高碑店污水处理厂污泥处理系统工艺介绍及运行分析

城市给排水高HISS2K2I!理厂艮运行分诉宋晓雅李维王洪臣王颖赵梦升（北京市城市排水集团，北京100061）旖要北京鬲碑店污水处理厂的污泥处理皋统是目前国内运转比妓衣功的天型汚泥处理设施 之一。从工程运行实践的角度，分析、总结了高坤居污水处理厂的近行经脸，并梃岀一些祈的运行思 路，对今后污泥消化、沼乞利用A统的建设和运營,有罪常吏要的住鉴意义。关键词污泥处理；,、溥化皿气利用运行分杭2 洽水排水 Vol. 30 No. 12 20042 洽水排水 Vol. 30 No. 12 20040 前言 .,： 北京筍碑店污水处理厂（以下简称高碑店）地处 北京东郊隶属北京市城市排水集团，是目前国内最 大的二级污水处理厂，设计R处理污水100万n?, 工程分两期，一期工程从1990年开始建设，于1993 年年底建成通水，二期工程于1999年10月开始运 行。高碑店污水处理部分采用的是传统活性污泥法 工艺；污泥处理部分采用的是两级中温厌氧消化的 处理工艺，消化后的污泥，经带式压滤机脱水外运。 污泥消化血生的沼气，主要用于发电，来驱动鼓风机 和进水泵，沼气发动机的热水，作为消化污泥加热 的热源实现热电联供和资源的综合利用。在冃前国内的城市污水处理厂中，髙磔店的污 泥处理工艺是比较典型，比较完善，比较有代表性的 运行工艺。分析、总结髙碑店的污泥消化与沼气利用系统 的运行实践，对于今后污水处理厂的运行与设计具 有现实意义。1污泥处理工艺流程高碑店的污泥处理部分，与污水处理部分相对 应，也分为两期建设工艺设计上，一期和二期略有 不同，高碑店污泥处理部分一期和二期的工艺流稈 见图1、图2,主要区别见表lo2污泥消化与沼气利用系统运行现状分析2.1污泥浓缩系统高碑店的污泥浓缩系统由12座污泥浓缩池组 成,均采用传统的車力浓缩形式，池上有半桥式带栅 条的浓缩机来辅助污泥浓缩浓缩池采用中,匚、进ffl I高解店一期污泥处理系统工艺流程132髙碑店二期污泥处理系茨工艺流程哀1高碑店一期和二期污泥处理工艺比较比较项冃一期二期消化也的搅拌方式采用沼气搅拌采用机械搅拌消化渔的加热方式釆用蒸汽和热水加热采用热水加热消化也的排泥方式采用泵底第直排采用徐压排泯方式沼气脱硫方式干式脱毓湿式脱硫沼气仟储方式3 000 n?气柜10 000 n?媒旋式气2 000 m l球罅柜注：-期建有沼气压缩机房泥，周边设三角堰溢流排放上清液，底部设泥斗采 用泵半泥的方式，浓缩池上部设有浮渣懵。2.1.1浓缩池的设计（见表2）表2浓缩池设计数据比较项目 I 一期浓缩池j 1期浓蘇浓缩池数目/组66诙缩池有彳程径/m23.520浓缩池有效水深/m55设计固体去面负荷/kg/(m2-d)5070.3进泥含水率/%97I97出泥含水率/%9494注：二期洙缩池池低标鬲要低于一期浓缩池；2.1.2浓缩池的实际运行数据II.浓缩池的进泥含水握为97%,浓缩池的排泥含 水率为96%,实标固体表面负荷170 kg/(m2-d)o 2.1.3设计和实际运行的差距分析从浓缩池实际运行数据和设计数据看，传统重 力浓缩池设计的固体表面负荷是比较小的，浓缩效 果般，2.1.4浓缩池的运行经验实践中，浮渣和砂对重力浓缩池的影响比较大, 浓缩池的浮淹槽经常堵塞，浓缩池的底部积砂严重 磨损浓缩池排泥泵。此外,浓缩池在实际工况中，受后续处理工艺 污泥脫水的彩响，其运行工艺和参数的调整余 地比较小，总结经验，髙碑店对浓缩池的运行提出儿点要 求：监控液位，控制排泥，定期排砂和清理浮渣槽。 在有条件妁情况下，尽址减少浓缩池上清液对水区 产生的回流负荷。2.2污泥消化系统2.2.1消化池的基本情况奇碑店污泥消化系统，建有16座污泥消化池 (单个池容7 850 tt?),每4座消化池为一个系列， 共分为4个系列，其中每系列由3个一级消化池和 1个二级消化池组成：.一级消化池有加热和搅拌， 二级消化池不加热也不搅拌。运行工艺采用两级 屮温厌敦消化，操作温度为3335搅拌方式一期和二期略有不同：一期采用沼气搅拌，二期采 用机械搅拌，同时均设有循环泵搅拌作为辅助搅拌 方式C面碑店的污泥消化池是分期启动的，一糸列消 化池于1998年10月投产运行；二系列消化池于 2001年开始运行;2002年4月完成四系列消化池的 运行同年10月完成三系列消化池的运行。