污泥消化池設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討

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簡(jiǎn)介： 我國(guó)污泥消化處理尚未普及，有關(guān)研究、實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)也不多。通過(guò)對(duì)天津東郊污水處理廠污泥消化池的工藝設(shè)計(jì)，探討了污泥投配、污泥加熱、沼氣攪拌等設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
關(guān)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(jī)物消化分解，污泥不再腐敗；同時(shí)通過(guò)中溫消化，大部分病原菌、蛔蟲(chóng)卵被殺滅并作為有機(jī)物被分解。由此，污泥達(dá)到穩(wěn)定、無(wú)害，所產(chǎn)生的生物能——沼氣還可加以利用。目前，我國(guó)中小型污水處理廠一般都不設(shè)初沉池，污泥也不進(jìn)行消化處理。實(shí)際上這對(duì)污泥的最后處置是不利的。筆者現(xiàn)就污泥消化池設(shè)計(jì)中所遇到的幾個(gè)問(wèn)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(zhì)的特殊性，其計(jì)量存在困難。法國(guó)巴黎ACHERES污水處理廠的污泥投配計(jì)量采用一容積為10 m3的污泥高位投配池，達(dá)到了計(jì)量的目的，但操作程序復(fù)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(jiàn)圖1所示?！　温輻U泵是以螺旋推進(jìn)的方式排送液體的，它沒(méi)有枝狀葉片，不會(huì)被污泥中的纖維雜質(zhì)堵塞。在多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，不需要設(shè)止回閥，從而解決了污泥管路設(shè)止回閥時(shí)因污泥中雜質(zhì)堵塞而致只逆不止的問(wèn)題。該泵還具備在轉(zhuǎn)速一定的情況下其排送流量均勻穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以用時(shí)間控制計(jì)量。因此，在投泥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中利用該泵的上述特點(diǎn)，并配以橡膠閥，可以使投泥計(jì)量更趨簡(jiǎn)單實(shí)用。
　　捏閥的外殼為鑄鐵制成，用于承受管道壓力，內(nèi)層為高強(qiáng)橡膠襯里，能承受0.6 MPa以上的壓力，如在內(nèi)襯中充入壓縮空氣，可使橡膠襯里擴(kuò)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(dāng)釋放閥體內(nèi)襯中的壓力時(shí)，管路內(nèi)流體可正常通行(見(jiàn)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(zhì)的影響而常關(guān)閉不嚴(yán)且不宜頻繁啟閉的缺點(diǎn)，并同時(shí)具有操作簡(jiǎn)便、嚴(yán)密性好、易于開(kāi)閉和特別適于實(shí)現(xiàn)自控的優(yōu)點(diǎn)。
　　該污泥投配系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)按設(shè)定的時(shí)間程序進(jìn)行控制并完成操作。其作用原理為：當(dāng)三通電磁閥開(kāi)啟時(shí)，0.4～0.6MPa壓力的壓縮空氣作用在橡膠閥上，此時(shí)污泥管路斷流；當(dāng)三通電磁閥關(guān)閉，并同時(shí)打開(kāi)橡膠閥側(cè)的管路排氣，使污泥管路流通。這樣依次對(duì)三通電磁閥進(jìn)行控制，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)4個(gè)一級(jí)消化池的輪流投泥。計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確的時(shí)間操作使投泥計(jì)量過(guò)程變得簡(jiǎn)單，控制過(guò)程容易掌握，而且使多次少量投泥的運(yùn)行過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)，無(wú)疑為消化池的運(yùn)行創(chuàng)造了良好的條件?！　