編者按：作為國內(nèi)首個采用康碧熱水解+厭氧消化工藝的大型污泥升級改造項目，北京排水集團小紅門熱水解厭氧消化系統(tǒng)已運行兩年多。對這兩年熱水解、厭氧消化、板框脫水的生產(chǎn)和技術指標進行了系統(tǒng)介紹，并與主要設計值進行對比。熱水解處理后的污泥含水率穩(wěn)定，鏡檢顯示活性污泥破壁效果明顯，消化產(chǎn)氣量、有機物分解率、板框脫水后泥餅含水率等指標均優(yōu)于設計指標。沼氣品質(zhì)較好，但廠內(nèi)利用有限，需進一步考慮沼氣的綜合利用問題。同時，針對除渣、除砂裝置運行效率低，熱水解系統(tǒng)稀釋水用量較多等問題，提出優(yōu)化建議。

作者簡介：宋曉雅（1971—），女，河北石家莊人，大學學歷，教授級高級工程師，先后參與高碑店、小紅門、槐房、高安屯等污水廠消化系統(tǒng)的啟動調(diào)試，參與高碑店、延慶康莊、小紅門再生水等污水和再生水系統(tǒng)的調(diào)試運行工作。

熱水解厭氧消化，是當今國際上市政污泥處理的主流技術。國內(nèi)從2015年開始，引進國外先進技術，建設和運轉(zhuǎn)了一批采用熱水解厭氧消化工藝的污泥處理設施。其中，小紅門熱水解厭氧消化項目（以下簡稱小紅門項目）是國內(nèi)第一個采用康碧熱水解+厭氧消化的泥區(qū)升級改造項目。2016年7月18日啟動，截至2018年7月18日該項目已穩(wěn)定運轉(zhuǎn)兩周年。

1.

改造與設計

1.1改造前設計

小紅門項目位于北京市朝陽區(qū)南四環(huán)東路小紅門污水處理廠內(nèi)，是泥區(qū)升級改造項目。改造前的泥區(qū)污泥處理能力為150tDS/d，原設計中初沉污泥和剩余污泥分別單獨濃縮后混合，經(jīng)厭氧消化進入脫水機，脫水后泥餅含水率80%。消化池設計進泥量3000m3/d，沼氣產(chǎn)量30000m3/d。運行溫度35℃，采用沼氣攪拌。消化池產(chǎn)生的沼氣，用于驅(qū)動沼氣拖動鼓風機，冬季可用于廠內(nèi)供暖。多余的沼氣利用廢氣燃燒器燒掉。但在實際運行中，只濃縮剩余污泥，初沉污泥不濃縮。進消化池的只有初沉污泥。即，經(jīng)消化處理的初沉污泥和濃縮處理的剩余污泥均到脫水前混合，進行帶式壓濾脫水。消化池進泥量1200～3000m3/d，消化池產(chǎn)氣量為12000～30000m3/d。

改造前主要設施有1座濃縮脫水機房、5座卵型消化池（單池有效容積12000m3）、3座沼氣柜（單座容積4500m3）等。

1.2改造后設計

2016年小紅門項目泥區(qū)實施升級改造。改造后的污泥消化系統(tǒng)設計處理能力900t/d（以含水率80%的泥餅計），沼氣產(chǎn)量45000m3/d，有機物分解率≥40%（當污泥中有機物含量在60%以上，且COD/VS比例在1.4以上，有機物分解率≥45%；當污泥中有機物含量在45%以上，有機物分解率≥40%）。消化池運行溫度39～41℃。全部熱水解污泥消化后，板框脫水含水率≤60%。

改造后的小紅門泥區(qū)主要以處理本廠污泥為主，還少量處理車載外接污泥。本廠污泥全部經(jīng)過預脫水。本廠預脫水后污泥和外接污泥在料倉混合。進入熱水解+厭氧消化+板框脫水工藝。板框脫水濾液經(jīng)厭氧氨氧化系統(tǒng)處理后，尾水排到污水處理廠（小紅門污水處理廠設計處理能力60×104m3/d）進水泵前池。

改造后保留利用原有消化池（使用4座消化池）、沼氣柜，更新沼氣攪拌用壓縮機，新增3條熱水解生產(chǎn)線（單線處理量為60tDS/d，單線最大處理量為90tDS/d）、1座板框脫水機房、1座蒸汽鍋爐房等。

2.

