污水处理技术工艺

详细运行数据对比污泥热水解厌氧消化与常规厌氧消化

热水解厌氧消化是近年来污泥处理的一个新的发展方向。选取小红门污泥处理中心工程运行数据,比较了热水解厌氧消化与常规厌氧消化的操作操作、泥质土壤、消化效果、气体产生量、沼气组成等;以及辅助系统。分析了工程运行中的负荷和余热利用问题,总结了热水解厌氧消化的运行特点,并提出了建议和进一步的优化方向。

1 工程基本情况

热水水解厌氧消化是近年来国内外污泥处理技术的一个新的应用方向。美国华盛顿特区蓝原污水处理厂、英国泰晤士河Davyhulme项目、北京小红门、高碑店、淮坊、高安屯、清河二期污泥处理中心等项目均采用热水厌氧消化技术。其中,华盛顿特区的蓝原污水处理厂、北京的小红门、高碑店污泥处理中心等项目,都是对现有污泥区的改造。本文以国内最早的热水消化厌氧消化小红门污泥处理中心工程(以下简称小红门工程)为例,通过对改造前后消化系统运行情况的比较,分析总结了热水水解厌氧消化与常规厌氧消化的区别和特点。

小红门污泥水热厌氧消化工程位于小红门污水处理厂东北部。污水处理厂建设规模为60万m/d(Kz=1.3),峰值流量78万m/d,污泥处理系统由5个蛋形消化池、3个沼气池、2个干脱硫塔、1个湿脱硫装置、1个沼气室和2台废气燃烧器组成。其中,5个消化池均为蛋形主要消化池,每池容量为12000立方米。

小红门项目于2008年11月12日首次投入使用。生产的沼气用于驱动鼓风机和冬季加热,多余的沼气通过废气燃烧器燃烧。 2015年9月,该系统关闭,热水解厌氧消化项目的升级开始。转化内容是增加热水解预处理装置,热水解采用Cambi技术,蒸煮器仍然使用原来的蒸煮器。 2016年4月,转型完成后,消化系统(消化池操作次数减少到4个消化池)重新启动。 2016年7月18日,随着热水解系统开始投入使用,将常规厌氧消化调整为热水解厌氧消化。 2017年3月9日,该系统开始处理外部污泥。

表1为2012年(改造前常规厌氧消化的代表)和2017年(改造后热水水解厌氧消化的代表)污水处理厂进水水质、水量和消化系统。

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2 基本操作比较

常规厌氧消化的基本操作包括泥浆、除泥、传热和搅拌。热水解厌氧消化的不同之处在于热的传递方式是由温度调节到温度。尤其是在夏季,密切注意消化池的传热。

2.1 进泥

2.1.1 来源

2012年消化池进水污泥相对单一,均为水域初级污泥,平均为2258m/d;2017年,进入消化池的污泥采用热水预处理的混合污泥,平均为1429m/D。进入热水水解产物预处理的污泥较为复杂,包括我厂的污泥和外部污泥。3月9日以前,仅对我厂的污泥进行了处理,即对一级沉降污泥和浓缩剩余污泥进行预脱水而形成的混合污泥进行处理。3月9日以后,热水水解系统不仅对我厂的污泥进行了处理,而且还对外部污泥进行了处理。外排污泥主要为武家村、卢沟桥、乌里托、小家河等污水处理厂的脱水泥饼,平均日均200t/d(含水率83%)。对于热水水解厌氧消化系统,有必要考虑外部污泥组成对消化池的影响。

2.1.2进水中的有机含量和含水量

2012年,沼气池中的泥浆主要是初级污泥。泥浆中的平均有机质含量为63%,泥浆中的平均含水量为96%。 2017年,沼气池中的泥浆是混合污泥,以及泥浆中有机物的平均值。在56%时,泥浆的平均含水量为92%。

