方式实现(见图3)。悬挂喷杆可自由取出,方便灵活,适用于各种罐形,尤其可促进平底柱形消化罐搅拌效率的提高,另外它还具有维修、维护方便的特点,因此近年来得到广泛应用。而周边布置的喷嘴及混流管方式的结构布置较为复杂,维护也没有悬挂喷杆式方便,因此使用较少。沼气搅拌适用于所有型号的消化罐,因悬挂喷杆可以自由拆装,故可在不影响生产的情况下进行局部维护与检修,但由于沼气搅拌是由压缩机、阀门、阻燃器、过滤器、管道等组成的一个较复杂的系统且沼气易爆,其冷凝液含腐蚀成分,因此对安装中所使用的沼气管件和安全措施有特殊的要求。3循环搅拌系统运行情况在工程中除了根据工艺要求选择不同型号的消化罐和搅拌系统外,还必须根据建设者的经济实力进行选型。我国早期较多使用平底消化罐(如厦门第一污水处理厂和北京高碑店污水厂一期工程),近年来则多采用锥形,如深圳污水处理厂采用的是带沼气搅拌的锥形污泥消化罐,而青岛李村河污水厂与团岛污水处理厂采用的则是配置螺旋桨式搅拌器的锥形污泥消化罐。采用蛋形污泥消化罐的污水厂有杭州四堡污水厂(蛋形消化罐配置沼气搅拌系统)和济南黄台污水处理厂(蛋形消化罐配置螺旋桨式搅拌器),比较两个厂的运行结果发现各有利弊,很难说谁好谁坏。另外,国内目前在建的山东济宁污水厂也采用蛋形污泥消化罐配置螺旋桨式搅拌器。漳州市东区污水处理厂处理污水量为10×104m3/d,采用AB法二级污水处理工艺。污泥消化采用一级中温厌氧消化,温度为33～35℃,消化时间为20d(投配率5%,进泥含固率3%),产干污泥量为33000kg/d。两座容积为11000m3的蛋形消化罐的高度为42.52m,按照工艺要求至少需搅拌4～6次/d。若采用沼气搅拌方式,1支搅拌管的气量为60m3/h(1组6支)、沼气压缩机搅拌能力为409m3/(h·台)、电机功率为40kW,则沼气压缩机(共3台,2用1备)的功耗为960(kW·d)/台。若采用螺旋桨式搅拌器,按6次/d搅拌推算则螺旋桨式搅拌器搅拌能力至少为11000×6/24=2750m3/h。参照市售MFS6型搅拌器,其搅拌能力为3000m3/h、电机功率为22kW,即每天可对消化罐污泥搅拌的次数为:24/(11000/3000)=6.6次>6次。其单台功耗为528kW/d,比沼气搅拌系统可节省能耗为315360kW/a,以电价为0.6