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江苏污泥干化处理工程调试和运行案例

污泥干化处理工程以江苏某大型污泥处理中心为案例,从污泥处理运行中调试和运行参数为研究对象,对处理中存在的问题提出解决方案。江苏污泥产量逐年增大,污泥处理工艺也要改进来满足日益增长需求。该污泥处理中心位于苏州某工业园区,处理规模1836t/d(以含水率80%计),配套再生水厂1座,处理规模20万m³/d,是当前江苏内最大的污泥处理中心。
  
  截至2018年6月底,污泥处理厂设施全部建成,除A系列消化池外(消化系统分为A、B两个系列,每个系列包含4座消化池),建成设施全部投入运行,沼气发电设备因沼气综合利用规划调整,暂未安装。再生水厂一期工程(10万m³/d)建成投产,再生水厂二期工程预计2018年10月试运行。
  
  2工艺流程
  
  2.1污泥处理工艺流程
  
  污泥处理工艺流程为热水解-厌氧消化-板框脱水,脱水后污泥外运,用于林地绿化等。工艺流程见图1。

  江苏污泥干化处理

  
  污泥处理厂的进泥来源于两部分,少量为再生水厂预脱水污泥,通过泵送入热水解进泥缓存仓;大量为外厂装车运输来的污泥,卸入污泥接收仓。污泥在接收仓暂存后送入热水解进泥缓存仓;然后进入热水解系统进行细胞破壁。经热水解处理的污泥,冷却降温后,进入污泥消化池进行厌氧消化。消化后的污泥在板框脱水机房进行脱水至含水率60%以下。消化产生的沼气经脱硫处理后,输送至蒸汽锅炉房,做为燃料气源,生产热水解所需的蒸汽。板框脱水滤液收集后,送至“红菌”系统处理,降解滤液中氨氮、COD等污染物,出水排入再生水厂进水提升泵房。
  
  计划处理的外厂运输污泥为北苑、酒仙桥、北小河等再生水厂脱水后污泥。
  
  2.2污水处理工艺流程
  
  再生水厂污水收集范围北起京顺路,南至姚家园路,西起东五环路,东至温榆河。再生水厂设计处理规模为20万m³/d。污水采用A2/O工艺进行生化处理,再进入砂滤池进行深度处理。高品质再生水通过配水泵房,进入再生水水管网,进行综合利用,部分出水补充景观用水。再生水厂产生的污泥经脱水后被泵送到污泥处理厂,进行污泥处理。工艺流程见图2。
  
  江苏污泥干化处理
  
  3运行调试
  
  3.1系统启动
  
  2017年9月29日,污泥处理中心项目正式启动调试。为不影响再生水厂的正常生产,采用外厂污泥进行热水解和消化系统的同步调试。
  
  启动前,消化池实施污泥接种,种泥来自其他污泥处理中心的消化污泥。接种量为消化池有效容积的36%。
  
  消化池温度确保38℃左右,加热热源为蒸汽锅炉提供的热水。由于沼气还未产出,且市政天然气外管线还未连通,前期蒸汽锅炉的气源采用压缩天然气罐车供给。
  
  考虑消化池需要稳步提升负荷,先期启动B系列消化池中的8#消化池。计划待8#消化池启动成功后,再进行其他消化池的启动。根据计划,为避免消化池出现酸化,严格控制消化池进泥量。根据消化池的每日进泥量,来计算热水解的处理批次,进而确定每日外接最大污泥量,来确保系统平稳调试。
  
  启动阶段,以热水解系统稳定运行、沼气产量增加和沼气中甲烷含量稳定为阶段性标志。
  
  3.1.1热水解系统
  
  由前述工艺流程叙述可知,污泥经热水解细胞破壁后,进入消化池进行厌氧消化。所以,首先进行热水解系统的调试。热水解原理是污泥在165℃和12.5kg蒸汽中蒸煮后闪爆,闪蒸后污泥温度约105℃,需降温,才可进入消化池。实际工艺中,是通过换热和添加稀释水进行降温的。热水解系统的调试,主要是自控测试和稀释水比例的调整。
  
