北京市高安屯污泥處理中心工程處理規(guī)模約1850t/d，采用熱水解-厭氧消化-板框脫水工藝，是亞洲最大的采用該工藝的污泥處理中心。通過對(duì)污泥接收系統(tǒng)、熱水解系統(tǒng)、厭氧消化系統(tǒng)、板框脫水系統(tǒng)及沼氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得該污泥處理中心在方便運(yùn)行管理、保證施工質(zhì)量等方面有了進(jìn)一步提高，進(jìn)而強(qiáng)化了污泥穩(wěn)定性、減量化、無害化和資源化的處理目標(biāo)。

1污泥處理中心工程概況

北京市城區(qū)污水處理廠日產(chǎn)污泥約6000多t（含水率按80%計(jì)），本著大廠污泥就近在廠內(nèi)進(jìn)行處理，中小廠污泥外運(yùn)進(jìn)行集中處理的原則，高碑店、小紅門、槐房等大廠在廠內(nèi)建設(shè)污泥處理廠處理本廠污泥。其他廠的污泥（主要為海淀區(qū)、朝陽區(qū)部分污水處理廠）外運(yùn)至高安屯污泥處理中心進(jìn)行處理，處理規(guī)模約1850t/d（含水率按80%計(jì)），有機(jī)質(zhì)含量55%~70%。采用熱水解+厭氧消化+板框脫水工藝，處理后的污泥含水率為60%，可作為園林、林地等用泥。該工程的實(shí)施強(qiáng)化了污泥穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化的處理目標(biāo)。

1.1建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，并參考今后污泥土地利用的要求，確定污泥處理標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2工藝流程

工藝流程及平面布置詳見圖1、圖2。

外廠污泥（約1700t/d）送至污泥處理中心，與高安屯再生水廠的部分剩余污泥混合漿化，含水率調(diào)制85%左右進(jìn)入熱水解系統(tǒng)，出泥經(jīng)稀釋和冷卻，達(dá)到含水率90%~92%和溫度53℃左右，進(jìn)入?yún)捬跸�化池進(jìn)行消化，消化后的污泥脫水到含水率60％以下外運(yùn)。脫水濾液收集處理后排入廠區(qū)污水管道。產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫處理送至沼氣鍋爐發(fā)電機(jī)房，鍋爐燃燒沼氣產(chǎn)生的蒸汽供熱水解使用，其余沼氣可用于發(fā)電。

2工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1污泥接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

污泥接收系統(tǒng)由卸料間、污泥接收車間組成，設(shè)置接收倉(cāng)4套，單套容積130m³，緩沖料斗及雙螺旋輸送機(jī)4套，柱塞泵4套，單套輸送能力75m³/h，壓力64bar（1bar=0.1MPa）。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在一定缺陷，其一，泥車卸泥時(shí)部分污泥堆積在卸料平臺(tái)，積泥從縫隙掉入下部空間，既影響環(huán)境，也不利于運(yùn)行管理；其二，由于出泥管壓力大，且輸送污泥含固率高，會(huì)出現(xiàn)泥管檢修的可能，柱塞泵后出泥管為埋地管，埋深通常在7m左右，造成檢修維護(hù)困難且費(fèi)用高（如圖3所示）。

高安屯污泥接收系統(tǒng)對(duì)此部分進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，在卸泥處增設(shè)混凝土鋼板并設(shè)置一定坡度，既可對(duì)泥車進(jìn)行限位，也杜絕積泥現(xiàn)象。同時(shí)在接收車間外墻設(shè)置管道井，管道井與車間相通，泥管經(jīng)管道井直接接出地面，檢修維護(hù)方便，維護(hù)費(fèi)用低（如圖4所示）。

2.2污泥熱水解系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

污泥熱水解系統(tǒng)由污泥緩存料倉(cāng)間、熱水解單元及熱交換車間組成。

污泥緩存料倉(cāng)目的是儲(chǔ)存污泥接收車間及水廠濃縮污泥。設(shè)置4座料倉(cāng)，單座有效容積為400m³，料倉(cāng)包含雷達(dá)波料位計(jì)、破拱滑架、卸料螺旋、液壓動(dòng)力站等配套設(shè)備。