整體回顧

為減少對水區(qū)運行影響，在熱水解、厭氧消化和板框脫水三個工藝板塊中，板框最先運行，其次是厭氧消化，最后是熱水解。以熱水解啟動為項目啟動標志；以厭氧消化運行效果為項目主要衡量標準。

以2017年3月9日為時間節(jié)點，忽略運行準備期的工作，將兩年運行回顧分為啟動穩(wěn)定期（2016年7月18日—2017年3月8日）和全面運行期（2017年3月9日—2018年7月18日）兩部分。需說明的是，由于化驗及取樣原因，導致部分時間段數(shù)據(jù)存在不連續(xù)的情況。

3.

啟動穩(wěn)定期

3.1熱水解啟動

3.1.1進泥

啟動時，熱水解進泥為濃縮后預脫水的剩余污泥，進泥平均含水率為87.1%。采用剩余污泥，一方面是急于驗證熱水解對活性污泥破壁的實際效果，另一方面，也是考慮到剩余污泥直接脫水比較困難。污泥經(jīng)熱水解后，平均含水率為91.8%。熱水解處理后出泥溫度為101~107℃，還需降溫，方可進入消化池。

圖1 熱水解進、出泥含水率變化

3.1.2熱解效果

污泥熱水解過程可細分為以下4個過程：污泥絮體結(jié)構的解體、污泥細胞破碎和有機物的釋放、有機物的水解和有機物發(fā)生美拉德反應。相應的，對于熱水解前后污泥性狀的變化，實際生產(chǎn)中采用微生物鏡檢、理化兩類指標進行監(jiān)測。

微生物鏡檢，就是采用常規(guī)的水處理使用的電子顯微鏡，觀察熱水解前后的細胞形態(tài)變化，如細胞絮體結(jié)構是否解體和觀察污泥細胞是否破碎。

圖2 熱水解前后微生物鏡檢（目鏡×物鏡，10×20）

理化指標，就是檢測熱水解前后SCOD、氨氮等變化，主要是檢測有機物的釋放和水解。這兩類指標，在現(xiàn)場均易于操作且檢測方便。

表1 熱水解前后SCOD和氨氮變化

3.2消化池

3.2.1進泥

啟動初期，由于熱水解分階段提升處理負荷，熱水解處理泥量較少，此時消化池進泥為初沉污泥和熱水解后污泥。初沉污泥含水率平均為96.8%；熱水解后污泥平均含水率91.8%。隨著熱水解處理量的提升，消化池中初沉污泥比例越來越少，逐步被熱水解污泥所取代，直至消化池進泥全部為熱水解污泥。

圖3 啟動時消化池進泥情況

3.2.2產(chǎn)氣量的變化

啟動階段，消化池進泥中有未經(jīng)熱水解處理的污泥和經(jīng)過熱水解處理的污泥兩種物料。且這兩部分物料的比例不固定。生產(chǎn)中采用噸干泥產(chǎn)量（m3/tDS）來比較不同物料的產(chǎn)氣情況。從圖4看出，在熱水解啟動之前，噸干泥產(chǎn)氣量平均為200m3/tDS，隨著熱水解泥量增加，噸干泥產(chǎn)氣量的數(shù)值也增加；待消化池進泥全部調(diào)整為熱水解污泥時，噸干泥產(chǎn)氣量提升并穩(wěn)定在350m3/tDS左右。

圖4 消化池啟動階段進泥物料及產(chǎn)氣量變化

4.

全面運行期

在全面運行階段，主要分析數(shù)據(jù)為2016年3月9日—2018年7月18日的運行情況。

4.1外接污泥

小紅門項目外接污泥主要以吳家村和盧溝橋為主。吳家村占46%，盧溝橋占27%。外接污泥平均量為213t/d，污泥含水率約81%。前期由于外接設備磨合，接收泥量較少，約30天后外接污泥量開始穩(wěn)定。在2017年9月高安屯污泥處理啟動后，小紅門項目原來承接的酒仙橋、肖家河、清河、高安屯等污水處理廠的污泥分流到高安屯污泥處理中心。

圖5 外接泥量情況

4.2 熱水解

4.2.1處理量

熱水解共3條生產(chǎn)線，日常運轉(zhuǎn)2條生產(chǎn)線，平均日處理量為117tDS/d，為設計負荷（180tDS/d）的65%。

與設計量相比，處理量較少的主要原因一是流域內(nèi)水量分流到槐房廠，本廠自產(chǎn)泥量少；二是外接污泥少。清河等外接污泥，逐漸分流到新近投產(chǎn)運行的槐房和高安屯等污泥處理中心。