  由于热水解系统进料基本稳定(外接污泥含水率在80%左右;本厂污泥含水率在82%左右),稳定运转的热水解处理后的污泥(即消化池进泥)含固量也比较稳定。
  
  3.1.2沼气产量
  
  消化系统内,甲烷菌将有机物分解,产生沼气。可将沼气的产量作为消化系统调试稳定的标志。
  
  3.1.3沼气中甲烷含量
  
  随着消化系统调试开始,沼气中甲烷含量从无到有逐渐稳定。由于沼气中甲烷含量与处理泥质有关,在进泥泥质稳定的前提下,沼气中的甲烷含量趋于稳定数值,可将沼气成分中的甲烷含量作为调试稳定的标志。
  
  3.1.4小结
  
  图3为8#消化池启动阶段沼气中甲烷含量的变化。从9月29日开始,8#消化池率先进泥。3d后,8#消化池沼气甲烷含量达到40%。从第5天开始,沼气中甲烷含量稳定在60%左右。热水解系统运行稳定,确保消化池进泥含固量基本在8%左右。随着消化池进泥量增加,沼气产量也明显增加,且呈线性关系,详见图4、图5。
  

江苏污泥干化处理

江苏污泥干化处理

  
  借鉴8#消化池的启动经验,截至2017年11月7日,B系列4座消化池完成全部启动。观察消化池内主要指标VFA、ALK和NH3-N变化情况,结果见图6,进入11月以来,各项指标基本趋于稳定。VFA均低于2000mg/L,ALK为10000~12000mg/L,NH3-N为2500~3000mg/L,VFA/ALK<0.3。从2017年12月开始,污泥处理中心转入稳定运行阶段。
  
  江苏污泥干化处理
  
  3.2运行分析
  
  衡量污泥处理中心运行情况,消化系统的运行是关键环节。对于消化系统,拟从设计参数、国家/行业标准、同类项目运转三方面进行比较。选取运行数据为2017年12月~2018年6月运行数据。
  
  3.2.1与设计参数对比
  
  3.2.1.1处理量
  
  对比时间段内,污泥处理中心平均处理量为564t/d(以含水率80%计),较设计处理量918t/d要少30%。分析处理量较少的原因,主要是由于本厂板框滤液处理系统—“红菌”系统正在调试,板框滤液COD、氨氮较高,对现况一期再生水厂冲击负荷较大;另一方面的原因是为优化污泥处理中心经济运行,外接污泥优先调配到先期投运的其他污泥处理中心。因此,设计规模为1836t/d的污泥中心,暂时投运一半的处理设施,即918t/d。
  
  从处理量变化(见图7)看,2018年5月中旬开始,处理量已经提升到800t/d,个别时段处理量已经超过设计处理量。
  
  江苏污泥干化处理
  
  3.2.1.2有机物降解率
  
  由图8可知,消化池进泥有机分在54.02%~73.26%,平均进泥有机分为65.6%。4座消化池平均有机物降解率为49.54%。进入2018年6月以来,随着进泥有机分略微降低,消化池有机物降解率有下降趋势,但基本维持在42%左右。
  
 江苏污泥干化处理
  
  3.2.1.3小结
  
  实际运行现状与设计参数对比结果见表1。现况消化系统性能稳定,实现并超过设计有机物降解率。现状处理泥量要少于设计处理泥量,待“红菌”系统调试完成后和二期再生水厂建成后,再提升处理泥量,进一步测试处理能力。
  
  江苏污泥干化处理
  
  3.2.2国家/行业标准
  
  3.2.2.1沼气产率
  
  由图9可见,运行期间的沼气产率为0.75~1.4m³/kgVSS,平均值为1m³/kgVSS。数值波动较小,比较稳定。
  
  3.2.2.2小结
  
  运行数据与行业标准规范对比结果见表2,本项目中有机物分解率、沼气产率均优于上海市工程建设规范和国家行业标准。虽然沼气中甲烷含量与进泥成分相关,但从实际运行数据(图10)比较看,甲烷含量为50%~70.3%也在标准规范范围内。
  
