污泥消化池設計中幾個問題的探討

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簡介： 我國污泥消化處理尚未普及，有關研究、實踐的經(jīng)驗也不多。通過對天津東郊污水處理廠污泥消化池的工藝設計，探討了污泥投配、污泥加熱、沼氣攪拌等設計中的幾個關鍵問題。
關鍵字：污泥消化池 污泥投配 污泥加熱 沼氣攪拌 　　污泥經(jīng)厭氧消化可以使有機物消化分解，污泥不再腐?。煌瑫r通過中溫消化，大部分病原菌、蛔蟲卵被殺滅并作為有機物被分解。由此，污泥達到穩(wěn)定、無害，所產(chǎn)生的生物能——沼氣還可加以利用。目前，我國中小型污水處理廠一般都不設初沉池，污泥也不進行消化處理。實際上這對污泥的最后處置是不利的。筆者現(xiàn)就污泥消化池設計中所遇到的幾個問題加以探討。　　1　污泥投配　　一般經(jīng)濃縮后的污泥含水率在96%左右，由于污泥介質的特殊性，其計量存在困難。法國巴黎ACHERES污水處理廠的污泥投配計量采用一容積為10 m3的污泥高位投配池，達到了計量的目的，但操作程序復雜。天津東郊污水處理廠采用單螺桿泵配以橡膠捏閥也收到良好的效果，詳見圖1所示?！　温輻U泵是以螺旋推進的方式排送液體的，它沒有枝狀葉片，不會被污泥中的纖維雜質堵塞。在多臺泵并聯(lián)運行時，不需要設止回閥，從而解決了污泥管路設止回閥時因污泥中雜質堵塞而致只逆不止的問題。該泵還具備在轉速一定的情況下其排送流量均勻穩(wěn)定的特點，可以用時間控制計量。因此，在投泥系統(tǒng)的設計中利用該泵的上述特點，并配以橡膠閥，可以使投泥計量更趨簡單實用。
　　捏閥的外殼為鑄鐵制成，用于承受管道壓力，內層為高強橡膠襯里，能承受0.6 MPa以上的壓力，如在內襯中充入壓縮空氣，可使橡膠襯里擴張并緊緊相貼以阻斷管道流體，又由于橡膠襯里接觸面積較大，所以纖維和顆粒不致影響該閥的密閉性。當釋放閥體內襯中的壓力時，管路內流體可正常通行(見圖2)?！　≡撐勰嗤杜湎到y(tǒng)克服了其他類型的閥門由于污泥雜質的影響而常關閉不嚴且不宜頻繁啟閉的缺點，并同時具有操作簡便、嚴密性好、易于開閉和特別適于實現(xiàn)自控的優(yōu)點。
　　該污泥投配系統(tǒng)由計算機按設定的時間程序進行控制并完成操作。其作用原理為：當三通電磁閥開啟時，0.4～0.6MPa壓力的壓縮空氣作用在橡膠閥上，此時污泥管路斷流；當三通電磁閥關閉，并同時打開橡膠閥側的管路排氣，使污泥管路流通。這樣依次對三通電磁閥進行控制，也就實現(xiàn)了對4個一級消化池的輪流投泥。計算機準確的時間操作使投泥計量過程變得簡單，控制過程容易掌握，而且使多次少量投泥的運行過程得以實現(xiàn)，無疑為消化池的運行創(chuàng)造了良好的條件。　　2　污泥加熱　　在工程中消化池所需熱量，即使在北方地區(qū)，生污泥的加熱占了總需熱量的絕大部分，所以，如何給生污泥加熱對系統(tǒng)設計來說就至關重要。有的工程給生污泥直接加熱，顯然是不可取的，雖然總需熱量不變，但由于生污泥的泥溫低，要求熱交換器的供熱強度大。天津東郊污水處理廠采取先將生污泥投入消化池，然后再從池中抽出混合污泥循環(huán)加熱。加熱是采用套管式泥—水逆流熱交換器在池外進行的，熱交換器設計時采用泥—水傳熱系數(shù)為3560kg/(h·m2·℃)，每臺熱交換器設計換熱能力可達3.35GJ/h，可設計成連續(xù)運行。熱交換器應分別設在管廊內靠近每座一級消化池池壁的地方，單獨為每座一級消化池加熱，獨立運行，互不干擾(見圖3)?！　崴h(huán)和控制是維持熱交換器正常運轉的主要保證。為使熱交換器內管中污泥不致形成結塊，運行中應嚴格控制熱水水溫，一般設計控制進口水溫為70℃，出口水溫為60℃，此時熱水流量應滿足要求。每臺熱交換器的熱水循環(huán)可由統(tǒng)一調配的熱水泵完成，流量和溫度都通過安裝在進水管上的三通調節(jié)閥控制，三通調節(jié)閥通過調節(jié)流量以控制水溫。對熱源而言，當進入熱交換器的水溫高于或低于設定工作溫度時，該閥都將提示減少或增加熱量，即當水溫處在工作調節(jié)區(qū)時，閥門將按照水溫實現(xiàn)熱水旁路的分流調節(jié)，使進入熱交換器的水溫保持基本穩(wěn)定。
　　由于利用沼氣加熱污泥，因此，污泥泥質與熱平衡關系重大。我國的城市污水中工業(yè)廢水占較大的比重，而且污泥中有機物含量也較低。根據(jù)天津紀莊子污水處理廠實測結果，1985年—1990年污泥中有機物含量平均為59.17%，而且冬季高(60%～70%)、夏季低(50%)。污泥中碳水化合物占34%～52%，蛋白質占27%～56%，脂肪占9%～20%。沼氣中甲烷含量與污泥成分有關，一般碳水化合物產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量僅50%，脂肪與蛋白質產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量則可達70%。全年泥溫為10.3～26.6℃。