熱水解單元目的加強(qiáng)污泥的生物可降解性，提高消化池產(chǎn)氣率，殺滅病菌和蛔蟲卵，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化。熱水解的蒸汽由沼氣鍋爐供應(yīng)，蒸汽消耗為0.95~12m³/tDS。熱水解單元由4條處理線組成。每條線處理能力為93tDS/d，含漿化罐1個(gè)，容積42m³；反應(yīng)罐6個(gè)，單個(gè)容積12.5m³；閃蒸罐1個(gè)，容積42m³。設(shè)計(jì)反應(yīng)周期為120~165min。

熱交換車間作用是將熱水解單元處理后的污泥進(jìn)行冷卻和稀釋處理。內(nèi)設(shè)一次換熱器4臺(tái)，單臺(tái)散熱量1150kW，熱泥流量47.6m³/h；冷卻水換熱器，2臺(tái)，單臺(tái)散熱量3700kW；一次稀釋水泵，3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)流量15~40m³/h，揚(yáng)程68m；二次稀釋水泵，2臺(tái)（1用1備），單臺(tái)流量15~40m³/h，揚(yáng)程68m。經(jīng)冷卻和稀釋后，含水率為90%~92%，溫度為53℃左右。

熱水解單元會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度臭氣，其成分復(fù)雜，呈酸性且具有腐蝕性，該氣體除含有水分外，還含有VOC等成分。本工程對(duì)此部分進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，設(shè)計(jì)1根DN100的不銹鋼管將熱水解產(chǎn)生的不可凝氣體冷卻后送至消化池內(nèi)處理；同時(shí)在管路的低點(diǎn)設(shè)置1個(gè)125L的冷凝儲(chǔ)罐收集管路中的冷凝水，通過負(fù)壓泵送裝置將冷凝水加入污泥管道中。

2.3厭氧消化系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

厭氧消化系統(tǒng)是污泥實(shí)現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化和資源化的主要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)規(guī)模370tDS/d，分2組，每組4座，共8座，單座池容為11500m³。含水率為92%，消化時(shí)間15d左右，消化溫度38~40℃。設(shè)計(jì)沼氣產(chǎn)率為185~315m³/tDS。每座消化池設(shè)立軸式槳葉攪拌器1臺(tái)，池內(nèi)物料的溫度控制采用池外循環(huán)冷卻方式，每座消化池對(duì)應(yīng)1套循環(huán)冷卻單元，污泥循環(huán)泵連續(xù)將消化池內(nèi)的熱污泥送至泥水熱交換器降溫后再返回消化池。

國(guó)內(nèi)大中型污泥處理中采用的消化池外形多為圓柱形、卵形等，高安屯污泥處理中心設(shè)計(jì)采用圓柱形鋼制消化池，與傳統(tǒng)卵形消化池的比較（以本設(shè)計(jì)單池有效容積為基準(zhǔn)）見表2。

2.3.1進(jìn)出泥、排砂及放空方式優(yōu)化

傳統(tǒng)圓柱形消化池一般采取上下進(jìn)泥、底下出泥，中部下端低洼部分為放空排砂的方式（如圖5所示），這種方式，整個(gè)池內(nèi)液體混合較好，無死區(qū)，但排砂效果不理想。

高安屯項(xiàng)目在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)進(jìn)、出泥、排砂及放空方式做了優(yōu)化。采用底部進(jìn)泥、下部排泥與上部排泥相結(jié)合的運(yùn)行方式。消化罐底部中間高出池邊0.5m左右，池心向周邊形成一定的坡度，且在攪拌器流態(tài)作用下，泥砂易沉積在周邊，因此在周邊最低處均勻設(shè)置3處排砂管，必要時(shí)對(duì)消化池進(jìn)行清空排砂（如圖6所示），有效排出池底沉砂；也可通過上部溢流出料口排泥，溢流出料口同時(shí)具有水封功能，能夠保證罐內(nèi)沼氣不會(huì)泄漏到罐外產(chǎn)生危險(xiǎn)，同時(shí)也使罐內(nèi)保持恒定的液位。

