陜西西安市第五污水處理廠卵形消化池采用單級中溫厭氧消化工藝,具有攪拌水力條件好、能耗低、消化效率高和運行成本較低等特點。該廠消化池于2013年8月啟動調(diào)試，迄今已進(jìn)入穩(wěn)定運行期。介紹了卵形消化池的啟動調(diào)試過程，統(tǒng)計分析了卵形消化池的主要運行數(shù)據(jù)和試運行期間出現(xiàn)的問題及解決方案，以供其他類似污水處理廠污泥消化系統(tǒng)設(shè)計和運行管理時參考。

1、工程概況

西安市第五污水處理廠一期工程設(shè)計規(guī)模為20×104m3/d，采用改良A2/O二級生物處理工藝，污泥處理采用濃縮、中溫厭氧消化和機(jī)械脫水工藝(見圖1)。其中厭氧消化采用單池容量為12000m3的雙曲線、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)的卵形消化池，共3座，其總高為53m，地下部分深為4m，最大內(nèi)徑為43m。

該工程于2012年5月建成，2013年8月正式啟動調(diào)試。

圖1污泥處理工藝流程

2、調(diào)試階段

2.1單機(jī)調(diào)試

包括攪拌器調(diào)試、燃燒器調(diào)試、沼氣鍋爐系統(tǒng)調(diào)試、干式脫硫和濕式脫硫系統(tǒng)調(diào)試等。

2.2消化池系統(tǒng)整體調(diào)試

2013年8月1日，在消化池保持一半清水的情況下，開始對1#消化池進(jìn)行加熱(以柴油為燃料)。待水溫達(dá)到35℃后，于8月7日開始進(jìn)泥。至進(jìn)泥液位達(dá)到池頂溢流位置，于8月25日開啟攪拌器。這樣可縮短投泥時間，減少爆炸性氣體存在時間。

因1#消化池已經(jīng)有污泥外溢，為最大限度節(jié)約能量，直接將此部分污泥接入到2#消化池，同時因天氣溫度適宜，9月1日2#消化池開始進(jìn)生泥。

經(jīng)對消化池所產(chǎn)生沼氣進(jìn)行持續(xù)分析，8月17日1#消化池所產(chǎn)生的沼氣已經(jīng)可以滿足燃燒條件，但是產(chǎn)氣量不足以供應(yīng)沼氣鍋爐，同時干式脫硫塔的脫硫效果還在檢測中。

9月3日已初步認(rèn)為1#及2#消化池沼氣達(dá)到燃燒條件，干式脫硫塔后的氣體含硫量也減少到滿足鍋爐運行的條件。9月17日，沼氣鍋爐順利投入運行，并持續(xù)給進(jìn)泥加熱。9月18日1#消化池的溢流污泥不再進(jìn)入2#消化池，而是進(jìn)入3#消化池。9月25日2#消化池液位達(dá)到溢流液位，溢流污泥直接接入3#消化池，同時2#消化池頂部的攪拌器開始運行。9月28日開始對3#消化池進(jìn)行循環(huán)加熱。

10月7日3#消化池進(jìn)生泥。10月12日，1#、2#消化池的溢流污泥不再進(jìn)入3#消化池，而是直接溢流到2#儲泥池，經(jīng)污脫車間離心機(jī)脫水后運出。10月15日3#消化池的攪拌器開啟。

沼氣中的甲烷(CH4)與空氣混合濃度達(dá)到5%~15%(體積分?jǐn)?shù))時，遇明火或700℃以上的熱源即發(fā)生爆炸。在消化池的氣相、沼氣柜以及沼氣管道中，隨著消化污泥的培養(yǎng)，甲烷從無到有，濃度從低到高，必然會經(jīng)過5%~15%這一濃度區(qū)間(常稱“爆炸區(qū)間”),所以在消化污泥培養(yǎng)之前應(yīng)進(jìn)行氮氣置換。對于第五污水處理廠的規(guī)模，應(yīng)采用液氮罐車進(jìn)行氮氣置換，并采用連續(xù)置換的方式，沿沼氣工藝流程順向吹入氮氣，將系統(tǒng)中的氧氣推出。