圖6 熱水解處理干泥量

4.2.2沼氣耗量

熱水解生產(chǎn)需要蒸汽。蒸汽來自消化池產(chǎn)的沼氣驅(qū)動的蒸汽鍋爐。生產(chǎn)中引入熱水解噸干泥沼氣耗量(m3/tDS)指標。運行時段內(nèi)，熱水解進泥含水率平均為86.99%，噸干泥沼氣耗量平均為158.4m3/tDS。

圖7 熱水解沼氣消耗量

4.2.3稀釋水用量

熱水解運行中需要添加稀釋水。水源為污水處理廠深度處理出水。稀釋水分為一次稀釋水和二次稀釋水。一次稀釋水有兩個添加點，分別是漿化罐前和閃蒸罐之后。添加前在漿化罐前，主要是稀釋污泥，提高污泥的流動性，一般用管道壓力控制添加量；添加在閃蒸罐后的一次稀釋水，主要是降低閃蒸后的污泥溫度，一般閃蒸后的污泥為103~110℃，經(jīng)過添加稀釋水后，能降到87℃以下，一般采用按出泥比例添加；二次稀釋水添加在一級換熱器之后，也是主要降低污泥溫度，稀釋氨氮濃度，吸收工藝氣冷凝水，一般也是按比例添加。

從稀釋水用途看，多用于污泥降溫。稀釋水用量多，熱水解出泥含水率增加；稀釋水用量少，污泥流動性差，在冬季易出現(xiàn)管線堵塞。

運行時段內(nèi)，熱水解平均處理量為117tDS/d，一次稀釋水平均添加量為647t/d，二次稀釋水平均添加量為294t/d。從稀釋水用量分布看，熱水解一次稀釋水用量較多。

4.3消化池

4.3.1進泥

從2017年3月9日開始全面運行階段，消化池的進泥中逐漸增加外接污泥。剛開始接收外接污泥時，由于外接污泥來源和含水率變化較大，導致消化池進泥含水率不穩(wěn)定。隨著稀釋水、換熱系統(tǒng)調(diào)整，消化池進泥逐步穩(wěn)定下來。消化池進泥含水率平均為93.5%，進泥有機分平均值為58.4%。

4.3.2消化效率

運行時段內(nèi)，消化池內(nèi)污泥脂肪酸（VFA）平均為552mg/L，堿度（ALK）平均值為6052mg/L，氨氮平均值為1532mg/L。酸堿比＜0.1。有機物分解率平均45.06%，超過設計目標值40%。分解單位公斤有機物沼氣產(chǎn)量為1.17m3/VSS，消化池有機負荷為1.35kgVSS/（m3·d）。

與改造前相比，改造后的有機物分解率45.06%要略低改造前51%，但與小試裝置40℃時混合污泥熱水解厭氧消化的有機物分解率46%非常接近。改造后的消化池分解單位公斤有機物沼氣產(chǎn)量1.17要優(yōu)于改造前的0.93kgVSS/（m3·d）。與國內(nèi)其他消化項目相比，消化池的有機負荷基本一致，但是與國外項目6.1～8.8kgVSS/(m3·d）和常規(guī)厭氧消化2～6kgVSS/(m3·d）相比，還有進一步提升的空間。

圖8 消化池理化指標變化

圖9 消化效率主要衡量指標

4.3.3沼氣產(chǎn)量

運行時段內(nèi)，沼氣產(chǎn)量約40319m3/d。平均值為352m3/tDS。超過設計目標值222m3/tDS。與熱水解啟動穩(wěn)定觀察期的產(chǎn)氣量350m3/tDS基本一致。

圖10 沼氣產(chǎn)量

4.3.4沼氣成份

沼氣中甲烷含量（體積分數(shù)）平均為60%。沼氣中硫化氫含量（體積分數(shù)）為0.135%。

圖11 沼氣成份

4.3.5沼氣利用

從運行時段看，沼氣產(chǎn)量約40319m3/d，其中用于生產(chǎn)蒸汽消耗量約18150m3/d，沼氣富余量約22000m3/d。富余的沼氣，現(xiàn)況用于沼氣拖動鼓風機約7219m3/d。供暖季節(jié)，供熱的熱水鍋爐已經(jīng)采用沼氣作為氣源。由于現(xiàn)況沼氣拖動鼓風機（3臺）使用年限超過10年，設備故障較多，利用的沼氣量有限，出現(xiàn)即使在供暖季，沼氣的富余量也較多�，F(xiàn)況剩余沼氣通過廢氣燃燒器燒掉。