2.3.2沼氣中H2S含量控制的優(yōu)化

污泥消化產(chǎn)生的沼氣中H2S含量較高，后續(xù)沼氣脫硫運(yùn)行費(fèi)用較高，由于FeCl3可有效抑制H2S從沼氣溢出，本工程優(yōu)化設(shè)計(jì)，在熱交換車間設(shè)置FeCl3投加系統(tǒng)，將FeCl3投加在熱水解后污泥消化池前的污泥管道中，減少沼氣中H2S含量。設(shè)鐵鹽儲(chǔ)罐2套，單套有效容積25m3；加藥泵4臺(tái)，單臺(tái)流量120L/h，揚(yáng)程6bar。

2.4污泥板框脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

板框脫水系統(tǒng)用于對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理，是污泥處理流程中最后一個(gè)環(huán)節(jié)。板框脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模320tDS/d。主要包括調(diào)質(zhì)池、儲(chǔ)藥池、脫水機(jī)房、附屬設(shè)備間、出泥通道（如圖7所示）。

調(diào)質(zhì)池18座、FeCl3儲(chǔ)藥池3座，均設(shè)于脫水機(jī)房外。通過向污泥調(diào)質(zhì)池中加入FeCl3調(diào)理劑，對(duì)消化后污泥進(jìn)行調(diào)理，改善污泥脫水性能。設(shè)有加藥系統(tǒng)3套，每套含加藥泵6臺(tái)（單臺(tái)Q=20m3/h,H=20m）；設(shè)有PAM加藥系統(tǒng)3套，每套含稀釋水箱1座，稀釋泵、補(bǔ)水泵各2臺(tái)及絮凝制備系統(tǒng)1臺(tái)，制備0.5%PAM溶液，PAM溶液加入高低壓進(jìn)泥泵前泥管上的靜態(tài)混合器，與調(diào)質(zhì)池內(nèi)污泥在管道中混合。

脫水機(jī)房分A、B座2座，共設(shè)有板框脫水機(jī)24臺(tái)（處理能力18t/d，過濾面積800m2），18用6備；高低壓進(jìn)料泵24組（低壓流量120m3/h，壓力60m，高壓流量40m3/h，壓力120m）；壓榨系統(tǒng)3套。

板框脫水機(jī)的工作流程為進(jìn)料-壓榨-反吹-卸料4步。首先通過低壓進(jìn)料泵將污泥泵入壓濾機(jī)，當(dāng)進(jìn)料壓力穩(wěn)定在0.6MPa左右時(shí)，再通過高壓進(jìn)泥泵進(jìn)料；進(jìn)料完畢后，啟動(dòng)壓榨系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行擠壓脫水，壓力2.2MPa；壓榨結(jié)束后，壓榨水回流到壓榨水箱，壓濾機(jī)中的殘留污泥通過壓縮空氣反吹回調(diào)質(zhì)池，同時(shí)將膜腔內(nèi)的濾液吹回濾液收集管道。反吹結(jié)束后，翻板打開，推板退到最后端，濾板被拉開，腔室中濾餅掉落到下部帶式輸送機(jī)上。泥餅被送至2臺(tái)破碎機(jī)，破碎后粒徑小于30mm，并通過泥裝車外運(yùn)利用。

2.4.1壓榨系統(tǒng)優(yōu)化

本設(shè)計(jì)考慮到北京污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高，且有未運(yùn)行熱水解而直接脫水的工況可能，脫水較穩(wěn)困難。為達(dá)到滿意的脫水效果，需更長(zhǎng)的壓榨時(shí)間，在實(shí)際運(yùn)行中壓榨時(shí)間甚至翻倍，從而導(dǎo)致壓榨水池儲(chǔ)量嚴(yán)重不足，本工程設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)擴(kuò)大壓榨水池有效容積，設(shè)計(jì)壓榨水池有效容積79m3，以保證不同工況下脫水的正常運(yùn)行。

2.4.2沖洗系統(tǒng)排水的優(yōu)化

壓濾機(jī)工作一段時(shí)間后，濾布的孔隙內(nèi)會(huì)堵塞一些固體顆粒，影響過濾效果，這時(shí)啟動(dòng)沖洗系統(tǒng)（分為3組，每組包括柱塞式?jīng)_洗泵3臺(tái)，2用1備，10m3沖洗水箱1座）對(duì)濾布進(jìn)行清洗，水壓為6MPa。洗布廢水被翻板接住，通過兩側(cè)的沖洗水槽匯集進(jìn)入濾液總管排出。