?strong>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(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)就至關(guān)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(qiáng)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?gòu)某刂谐槌龌旌衔勰嘌h(huán)加熱。加熱是采用套管式泥—水逆流熱交換器在池外進(jìn)行的，熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)采用泥—水傳熱系數(shù)為3560kg/(h·m2·℃)，每臺(tái)熱交換器設(shè)計(jì)換熱能力可達(dá)3.35GJ/h，可設(shè)計(jì)成連續(xù)運(yùn)行。熱交換器應(yīng)分別設(shè)在管廊內(nèi)靠近每座一級(jí)消化池池壁的地方，單獨(dú)為每座一級(jí)消化池加熱，獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾(見(jiàn)圖3)。　　熱水循環(huán)和控制是維持熱交換器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要保證。為使熱交換器內(nèi)管中污泥不致形成結(jié)塊，運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格控制熱水水溫，一般設(shè)計(jì)控制進(jìn)口水溫為70℃，出口水溫為60℃，此時(shí)熱水流量應(yīng)滿足要求。每臺(tái)熱交換器的熱水循環(huán)可由統(tǒng)一調(diào)配的熱水泵完成，流量和溫度都通過(guò)安裝在進(jìn)水管上的三通調(diào)節(jié)閥控制，三通調(diào)節(jié)閥通過(guò)調(diào)節(jié)流量以控制水溫。對(duì)熱源而言，當(dāng)進(jìn)入熱交換器的水溫高于或低于設(shè)定工作溫度時(shí)，該閥都將提示減少或增加熱量，即當(dāng)水溫處在工作調(diào)節(jié)區(qū)時(shí)，閥門將按照水溫實(shí)現(xiàn)熱水旁路的分流調(diào)節(jié)，使進(jìn)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(zhì)與熱平衡關(guān)系重大。我國(guó)的城市污水中工業(yè)廢水占較大的比重，而且污泥中有機(jī)物含量也較低。根據(jù)天津紀(jì)莊子污水處理廠實(shí)測(cè)結(jié)果，1985年—1990年污泥中有機(jī)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(zhì)占27%～56%，脂肪占9%～20%。沼氣中甲烷含量與污泥成分有關(guān)，一般碳水化合物產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量?jī)H50%，脂肪與蛋白質(zhì)產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量則可達(dá)70%。全年泥溫為10.3～26.6℃。
　　天津東郊污水處理廠根據(jù)紀(jì)莊子污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，污泥消化池分解有機(jī)物的產(chǎn)氣系數(shù)設(shè)計(jì)值取0.82m3/kg，污泥中含泥率為40kg/m3，有機(jī)物含量取55%。因有機(jī)物降解率與污泥中有機(jī)物含量有密切關(guān)系，該設(shè)計(jì)取較低值為30%～45%。
　　總之，該污泥與發(fā)達(dá)國(guó)家污泥成分的差別較大。發(fā)達(dá)國(guó)家污泥中有機(jī)物含量一般在70%～80%，有機(jī)物中蛋白質(zhì)和脂肪占60%～85%，有機(jī)物降解率高達(dá)50%以上，對(duì)此應(yīng)有足夠的認(rèn)識(shí)，并在污泥加熱設(shè)計(jì)中予以考慮。根據(jù)筆者對(duì)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(wèn)題要多，但污泥中揮發(fā)性固體的熱焓高，對(duì)之有效利用可使污泥加熱的能源完全自給。現(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?，即污泥中的固體含量；
　?、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；
　　④原污泥溫度；
　?、菹氐谋夭牧?；
　?、蕲h(huán)境溫度。　　3　沼氣攪拌　　污泥攪拌有機(jī)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(guān)，我國(guó)目前常推薦采用沼氣攪拌方式。
