【純水設(shè)備http://rezero.net.cn】熱水解厭氧消化技術(shù)是近年來國內(nèi)外污泥處理的一個(gè)新發(fā)展和應(yīng)用方向。選擇小紅門污泥處理中心項(xiàng)目的操作數(shù)據(jù),比較熱水解厭氧消化和操作的傳統(tǒng)厭氧消化的影響泥頁巖,消化、天然氣生產(chǎn)、氣體組分,如子公司系統(tǒng)差異,分析項(xiàng)目負(fù)荷、廢熱利用操作中存在的問題,總結(jié)了熱水解厭氧消化的特點(diǎn),提出了進(jìn)一步優(yōu)化的建議和方向。
項(xiàng)目基本情況
熱水解厭氧消化是近年來國內(nèi)外污泥處理技術(shù)的一個(gè)新的應(yīng)用方向。美國華盛頓藍(lán)原污水處理廠項(xiàng)目、英國泰晤士水務(wù)達(dá)維胡姆項(xiàng)目、小洪門、高碑店、懷發(fā)樓、高安屯、清河一號(hào)等生活污泥處理中心項(xiàng)目純水設(shè)備。北京地區(qū)均采用熱水解和厭氧消化技術(shù)。其中包括位于華盛頓特區(qū)的藍(lán)色平原污水處理廠。北京小紅門、高碑店污泥處理中心項(xiàng)目升級改造為目前的污泥區(qū)。摘要國內(nèi)操作熱水解污泥厭氧消化xiaohongmen治療中心項(xiàng)目(以下簡稱xiaohongmen項(xiàng)目)為例,通過比較之前和之后的消化系統(tǒng)操作的轉(zhuǎn)換情況,分析和總結(jié)熱水解厭氧消化和傳統(tǒng)厭氧消化差異和特點(diǎn)。
小紅門污泥熱水解厭氧消化工程位于小紅門污水處理廠東北部。污水處理廠建設(shè)規(guī)模60萬m3/d (Kz=1.3)，最大流量78萬m3/d。污泥處理系統(tǒng)包括5個(gè)橢圓形沼氣池、3個(gè)沼氣池、2個(gè)干式脫硫塔、1個(gè)濕式脫硫機(jī)房、1個(gè)沼氣鍋爐房、2個(gè)廢氣燃燒器等。其中5臺(tái)蒸發(fā)器均為一級蒸發(fā)器純化水設(shè)備，采用卵球形蒸發(fā)器，單臺(tái)蒸發(fā)器容量為12000 m3。
小紅門項(xiàng)目于2008年11月12日啟動(dòng)，產(chǎn)生的沼氣被用來為鼓風(fēng)機(jī)和冬季供暖提供動(dòng)力，多余的沼氣則通過廢氣燃燒器燃燒。2015年9月，系統(tǒng)停止運(yùn)行，開始實(shí)施熱水解厭氧消化項(xiàng)目升級改造。改性內(nèi)容為添加熱水解預(yù)處理裝置。采用Cambi技術(shù)進(jìn)行熱水解，仍采用原蒸煮器進(jìn)行蒸煮。2016年4月，改造完成后，消化系統(tǒng)(運(yùn)行消化罐組數(shù)量減少至4個(gè))重新啟動(dòng)。2016年7月18日，隨著熱水解系統(tǒng)的調(diào)試，將常規(guī)厭氧消化調(diào)整為熱水解厭氧消化。2017年3月9日，該系統(tǒng)開始接受國外污泥處理。
表1為2012年(改造前常規(guī)厭氧消化的代表)和2017年(改造后熱水解厭氧消化的代表)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量和消化系統(tǒng)。
2 基本操作比較
常規(guī)厭氧消化的基本操作有進(jìn)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(diào)整為降溫。尤其是夏季，要密切關(guān)注消化池的換熱情況。
2.1 進(jìn)泥
2.1.1 來源
2012年消化池的進(jìn)泥比較單一，全部為水區(qū)的初沉污泥，平均2 258 m3/d；2017年消化池進(jìn)泥為經(jīng)熱水解預(yù)處理后的混合污泥，平均1 429 m3/d，進(jìn)入熱水解預(yù)處理的污泥情況比較復(fù)雜，包括本廠污泥和外接污泥兩部分。3月9日前，只處理本廠污泥，即初沉污泥和濃縮后的剩余污泥經(jīng)預(yù)脫水而成的混合污泥純水設(shè)備。3月9日后，熱水解系統(tǒng)既處理本廠污泥也處理外接污泥。外接污泥主要為吳家村、盧溝橋、五里坨、肖家河等污水處理廠的脫水泥餅，平均200 t/d（含水率83%)。對于熱水解厭氧消化系統(tǒng)而言，需考慮外接污泥成分對消化池的影響。
2.1.2 進(jìn)泥有機(jī)分與含水率
2012年消化池進(jìn)泥主要為初沉污泥，進(jìn)泥有機(jī)分平均值為63%，進(jìn)泥含水率平均值為96%；2017年消化池進(jìn)泥為混合污泥，進(jìn)泥有機(jī)分平均值為56%，進(jìn)泥含水率平均值為92%。