洗布廢水通常為泥水混合物，污泥容易堵塞傳統(tǒng)沖洗水槽下料口，本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)此部分進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，增設(shè)泥水分離裝置，以保證廢水正常排放，見圖8。

2.5沼氣系統(tǒng)

沼氣產(chǎn)量與污泥有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。沼氣產(chǎn)量為6.84~11.62萬m3/d，根據(jù)消化系統(tǒng)產(chǎn)生的氣量不同，沼氣可以經(jīng)過球形雙膜氣柜緩存，或進(jìn)入脫硫設(shè)備處理后送至沼氣鍋爐房和發(fā)電機(jī)房利用。沼氣系統(tǒng)主要由球形雙膜氣柜、干式脫硫設(shè)備、燃燒器、鍋爐發(fā)及電機(jī)房組成。

2.5.1球形雙膜氣柜

球形雙膜氣柜共3座，體積按平均日氣量25%進(jìn)行設(shè)計(jì)，每座儲(chǔ)氣量8500m3，工作壓力1.5kPa。氣柜頂部設(shè)超聲波探頭以測(cè)算沼氣儲(chǔ)量，氣柜沼氣管路上設(shè)有水封結(jié)構(gòu)的安全閥，以保護(hù)內(nèi)膜不超壓。

2.5.2干式脫硫塔

干式脫硫設(shè)備共4組，每組2座脫硫塔，單座處理能力1000m3/h。干式脫硫塔采用高效氧化鐵作為脫硫劑。進(jìn)口H2S濃度小于1000ppm，處理后沼氣內(nèi)硫化氫含量小于50ppm，送至沼氣鍋爐發(fā)電機(jī)房。

2.5.3燃燒器

本工程燃燒器為自動(dòng)控制暗火式燃燒器。燃燒器燃燒溫度在500~1200℃，主要在沼氣利用系統(tǒng)方式出現(xiàn)故障、或不能利用全部沼氣時(shí)，燃燒掉系統(tǒng)內(nèi)部分或全部沼氣。設(shè)燃燒器3臺(tái)，單臺(tái)處理能力1600Nm3/h，進(jìn)氣壓力0.5~1kPa。

2.5.4沼氣鍋爐及發(fā)電機(jī)房

沼氣鍋爐及發(fā)電機(jī)房設(shè)置燃?xì)?沼氣雙燃料蒸汽鍋爐4臺(tái)，3用1備，單臺(tái)制備蒸汽能力為6t/h，蒸汽壓力1.25MPa，所產(chǎn)生的蒸汽供熱水解及廠區(qū)采暖使用。多余沼氣可用于發(fā)電，依據(jù)季節(jié)的變化，用于發(fā)電的沼氣量為總產(chǎn)氣量的33%~36%，約3.36~3.84萬m3/d，可發(fā)電量為3630~4148kW,進(jìn)行測(cè)算可滿足泥處理中心31.8%~36.2%的用電量。

3運(yùn)行效果

本項(xiàng)目已于2017年10月初試運(yùn)行，試運(yùn)行以來各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其中:沼氣產(chǎn)率（有機(jī)質(zhì)含量約65%）為288~302m3/tDS，泥餅pH7.0~7.5；泥餅含水率不大于60%；處理后H2S濃度為不大于45ppm。

4結(jié)論

熱水解-厭氧消化-板框脫水工藝實(shí)現(xiàn)了污泥的穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化的處理目標(biāo)，符合我國(guó)能源節(jié)約和清潔能源的發(fā)展戰(zhàn)略。該工程的實(shí)施運(yùn)行，使熱水解厭氧消化工藝在污泥集中處理工程建設(shè)中具有可行性，同時(shí)為類似工程的設(shè)計(jì)建設(shè)及運(yùn)行提供了借鑒。

微信對(duì)原文有刪減。原文標(biāo)題“北京市高安屯污泥處理中心工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化”；作者：劉議安、田宇、馬遷、黃鷗；作者單位：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司。刊登于《給水排水》2018年第8期。