在消化池未启动之前，浓缩排泥未经消化直接 脱水处理。2.2.2高碑店消化污泥的培养2.2.2.1高碑店四个系列消化池的培养方式四个系列消化池的培苏方式各不相同：-系列 消化池采用的是用污水逐逝增川负荷的中温消化 (33 -35 V)污泥的培养方式;二系列消化池采用的 是利书-系列消化池的熟泥接种的培养方式；四系 列消比池采用的是中水培菲高温消化污泥(运行初 期采用的操作温度是5055 X?,后来进行45 I、操 作温发消化的运行，最后恢复3335 t中温消化方 式)的运行方式,三系列消化池则是采用高温消化熟 泥接种的培养方式。2.2.2.2四种培养方式的比较(见表3)表3四种培养方式的比较项目消化启动时间-污水培养消化污泥较尼较多利用熟活泥接种比校短E沙利用中水培养髙温消化污泥最K利用高温消化熟泥培养消化馬泥比较短2.2.2.3消化池启动的彩响因素(D/JU热。消化池的加热是一丫比较直要的影 响因索，高碑店的污泥消化系统之所以是分批启幼 的，一方面是逐步摸索运行经验，另一个重要的原因 就是加热热源的问题。足够的热拭是消化池启动的 保证，也是今后消化稳定运行的非常重要的-个因 素uE.佟图4高碑店有机物分解那2003年超势2.2.3.3消化系统的生产指标消化产气量的计量。消化的主要目的是实 现污泥的资源化，因此，消化的产气量是生产中一个 非常重要的指标，但是在实际生产中确定沼气的产 就是非常困难的。沼气系统的运行压力是非常低 的，高碑店的系统压力只有200-300 mmH2Oo 消化池内的沼气流态是紊乱的，虽然总的趙势是明 显的，但是受实际进、排泥的影响，局部看是比较混 乱的。沼气系统，考虑到管径和冷凝水排放的问 题，实际流速是比较低的。沼气的成分是比较复 杂的，还含有许多腐蚀性的气体，如硫化氢等，对测给水徉水 Vol. 30 No. 12 200434给水排水 Vol.30 No. 12 2004址仪表的精密度产生影响。沼气成分中，还含有 一些固体的杂质。所有的这些，都将对沼气系统的精确测量产生 影响。从高碑店这几年的沼气流量计的使用情况看, 效果很不理想。但是，在生产实践中,也的确想了解 沼气的产气状况，高碑店的工程技术人员提出了沼 气的利用量和沼气的产气试验的概念。(1) 沼气的利用量。在污泥消化与沼气利用系 统里，沼气的主要用途是作为一种能源使用，在离碑 店消化系统中，主要是泊气发电，只有在定电系统出 现问题(沼气无法利用)时，才通过废气燃烧器烧掉。 所以，消化的产汽蜀是可以通过沼气的利用量来间 接反馈的。从高碑店的运行数据看,2003年全年的沼气利 用域近528万m3, 2004年上半年的沼气利用量为 210万mo见图5O图5高碑店近几年沼气利用址统计(2) 产气试验。在生产中,检査单个消化池的运 行状况，是利用产气试验来确认的。排除消化池的进、排泥的影响，在消化池不进泥 也不排泥妁时间段内，将该消化池的沼气管与其他 消化池的沼气管断开，观察规定时间(5 min/10 min/15 min)内的消化池的压力变化,通过不同消化 池的压力变化差，来衡就不同消化池的运行差异，反 映消化池实际运行状况。2.2.3.4消化池运行控制因素(1) 消化池的搅拌。高碑店一期和二期工程采 用的搅拌方式是不同的。从高碑店的运行实践看， 两种搅拌方式各有特点：沼气搅拌管线比较复杂，不 仅沼气压缩机本身设备的维护最比较大，每天还必 须检査循环水系统和排废油，排高压冷凝水。最重 要的是压缩后的排气管线压力比较高(一般为2.3 kg),高碑店的压力管线因腐蚀而岀现过漏点。机械 搅拌的特点是维护疑比较小，但是搅拌器出现故障 时，就需要消化池泄空来检修，对工艺的影响比较 大。高碑店二期消化池的搅拌器也出现过故障。目前搅拌系统存在的问题一浮渣。从高碑店 的运行经验看，就单独的搅拌效果而言，沼气搅拌和 机械搅拌在运行中都有各冷的优势，但是以上两种 搅拌方式梆未能根本解决淨渣的问题。.虽然，从高碑店运行6年的消化池大修悄况看， 其顶韶浮渣要少于浓缩池的渣量，但是浮渣问题还 是应该引起运行与设计人员足够的重视。(2) 消化池的排泥。