3、監(jiān)測化驗項目及測試方法

對2013年8月—2014年4月的實際運行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和取樣檢測分析。主要監(jiān)測項目：消化池進(jìn)泥有機(jī)分;消化池內(nèi)泥樣的揮發(fā)性脂肪酸、總堿度、pH、溫度;消化池內(nèi)氣體含量，如CH4、CO2等。VFA采用蒸餾后滴定法測定，堿度采用指示劑滴定法測定，pH和溫度采用玻璃電極法測定，氣體含量采用四合一氣體分析儀測定法測定。正常指標(biāo)見表1。

表1消化池內(nèi)污泥分析檢測指標(biāo)

4、調(diào)試及運行期間監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1pH值及進(jìn)泥量

圖2為監(jiān)測分析期間卵形消化池pH值及進(jìn)泥量的變化曲線。pH值是污泥厭氧消化過程中的一個重要控制參數(shù)，其變化對產(chǎn)氣有極大影響。

圖2污水廠卵形消化池pH值及進(jìn)泥量的變化曲線

4.2酸度和堿度

圖3為監(jiān)測分析期間卵形消化池VFA和堿度的變化曲線。

圖3卵形消化池VFA和堿度的變化曲線

由圖3可知,從消化池調(diào)試開始VFA多數(shù)集中在20~250mg/L，低于相關(guān)文獻(xiàn)(50~500mg/L)，但消化反應(yīng)后的產(chǎn)氣量(平均為7m3/m3)和甲烷含量(平均為60%)都很正常。該廠進(jìn)泥量設(shè)計值為單池600m3/d，而進(jìn)泥量的實際值與設(shè)計值相比偏離較大，污泥負(fù)荷較低，導(dǎo)致?lián)]發(fā)酸濃度較低。

8月7日開始進(jìn)泥，堿度隨著進(jìn)泥量的增加不斷增加，8月26日消化池高位排泥，堿度值達(dá)到1293.75mg/L，直到11月13日穩(wěn)定在2000mg/L左右。堿度一般控制在1500~3000mg/L。由于VFA一直較低，導(dǎo)致酸堿比也遠(yuǎn)低于理論值(0.1~0.3)，實際為0.025~0.12。在正常運行時，酸堿比一般小于0.3，當(dāng)酸堿比>0.3時，預(yù)示著系統(tǒng)出現(xiàn)異常，造成VFA的積累，并將導(dǎo)致pH值<6.5。

4.3TS和VSS

圖4為卵形消化池TS和VSS的變化曲線。

圖4卵形消化池TS和VSS的變化曲線

由圖4可以看出,污水廠卵形消化反應(yīng)1#池TS為10.17~45.73mg/L，平均值為17.40mg/L;2#池TS為5.49~28.8mg/L，平均值為14.99mg/L;3#池TS為6.46~29.09mg/L，平均值為15.25mg/L。1#池VSS最大值為64.93mg/L，最小值為30.8mg/L，平均值為46.86mg/L;2#池VSS最大值為64.59mg/L，最小值為28.86mg/L，平均值為46.13mg/L;3#池VSS最大值為61.55mg/L，最小值為38.02mg/L，平均值為46.03mg/L。

4.4氣體成分

卵形消化池氣體成分變化曲線見圖5。

圖5卵形消化池氣體成分變化曲線

由圖5可以看出,在消化池運行穩(wěn)定期間，甲烷含量為55%~70%，二氧化碳含量為28%~36%，氧氣含量保持在1%左右。該廠卵形消化池的沼氣成分比較正常和穩(wěn)定。

在卵形消化池運行期間，污泥負(fù)荷較低，對于厭氧產(chǎn)甲烷過程，重要的是揮發(fā)酸濃度，因為揮發(fā)酸濃度基本在正常范圍內(nèi)，所以產(chǎn)氣比較正常。

5、存在的問題以及對策

5.1進(jìn)水水質(zhì)

第五污水處理廠實際進(jìn)水水質(zhì)見表2。

表2進(jìn)水水質(zhì)對比

由表2可以看出：實際進(jìn)水BOD5/COD與設(shè)計值相差較大，可生化性能有所下降，同時也是導(dǎo)致污泥有機(jī)分相對較低的直接原因。SS遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計指標(biāo)，如果除砂效果不好，必將加劇設(shè)備的磨損。