由图1可以看出,混合污泥中的有机物分级随外部污泥量和来源的变化而明显波动。3月9日前,污泥来源单一,平均有机物含量为67%。经过外部污泥处理后,整个消化池的有机物含量降低。但是,消化池污泥的固体含量明显增加,2017年比2012年增加了两倍。

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2.1.3饲料泥中的挥发性脂肪酸(vfa)和碱性(alk)

改造前后泥浆中VFA和ALK的变化如图2所示。2012年消化池污泥中VFA平均值为513 mg/L,ALK平均值为2107 mg/L;改造后,2017年消化池污泥中VFA平均值为915 mg/L,ALK,平均值为1881 mg/L,与2012年相比,VFA上升78%,ALK下降11%。

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2.2 排泥

2012年,采用顶溢流排泥泵从消化池中排出污泥。2017年,采用顶溢流排泥或底部电动调节阀从消化池中去除污泥,并拆除原辅助泵系统。根据运行效果,采用顶部溢流排放法,污泥排放相对平稳,运行时间超过一年,无溢流污泥堵塞现象。

2.3 换热

2012年,沼气池的运行需要加热。加热源来自沼气拖曳鼓风机的废热。如果还不够,锅炉房中的热水用作热源。 2017年升级后,由于热水解预处理后污泥温度较高,蒸煮器采用原热交换器减少传热,冷却源为污水处理厂第二沉淀池出水。

2.4 搅拌

2012年,消化罐被压缩机搅动。2017年,拆除原压缩机,对压缩机进、排气管进行改造,更换为大功率压缩机。搅拌气体体积从1.67m/(min.m池体积)增加到3.4 m/(min.m池体积),而不改变沼气的搅拌方式。

3 消化效果比较

消化效果一般从污泥、有机分解率、气体生产能力等指标来衡量。

3.1 泥质

3.1.1 酸碱比

酸碱比是VFA与ALK的比值,改造前后消化池酸碱比的变化如图3所示。消化污泥的平均酸碱比2012年为0.025,2017年为0.128。酸碱比增大的原因是热水消化厌氧消化池污泥中的VFA明显高于常规厌氧消化污泥中的VFA。

3.1.2氨氮和游离氨

选择同期1月至3月的数据来比较消化污泥中的氨氮含量(见图4)。 2012年,沼气池污泥中的氨氮含量为214-709 mg / L,平均为503 mg / L. 2017年,沼气池污泥中的氨氮含量为1 360-2 140 mg / L,平均为1 808 mg。 / L。与传统的厌氧消化相比,热水解厌氧消化使污泥中的氨氮含量显着增加。

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2017年1-3月,消化池运行温度39℃,pH值7.3。通过计算公式将污泥中的氨氮含量换算成游离氨浓度。结果发现,2017年氨氮平均为1808mg/L,转化为游离氨的浓度为51mg/L,远低于文献中的145-600mg/L。结果表明,改性后热水水解的厌氧消化过程在游离氨的正常范围内。消化系统无氨抑制作用。

3.2 有机物分解

3.2.1消化池中的有机负荷

2012年,沼气池的平均有机负荷为0.91kgVS/m。2017年,沼气池的平均有机负荷为1.14kgVS/m。从图5可以看出,2017年沼气池的有机负荷高于2012年。我国同类工程的有机负荷范围与国内同类工程基本相同,均在1≤1.9kgVS/m范围内。可以考虑进一步增加有机负荷。

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3.2.2有机分解率

2012年,沼气池中有机质的分解率为19.8%~59.8%。 2017年,为30.7%~60.0%,平均为42%。从图6中可以看出,热水解厌氧消化中有机物的分解速率没有显着增加。分析的原因主要是在2012年,蒸煮器用单一污泥处理,初级污泥本身易于分解和生产。 2017年改造后,除了初级污泥外,沼气池还增加了剩余污泥,以及吴家村和卢沟桥等污水处理厂的一次污泥和剩余污泥。 2017年,泥浆中的平均有机质含量为56%。与历史时期(2012年平均有机质的63%)相比,有机质的分解率仍然保持在较高水平。