常用的消化池排泥方式有 底部用泵排泥和底部静压排泥。高碑店一期采用的 是底部用泵排泥，二期采用的是底部静压排泥。实际运行中发现单独的底部静压排泥效果很不 理想，消化池溢流排泥管经常出现溢流虽小或不能 溢流情况。静压排泥困难的主要原因为：由于搅拌存在死 区，消化池的下部污泥比重仍髙于上部污泥，消化池 排泥过程中，底部溢流管中比重大的污泥和消化池 中相对比重小的污泥虽然存在液位差，但没有溢流 的情况发生。此种排泥方式必须考虑增加辅助排泥泵。目前，高碑店正进行增加辅助排泥泵来解决静 压排泥管堵塞问题的试验。2.3沼气利用系统2.3.1沼气脱硫 2.3.1.1沼气成分高碑店污泥消化系统运行6年以来，沼气的成 分一直比较稳定，其中甲烷的含秋为60%70%, 二氧化碳含量为25%35%,硫化氢的含量0.5% -0.7%之间。见图6。3.3.1.2高碑店的脱硫系统奇碑店一期工程采用的是干式脱硫，二期工程h2s 其他66.6%图6 期脱硫前沼气成分采用的是湿式脱硫。(1) 干式脱硫。高碑店的干式脱硫塔为填料塔, 内有三层脱硫剂，主要成分为FqCh。从脱硫前后 的数据看,单独的干式脱硫塔不能满足脱硫的要求。干式脱硫运行中，脱硫剂的再生是比较麻烦的 问题,尤其对于脱硫剂再生中温度的控制、氧虽的控 制，都是非常复杂的。(2) 湿式脱硫。高碑店的湿式脱硫塔，采用的是氯氧化钠碱液喷淋的方式，但是，目前的运行中存在 碱液输送管堵塞的问题。.-2.3.1.3对脱硫系统存在问题的分析不论是干式脱硫，还是虚式脱硫,均存在脱硫塔 的进口硫化氢的含虽高于设计含笊的问题，而且，脱 硫后的硫的去向，没有得到根本解决，这样，实际上 造成污水处理厂系统中的硫是逐年增加的，沼气系 统的硫化氢的含量也会逐年增加。所以解决脱硫的根本问题，是将硫加以回收，至 少是将其从污水处理厂的体系中去除。2.3.2高碑店沼气发电情况(1) 高碑店消化系统产生的沼气主要用于沼气 发电。在发电系统岀现问题时，利用废气燃烧器将 多余的沼气烧掉。(2) 高碑店的沼气发电系统，共有沼气发电机7 台。一期4台，单台额定功率470 kW；二期3台，单 台额定功率650 kWo(3) 高碑店的沼气发电机组，一期从1999年开 始运行，二期从2002年开始运行，经过几年运行摸 索，沼气发电董逐年上升。2003年全年，沼气发电 累计发电量1 088万kWh,占全厂电量消耗的 23.4%,2004年上半年，累计发电528万kWh,占 全厂电凰消耗的22.6%O见图7。图7高碑店近几年沼气发电量貌计(4)发电机运行中主要存在的问题:发电机的 热回收效率比较低，受前期脱硫系统的影响，目前发 电机运行中主要的问题是热回收效率比较低，直观 的表现是余热回收堵塞情况比较严重；发电机的冷 却水所利用的热量有限，单靠发电机的余热不能满 足消化的热量需求。发电机的机组维护量比较 大,沼气发电机属精密度比较高的设备，仪表自控等 相对比较复杂，维护比校困难。3总结庇稗店的污泥消化与沼气利用系统是国内比较 典型、比较完善的系统之一。污泥浓缩池，尤其是重力浓缩池，在成型的污水 处理厂中，进行工艺调节的余地非常小。污泥消化池的运行应从温度、压力和液位三方 面加强监控;从pH、酸碱比、有机物分解率等化验指 标进行分析，从产气试验中进行消化池实际运行状 况的校验。国内污水处理厂的污泥消化系统，应根据各厂 的具体情况，考虑增减消化池的进泥负荷。单独的干式脱硫和湿式脱硫均不能解决脱硫问 题,必须考虑硫从系统中去除和回收的问题。沼气发电是高碑店沼气利用的唯一方式,但是, 受脱硫彩响，发电机的余热回收的比较少。4建议城市污水处理厂在设计时,应充分考虑到浮渣、 砂等对后续处理工艺的影响，应重视城市污水厂的 计量问题，尤其是沼气产董的计量，这对于沼气系统 的经济化运行是非常重要的。脱硫系统的设计应考虑硫的回收。沼气系统的净化，还要考虑到沼气的除尘、除湿 问题。叢考文献1张毎衡.等.废水厌氧生物处理工程.北京；中国环境科学出版 社，19962王洪臣，等.城市污水处理厂运行控制与维护管理.北京：科学 出版社,19973张自杰，林荣忱，金備霖.排水工程(下册).北京：中国建筑工 业出版社1996收稿日期：2004-9-28给水梅水 Vol. 30 No.12 20045