5.2污泥有機(jī)物

第五污水處理廠實際運行檢測的污泥有機(jī)質(zhì)含量總體較低，初沉污泥有機(jī)物占39.4%,剩余污泥有機(jī)物占43.4%，混合污泥有機(jī)物僅占41.9%,這將直接影響沼氣產(chǎn)量。為了提高產(chǎn)氣量，應(yīng)考慮提高進(jìn)池污泥有機(jī)物含量。

5.3影響產(chǎn)氣量的原因以及對策

污泥厭氧消化運行的好壞，最直觀地體現(xiàn)在產(chǎn)氣量上，當(dāng)產(chǎn)氣量減少時，說明系統(tǒng)可能出現(xiàn)了問題，主要原因可能有：

①pH值降低或升高

進(jìn)泥量過大，VFA大量積累，pH值降低，產(chǎn)甲烷菌活性降低，產(chǎn)氣量自然下降。對策:減少進(jìn)泥量或不進(jìn)泥，必要時可向系統(tǒng)注水。進(jìn)泥量過小，污泥停留時間過長，堿度增大，pH值升高，產(chǎn)氣量降低。對策是在一定的負(fù)荷內(nèi)適當(dāng)增大進(jìn)泥量。

②有機(jī)物投配負(fù)荷太低

由于濃縮池運行不佳，濃縮效果較差，大量有機(jī)固體隨濃縮池上清液流失，導(dǎo)致進(jìn)入消化池的污泥濃度降低，即相同體積進(jìn)泥的情況下有機(jī)物數(shù)量減少。此時可通過加強(qiáng)對污泥濃縮工藝的控制，保證達(dá)到合格的濃縮效果。

③甲烷菌活性降低

水力負(fù)荷過大、有機(jī)物投配負(fù)荷過大、溫度波動過大、攪拌不均勻、進(jìn)水存在毒物等因素均可使甲烷菌活性降低，要分析具體原因，采取相應(yīng)的對策。

④消化池有效容積減少

由于池內(nèi)液面浮渣的積累和池底泥沙的堆積使消化池有效容積減小，整體消化效果下降，產(chǎn)氣量也隨之降低。此時應(yīng)排空消化池進(jìn)行清理，同時檢查浮渣消除設(shè)施的運行情況和預(yù)處理設(shè)施沉砂池的除砂效率，對存在的故障及時消除。

⑤沼氣泄漏

消化池和輸氣系統(tǒng)的管道或設(shè)施出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,使計量到的產(chǎn)氣量比實際產(chǎn)氣量小，此時應(yīng)立即查找漏點并予以修補，以防止出現(xiàn)沼氣爆炸等重大事故。

⑥消化池內(nèi)溫度降低或升高

進(jìn)泥量過大或加熱設(shè)施出現(xiàn)故障使消化池內(nèi)溫度下降，產(chǎn)氣量也隨之降低。此時對策是把消化池內(nèi)的污泥加熱到規(guī)定的溫度，同時減少進(jìn)泥量和排泥量;進(jìn)泥量過小或加熱設(shè)施出現(xiàn)故障，產(chǎn)氣量下降。解決方法是檢查加熱設(shè)施恢復(fù)正常，同時加大進(jìn)泥量。

⑦攪拌不均或攪拌過度

攪拌未能使污泥顆粒與厭氧微生物均勻地混合接觸，造成產(chǎn)氣量下降。對策是攪拌設(shè)計是否合理，延長攪拌時間，增設(shè)水力攪拌或沼氣攪拌;污泥顆粒在高強(qiáng)度的攪拌下破裂，甲烷菌群受到破壞，氣量下降。對策是縮短攪拌時間，改機(jī)械攪拌為水力或沼氣攪拌。

⑧營養(yǎng)物和微量元素不足

消化污泥菌群缺少必要的營養(yǎng)物和微量元素，造成菌種間的中間產(chǎn)物不能生成，影響后續(xù)反應(yīng)，導(dǎo)致氣量下降。對策是增加營養(yǎng)物和微量元素(Fe、Co、Ni)。

作者：馬明華，李立軍，石鑫，程曉波，張文婷，盧江畔，夏靜，劉曉鵬，武少華，杜欣

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