從圖1可看出，隨著外接污泥量、來源等發(fā)生變化，混合污泥中的有機(jī)分等波動(dòng)較明顯。3月9日前，污泥來源單一，有機(jī)分平均為67%；承擔(dān)外接污泥處理后，整體消化池進(jìn)泥有機(jī)分降低。但是，消化池進(jìn)泥含固量明顯增加，2017年較2012年進(jìn)泥含固量提高2倍。
2.1.3 進(jìn)泥中的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和堿度（ALK）
改造前后進(jìn)泥中VFA和ALK的變化見圖2。2012年消化池進(jìn)泥中VFA平均值為513 mg/L，ALK平均值為2 107 mg/L；改造后2017年，消化池進(jìn)泥中VFA平均值為915 mg/L，ALK平均值為1 881 mg/L，與2012年比較，VFA增加78%， ALK降低11%。
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(dòng)調(diào)節(jié)閥排泥，原有輔助泵系統(tǒng)拆除。從運(yùn)行效果看，采用頂部溢流排泥方式，排泥比較順暢，運(yùn)行一年多的時(shí)間，沒有出現(xiàn)溢流排泥堵塞現(xiàn)象。
2.3 換熱
2012年消化池運(yùn)行需加熱，加熱熱源來自沼氣拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的余熱，不夠的情況下由鍋爐房的熱水作為熱源補(bǔ)充。2017年升級改造后，由于熱水解預(yù)處理后出泥溫度較高純化水設(shè)備，消化池利用原有換熱器進(jìn)行降溫?fù)Q熱，降溫冷源為污水處理廠二沉池出水。
2.4 攪拌
2012年消化池采用壓縮機(jī)進(jìn)行攪拌。2017年，拆除原有壓縮機(jī)，并進(jìn)行壓縮機(jī)進(jìn)出氣管的改造，更新替換為大功率壓縮機(jī)。沼氣攪拌方式不變，攪拌氣量由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污泥的泥質(zhì)、有機(jī)物分解率、產(chǎn)氣能力等指標(biāo)進(jìn)行衡量。
3.1 泥質(zhì)
3.1.1 酸堿比
酸堿比為VFA和ALK的比值，改造前后消化池內(nèi)酸堿比變化見圖3。2012年消化污泥酸堿比平均值為0.025；2017年消化污泥酸堿比平均值為0.128。酸堿比增加的原因是熱水解厭氧消化池進(jìn)泥中VFA較常規(guī)厭氧消化進(jìn)泥的VFA有明顯的增加。
3.1.2 氨氮與游離氨
選取歷史同期1～3月數(shù)據(jù)，進(jìn)行消化污泥中氨氮含量對比(見圖4)。2012年消化池污泥中氨氮含量在214～709 mg/L，平均值為503 mg/L；2017年消化池污泥中氨氮含量在1 360～2 140 mg/L，平均值為1 808 mg/L。熱水解厭氧消化較常規(guī)厭氧消化，污泥中氨氮含量有明顯增加。
2017年1～3月數(shù)據(jù)，消化池運(yùn)行溫度39 ℃，pH 7.3，通過計(jì)算公式，將污泥中的氨氮含量換算成游離氨的濃度。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，2017年氨氮平均值為1 808 mg/L，折算成游離氨的濃度為51 mg/L，遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)中145~600 mg/L的數(shù)值。這說明改造后的熱水解厭氧消化工藝，游離氨在正常范圍內(nèi)。該消化系統(tǒng)沒有氨抑制作用。
3.2 有機(jī)物分解
3.2.1 消化池有機(jī)負(fù)荷
2012年消化池有機(jī)負(fù)荷平均為0.91 kgVS/m3，2017年消化池有機(jī)負(fù)荷平均為1.14 kgVS/m3。從圖5可看出， 2017年消化池有機(jī)負(fù)荷較2012年有所提升。與國內(nèi)同類項(xiàng)目有機(jī)負(fù)荷范圍1～1.9 kgVS/m3相比基本一致?？梢钥紤]進(jìn)一步提升有機(jī)負(fù)荷。
3.2.2 有機(jī)物分解率
2012年消化池有機(jī)物分解率在19.8%~59.8%。2017年為30.7%~60.0%，平均42%。從圖6看，熱水解厭氧消化的有機(jī)物分解率似乎沒有明顯的提升。分析原因，主要是2012年，消化池單一處理初沉污泥，初沉污泥本身容易分解產(chǎn)氣。而2017年改造后，消化池進(jìn)泥中除初沉污泥外，還增加剩余污泥，還有來自吳家村、盧溝橋等污水處理廠的初沉和剩余污泥等，在進(jìn)泥有機(jī)分（2017年進(jìn)泥有機(jī)分平均為56%）較歷史同期（2012年進(jìn)泥有機(jī)分平均為63%）低的情況看，有機(jī)物分解率實(shí)際上依舊維持在較高的水平。