　　天津東郊污水處理廠根據(jù)紀莊子污水處理廠的運行經(jīng)驗，污泥消化池分解有機物的產(chǎn)氣系數(shù)設計值取0.82m3/kg，污泥中含泥率為40kg/m3，有機物含量取55%。因有機物降解率與污泥中有機物含量有密切關系，該設計取較低值為30%～45%。
　　總之，該污泥與發(fā)達國家污泥成分的差別較大。發(fā)達國家污泥中有機物含量一般在70%～80%，有機物中蛋白質和脂肪占60%～85%，有機物降解率高達50%以上，對此應有足夠的認識，并在污泥加熱設計中予以考慮。根據(jù)筆者對消化池利用沼氣供熱的熱平衡分析，污泥加熱由于含水率高、需熱量大，比水加熱的問題要多，但污泥中揮發(fā)性固體的熱焓高，對之有效利用可使污泥加熱的能源完全自給?，F(xiàn)將利用沼氣加熱污泥的諸因素按重要性排序如下：
　?、傥勰酀舛龋次勰嘀械墓腆w含量；
　?、趽]發(fā)性固體含量，即產(chǎn)氣量；
　?、壅託庵械募淄楹?，即沼氣產(chǎn)熱量；
　?、茉勰鄿囟?；
　　⑤消化池的保溫材料；
　?、蕲h(huán)境溫度?！　?strong>3　沼氣攪拌　　污泥攪拌有機械攪拌、射流器攪拌和沼氣攪拌三種方式。有資料表明，攪拌方式與池型有關，我國目前常推薦采用沼氣攪拌方式。
　　過去有的工程設計也采用沼氣攪拌，但其沼氣壓縮機的進氣來源于儲氣柜，缺點是冬季氣柜的氣體溫度較低(4～5℃)，用低溫沼氣進行攪拌顯然會產(chǎn)生不利影響。另外，一臺沼氣壓縮機向多座消化池供氣也不利于系統(tǒng)的控制。天津東郊污水處理廠的消化池設計，其沼氣攪拌采用一臺壓縮機只為一座消化池服務，與產(chǎn)氣管路完全分開，不通過儲氣罐。這樣設計的優(yōu)點是管路短、損失小、故障少，與產(chǎn)氣管路及儲氣罐互不干擾，避免影響儲氣罐工作。壓縮機房內應每座消化池設1臺沼氣壓縮機，其中1臺二級消化池所用壓縮機因開機時間少，可作備用。為了保障沼氣壓縮機組的工作安全，在其進口設置了過濾器，以截住沼氣中的雜質，減少機械磨損；在進口上安裝了壓力計，對機組進口負壓值進行檢測保護；在機組出口上安裝了氣體溫控閥和氣體壓力閥，并納入計算機中顯示和控制，可以保護設備本身和用氣設備；出口上還安裝了1個冷凝罐，當壓縮沼氣冷卻時將冷凝水排除(見圖4)。 　　天津東郊污水廠所用沼氣攪拌器為24根不銹鋼管，由消化池頂進入池底部，組成直徑3.65 m的攪拌圓環(huán)。這種攪拌器吃水深度大，氣體壓力大，能形成較強的上升速度，攪拌效果顯著。該攪拌器是法國Degremont公司的定型產(chǎn)品，每臺攪拌器24根管在消化池頂以上部分均安裝了通氣工作指標浮球，一旦發(fā)生阻塞等事故，浮球就會落下，提醒檢修。攪拌器的檢修可不中斷運行，在控制室中安裝了1臺多級離心泵D6—25，水泵流量為2m3/h，揚程為3MPa，通過管道將高壓水送到各消化池池頂，對各攪拌管進行高壓清洗，排除阻塞故障。
　　上述設備及安全設施的安裝和完善，對保證攪拌效果、提高消化池污泥消化速率和消化程度、多產(chǎn)沼氣有著十分重要的作用。攪拌設施是否安裝、調試成功，應在安裝后進行清水試驗。試驗時在任意點投加示蹤劑，用空氣進行攪拌30min，然后在任何點取樣，其濃度應該均勻?！?strong>　4　東郊污水廠污泥消化工藝特點　　上述污泥消化池的污泥投配、污泥加熱及沼氣攪拌是設計中的關鍵問題?，F(xiàn)將天津東郊污水處理廠污泥二級中溫消化工藝的特點總結于后，以供讀者在實踐中參考。
　?、僭摴に嚵鞒趟杜涞臐饪s污泥有幾個特點：首先其投配量是用時間來控制的，其次是生污泥不加熱，最后是投泥與排泥同時進行，排泥完全由投泥量控制——因為排泥是溢流式的，投多少泥就排多少泥。
　　②該工藝不設排上清液的設施，也不排上清液。所謂污泥上清液是在脫水機房內排出的。
　?、畚勰嗉訜岷驼託鈹嚢枋遣捎谩皁ne by one”方式，每個消化池都有自己專用的一套加熱與攪拌設備，使控制操作簡便。
　?、茉谡Ｇ闆r下，該工藝的各個系統(tǒng)工作是連續(xù)的，尤其是沼氣攪拌系統(tǒng)是進行連續(xù)攪拌的，這也是沒有上清液的原因。
　?、菸勰嗉訜崾峭ㄟ^給循環(huán)污泥加熱來完成的，熱交換時污泥升溫僅5.5℃，用保持總熱量來控制泥溫，使污泥加熱變得十分容易。
　?、拊摴に囁瞄y門、泥泵、水泵、氣泵及專用設備的型號已在多個污水處理廠經(jīng)過考驗。--------------------------------------------------------------------------------電話：(0755)5738715
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收稿日期：2001-01-18