圖12 沼氣利用

4.4板框脫水

板框脫水藥劑使用的是復合藥劑，平均藥劑投配率（t/tDS）為11.4%。

板框脫水后泥餅pH值約在7左右。平均泥餅含水率＜60%，達到設計值。

按照工藝設計，板框濾液進入北排自主研發(fā)的紅菌技術--厭氧氨氧化設施處理后，尾水排放到污水處理廠泵前池。目前，由于厭氧氨氧化設施正在調(diào)試，處理的板框濾液量較少，現(xiàn)況板框濾液大部分排放到污水處理廠泵前池。

圖13 板框脫水的主要指標

5.

問題及對策

5.1 砂渣預處理

在實際生產(chǎn)中，雖在初沉污泥管線上設置了旋流除砂器和滾筒格柵裝置，進行砂、渣和雜物去除，但由于砂、渣去除系統(tǒng)普遍運行不夠穩(wěn)定，出現(xiàn)砂渣雜物等進入污泥料倉，堵塞漿化罐和閃蒸罐的排泥泵，堵塞污泥管道上的流量計、壓力計等。2018年3月，小紅門項目首次實施熱水解生產(chǎn)線大修，對罐體泄空檢查時，發(fā)現(xiàn)反應罐的蒸汽噴嘴出現(xiàn)不同程度的磨損，懷疑與進泥砂渣雜物有關。

對于砂渣雜物堵塞等，建議加強現(xiàn)況污泥區(qū)域內(nèi)的除渣、除砂等設施設備的精細運行。如進行除渣量和除砂量的計量統(tǒng)計；加強設備的維護維修等。

5.2熱水解優(yōu)化

熱水解污泥在進入消化前，需要稀釋和降溫。目地在于降低污泥溫度以保護消化池進泥泵運行，降低污泥粘度以及避免氨濃度過高對厭氧消化產(chǎn)生抑制等。這就需要添加稀釋水。但是，稀釋水的大量添加，降低了消化池進泥的含固量，導致消化池進泥的含水率較高，導致消化池有機負荷較低。

建議今后開展生產(chǎn)性試驗，統(tǒng)籌考慮熱水解前的預脫水機系統(tǒng)，結(jié)合外接污泥處理量、稀釋水量等，優(yōu)化熱水解系統(tǒng)的稀釋、降溫等功能。

可考慮采用本廠未預脫水的剩余污泥替代少量一次稀釋水，在漿化罐內(nèi)進行污泥稀釋，能減少部分預脫水藥劑電耗等費用；可考慮評估換熱器換熱能力與稀釋水的用量。通過減少稀釋水用量，提高消化池進泥的有機負荷，增加總產(chǎn)氣量�？煽紤]熱水解系統(tǒng)各類換熱系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫余熱的綜合利用。

6.

結(jié)論

小紅門項目，自2016年7月18日至2018年7月18日運行兩年期間，從啟動到全面運行，熱水解厭氧消化系統(tǒng)整體運行平穩(wěn)。

①沼氣產(chǎn)氣量大于350m3/tDS，超過設計值222m3/tDS。

②有機物分解率＞45%，超過設計值40%。

③板框脫水后泥餅含水率＜60%，達到設計標準。

④建議采用生物鏡檢等作為熱水解生產(chǎn)運行監(jiān)控指標。

⑤建議用未預脫水的剩余污泥替代部分一次稀釋水，綜合評估換熱器換熱能力與稀釋水用量，通過減少稀釋水用量，提升消化池進泥有機負荷，增加總產(chǎn)氣量。進一步加大熱水解換熱系統(tǒng)低溫余熱的利用。

本文發(fā)表于《中國給水排水》2018年11月第22期“運行與管理”欄目。

本文參考文獻標準著錄格式如下：

宋曉雅.小紅門污泥熱水解厭氧消化項目運行兩周年之回顧[J].中國給水排水，2018，34（22）：116-122.

SongXiaoya. Review of biennial operation of Xiaohongmen thermal hydrolysis anaerobic digestion system[J].China Water & Wastewater, 2018，34（22）：116-122(in Chinese).

來源 ：《中國給水排水》