　　過(guò)去有的工程設(shè)計(jì)也采用沼氣攪拌，但其沼氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣來(lái)源于儲(chǔ)氣柜，缺點(diǎn)是冬季氣柜的氣體溫度較低(4～5℃)，用低溫沼氣進(jìn)行攪拌顯然會(huì)產(chǎn)生不利影響。另外，一臺(tái)沼氣壓縮機(jī)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(shè)計(jì)，其沼氣攪拌采用一臺(tái)壓縮機(jī)只為一座消化池服務(wù)，與產(chǎn)氣管路完全分開(kāi)，不通過(guò)儲(chǔ)氣罐。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是管路短、損失小、故障少，與產(chǎn)氣管路及儲(chǔ)氣罐互不干擾，避免影響儲(chǔ)氣罐工作。壓縮機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)每座消化池設(shè)1臺(tái)沼氣壓縮機(jī)，其中1臺(tái)二級(jí)消化池所用壓縮機(jī)因開(kāi)機(jī)時(shí)間少，可作備用。為了保障沼氣壓縮機(jī)組的工作安全，在其進(jìn)口設(shè)置了過(guò)濾器，以截住沼氣中的雜質(zhì)，減少機(jī)械磨損；在進(jìn)口上安裝了壓力計(jì)，對(duì)機(jī)組進(jìn)口負(fù)壓值進(jìn)行檢測(cè)保護(hù)；在機(jī)組出口上安裝了氣體溫控閥和氣體壓力閥，并納入計(jì)算機(jī)中顯示和控制，可以保護(hù)設(shè)備本身和用氣設(shè)備；出口上還安裝了1個(gè)冷凝罐，當(dāng)壓縮沼氣冷卻時(shí)將冷凝水排除(見(jiàn)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(jìn)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(qiáng)的上升速度，攪拌效果顯著。該攪拌器是法國(guó)Degremont公司的定型產(chǎn)品，每臺(tái)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(biāo)浮球，一旦發(fā)生阻塞等事故，浮球就會(huì)落下，提醒檢修。攪拌器的檢修可不中斷運(yùn)行，在控制室中安裝了1臺(tái)多級(jí)離心泵D6—25，水泵流量為2m3/h，揚(yáng)程為3MPa，通過(guò)管道將高壓水送到各消化池池頂，對(duì)各攪拌管進(jìn)行高壓清洗，排除阻塞故障。
　　上述設(shè)備及安全設(shè)施的安裝和完善，對(duì)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(shè)施是否安裝、調(diào)試成功，應(yīng)在安裝后進(jìn)行清水試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)在任意點(diǎn)投加示蹤劑，用空氣進(jìn)行攪拌30min，然后在任何點(diǎn)取樣，其濃度應(yīng)該均勻。　　4　東郊污水廠污泥消化工藝特點(diǎn)　　上述污泥消化池的污泥投配、污泥加熱及沼氣攪拌是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題?，F(xiàn)將天津東郊污水處理廠污泥二級(jí)中溫消化工藝的特點(diǎn)總結(jié)于后，以供讀者在實(shí)踐中參考。
　?、僭摴に嚵鞒趟杜涞臐饪s污泥有幾個(gè)特點(diǎn)：首先其投配量是用時(shí)間來(lái)控制的，其次是生污泥不加熱，最后是投泥與排泥同時(shí)進(jìn)行，排泥完全由投泥量控制——因?yàn)榕拍嗍且缌魇降?，投多少泥就排多少泥?br />　?、谠摴に嚥辉O(shè)排上清液的設(shè)施，也不排上清液。所謂污泥上清液是在脫水機(jī)房?jī)?nèi)排出的。
　?、畚勰嗉訜岷驼託鈹嚢枋遣捎谩皁ne by one”方式，每個(gè)消化池都有自己專用的一套加熱與攪拌設(shè)備，使控制操作簡(jiǎn)便。
　　④在正常情況下，該工藝的各個(gè)系統(tǒng)工作是連續(xù)的，尤其是沼氣攪拌系統(tǒng)是進(jìn)行連續(xù)攪拌的，這也是沒(méi)有上清液的原因。
　?、菸勰嗉訜崾峭ㄟ^(guò)給循環(huán)污泥加熱來(lái)完成的，熱交換時(shí)污泥升溫僅5.5℃，用保持總熱量來(lái)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(shè)備的型號(hào)已在多個(gè)污水處理廠經(jīng)過(guò)考驗(yàn)。--------------------------------------------------------------------------------電話：(0755)5738715
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收稿日期：2001-01-18