3.3 產(chǎn)氣能力
3.3.1 噸干泥產(chǎn)氣量
消化池噸干泥產(chǎn)氣量變化見圖7。2012年消化池噸干泥產(chǎn)氣量為187 m3/tDS；2017年消化池噸干泥產(chǎn)氣量為341 m3/tDS，增幅82%。將2017年的噸干泥產(chǎn)氣量折算成含水率為80%的原污泥，產(chǎn)氣量為68.2 m3/tDS，遠(yuǎn)高于國內(nèi)40～50 m3/tDS消化項(xiàng)目。
3.3.2 分解單位公斤有機(jī)物產(chǎn)氣量
2012年消化池分解單位公斤有機(jī)物產(chǎn)氣量為0.78 m3/kgVS；2017年消化池分解單位公斤有機(jī)物產(chǎn)氣量為1.32 m3/kgVS。從圖8可以看出，從分解單位公斤有機(jī)物產(chǎn)氣量看，熱水解厭氧消化優(yōu)勢明顯。
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(fā)現(xiàn)（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(jìn)泥來源變化所導(dǎo)致。
4 附屬系統(tǒng)
4.1 熱水解工藝氣的處理
熱水解厭氧消化中，熱水解工序是作為消化池的預(yù)處理系統(tǒng)。隨著污泥的漿化、反應(yīng)、閃蒸，污泥熱水解過程中會(huì)排放不凝氣體，即“熱水解工藝氣”。實(shí)際工程中是通過降溫、水洗，分別通過氣、水兩種途徑送到消化池內(nèi)進(jìn)行降解。
由表2中2018年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，工藝氣中含有大量的甲硫醚、甲硫醇、氨、硫化氫等氣體。這些氣體惡臭，腐蝕性強(qiáng)。在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)充分重視安全防護(hù)。
4.2 厭氧消化脫水后濾液處理系統(tǒng)
熱水解厭氧消化污泥中的氨氮含量較常規(guī)厭氧消化含量高。雖然小紅門項(xiàng)目現(xiàn)況消化池為一級消化池，沒有上清液的排放，但需關(guān)注脫水后的濾液。濾液中除氨氮外，還有COD、總磷等污染物。實(shí)際工程中是將脫水后濾液收集進(jìn)入?yún)捬醢毖趸瘜ｉT處理設(shè)施進(jìn)行處理，尤其要加強(qiáng)濾液的水質(zhì)監(jiān)測。
5 問題及建議
5.1 系統(tǒng)進(jìn)泥負(fù)荷
2012年消化池為常規(guī)厭氧消化，運(yùn)行5座消化池，進(jìn)泥量為2 258 m3/d，進(jìn)泥平均含水率為96%，為設(shè)計(jì)消化進(jìn)泥量（3 000 m3/d）的75%。2017年，消化池改造后，運(yùn)行4座消化池，系統(tǒng)進(jìn)泥量為1 429 m3/d，進(jìn)泥平均含水率為92%，為設(shè)計(jì)進(jìn)泥量（2 200 m3/d）的65%。
從消化池運(yùn)行負(fù)荷看，改造后的消化池實(shí)際負(fù)荷有所降低。從消化池運(yùn)行數(shù)量看，現(xiàn)況消化池的進(jìn)泥量完全可以只運(yùn)行3座消化池純水設(shè)備，可減少1座消化池的運(yùn)行，降低運(yùn)行成本。
5.2 系統(tǒng)余熱的利用
消化池由常規(guī)厭氧消化改造為熱水解厭氧消化后，消化系統(tǒng)面臨的一個(gè)重要問題就是換熱降溫。在實(shí)際工程中，降溫主要有3方面：一是消化池污泥循環(huán)換熱的降溫；二是熱水解閃蒸污泥的降溫；三是沼氣利用設(shè)備的降溫。目前，這三部分余熱未能利用，將來需考慮熱量的綜合利用。
6 結(jié)語
分析小紅門2012年和2017年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可作為兩種消化方式常規(guī)厭氧消化和熱水解厭氧消化的典型數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。
熱水解厭氧消化與常規(guī)厭氧消化相比，消化池的基本操作沒有大的調(diào)整；熱水解厭氧消化較常規(guī)厭氧消化處理污泥的類型途徑更廣泛，增加了剩余污泥的處理；熱水解厭氧消化在進(jìn)泥有機(jī)分較低的情況，通過熱水解和厭氧消化耦合，提高消化池進(jìn)泥的VFA，提升單位公斤有機(jī)物產(chǎn)氣量，進(jìn)而提升總產(chǎn)氣量，要明顯優(yōu)于常規(guī)厭氧消化。
但是，熱水解厭氧消化由于工藝特點(diǎn)，還有一些重要的附屬系統(tǒng)如熱水解的工藝氣、消化后脫水濾液等均需引起重視。純化水設(shè)備。