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3.3 产气能力

3.3.1吨干泥浆气生产

图7显示了消化池产生的干泥量的变化。2012年,消化池产生的干泥量为187m;lt;unk;GT;/tds;2017年,消化池产生的干泥量为341mm/tds,增加了82m;lt;垃圾>.2017年生产的干泥量被转化为原污泥,含水率为80<unk>,产量为68.2 M<unk>/tds;这远远高于国内40-50M<垃圾>/tds消化项目。

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3.3.2分解单位公斤有机气体产量

2012年,消化槽中每公斤有机物的产气量为0.78m/kgVS;2017年为1.32m/kgVS。每公斤有机物在消化槽中分解。从图8中可以看出,从分解单位的有机物产气来看,热水水解厌氧消化的优势是明显的。

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3.4 沼气成分

沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳。比较2012年和2017年的沼气成分(见图9),2017年沼气中的甲烷含量与2012年相比有所下降,但甲烷含量基本上为45%至70%。分析差异主要是由于泥浆来源的变化。

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4 附属系统

4.1热水水解工艺气体处理

在热水解厌氧消化过程中,采用热水解工艺作为消化池的预处理系统。用污泥浆、反应、闪光、污泥在热水解过程中会排出不凝结的气体,即“热水解过程气体”。在实际工程中,是通过冷却和洗涤,通过呼吸和水两种方式输送到消化池。

表2中的2018年监测数据显示,工艺气体中含有大量的甲硫醚、甲硫醇、氨、硫化氢和其他气体。这些气体会发臭和腐蚀。在实际操作中应充分注意安全防护。

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4.2厌氧消化脱水滤液处理系统

热水解厌氧消化污泥中的氨氮含量高于常规的厌氧消化含量。虽然小红门项目的消化池是初级消化池,但没有上清液排放,但脱水后应注意滤液。除了滤液中的氨氮外,还存在COD和总磷等污染物。在实际工程中,将脱水后的滤液收集到一个特殊的处理设施中进行厌氧氨氧化处理,尤其是滤液的水质监测。

5 问题及建议

5.1 系统进泥负荷

2012年,消化池为常规厌氧消化池。运行5个消化池,平均含水量96%,污泥进料量258 m_/天,占设计消化污泥输入量的75%(3000 m_/天)。2017年,消化池改造后运行4台消化池。系统污泥量为1429 m_uu/d,污泥平均含水率为92%,为设计污泥量(2200 m_u/d)的65%。

从消化器的工作负荷出发,减少了改装后的实际负荷。从消化池的数量来看,目前消化池的泥量完全只能运行3个消化池,可以减少1个消化池的运行,降低运行成本。

5.2 系统余热的利用

消化池由传统的厌氧消化转变为热水厌氧消化后,消化系统面临的一个重要问题是传热和冷却。在实际工程中,冷却主要有三个方面:一是消化池内污泥循环换热的冷却;二是热水不闪络污泥的冷却;三是沼气利用设备的冷却。目前,这三部分余热尚不能充分利用,今后应考虑热量的综合利用。

6 结语

与常规厌氧消化和水热厌氧消化的典型数据相比,2012年和2017年的小川人的操作数据可以进行比较。

与传统的厌氧消化相比,热水解厌氧消化对消化池的基本操作没有重大调整;热水解厌氧消化比传统的厌氧消化污泥更广泛,增加了剩余污泥。治疗;在泥浆中有机质含量低的情况下进行热水解厌氧消化,再加上热水解和厌氧消化,将消化池的VFA增加到泥浆中,增加每千克有机物的产气量,从而增加总产气量,明显优于传统的厌氧消化。

但是,由于热水水解厌氧消化的工艺特点,需要注意一些重要的辅助系统,如热水水解工艺气和消化后的脱水滤液。

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