  3.2.3同类项目对比
  
  选取近年来国内投产运行的大中型厌氧消化系统进行对比,结果见表3。根据有机物降解率和沼气产率,可看出本项目主要运行指标较好。
  
  4问题及建议
  
  4.1外接污泥的影响
  
  本项目,设计处理泥量以外接车载污泥为主。外接污泥处理量如图11所示,从实际运行数据看,外接污泥平均占比超过90%。由于外接污泥均为污水处理厂脱水后污泥,进入中心后,需经热水解预处理,方可进入消化系统。但是,由于外接污泥来自各个污水处理厂,其污水和污泥处理工艺差异较大,导致污泥有机分、含砂量、含渣量有波动,对于污泥处理中心来说,尤其需注意含渣量的影响。
  
  含渣量较多,导致热水解等预处理工艺段出现仪表、泵和管线堵塞。由于本项目污泥接收、污泥热解等均为密闭环节,对于浮渣堵塞管线问题,一方面采取加水进行污泥稀释,改善污泥流动性,减少堵塞发生;另一方面,堵塞严重情况下,进行设备停机清理。加水进行污泥稀释,虽然能暂时减缓堵塞状况,但是,由于加水降低了污泥含固量,导致系统水力负荷加大,有机负荷减少,会降低后继消化系统的效率。设备停机清理,也会影响整体处理能力。
  
  针对堵塞情况,建议在实际生产中,一是通过固定仪表、设备、管线检修维护周期来预防堵塞的发生;二是建议增加关键设备、关键备件的备用量;三是增设反冲管线,以实现自动化管线反冲功能;四是有条件的情况下,外运污泥的污水处理厂在其脱水段增设除渣、除砂装置。
  
  4.2污泥降温
  
  传统中温厌氧消化,是采用外热源供给消化池加热,尤其冬季,需要大量热源来维持消化池内温度。而本项目采用的热水解预处理工艺(热水解工艺要求在165℃蒸汽中进行污泥蒸煮),需关注污泥换热降温。尤其夏季,要密切关注换热器换热效率。
  
  建议根据不同季节,制定换热器的清理周期;在循环水管路上增设过滤器,方便管道清洗;考虑设置紧急冷却系统,以提升温度应急控制能力。
  
  4.3系统衔接
  
  本项目,按照工艺流程分为热水解、消化、板框和滤液处理4个子系统。其中,热水解系统是前提。在实际启动调试过程中,因极为重视热水解和消化系统,极易忽略滤液处理系统。
  
  运行期间测试,板框滤液中氨氦和COD情况如图12所示。
  
  江苏污泥干化处理
  
  由图12可知板框滤液中氨氮、COD含量较高。氨氮平均值为2232mg/L,COD平均值为2735mg/L,不单独处理直接排到再生水处理厂,氨氮和COD对于生物处理将是极大的挑战。
  
  本项目设计的滤液处理系统是采用北排自主研发“红菌”技术处理。但由于“红菌”系统培养调试需要时间,实际“红菌”系统的调试运行略滞后于热水解、消化和板框系统的运行,导致调试期间,配套再生水厂因进水水质面临风险。
  
  针对这种情况,建议类似污泥处理中心在运行调试之前,先期做好滤液处理系统的调试与接种培养,以降低配套再生水厂的运行风险。
  

  此污泥处理中心采用技术是热水解-厌氧消化-板框脱水工艺,污泥毒性大、微生物多的特点,需要进行热水解处理系统,此工艺是目前最为安全高效。污泥厌氧消化,有机物分解率和沼气产量稳定。实现了集中式污泥处理中心污泥减量化和资源化的功能设置目标。


江苏污泥干化处理

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