武汉市三金潭污水处理厂污泥消化系统的设计

万方数据
消化系统的最佳运行，不仅取决于正确的设计， 还依赖于消化设备的选择。其具体要求为：
（１）消化池内必须均匀、柔和地混合搅拌，使对 温度十分敏感的产乙酸和产甲烷菌以最大速度新陈 代谢，保证它们的相互依存。
（２）原污泥尽量均匀投入，同时与消化污泥混 合（接种）。
（３）原污泥预加热，最大限度避免温度波动，防 止因１２℃生污泥与加热后４０℃的循环污泥因温差 产生异重流。国外运行经验表明，机械搅拌对温度 相近的污泥有良好的均质作用，但对因温差产生的 异重流混合效果不好。
表３我国城市污水处理厂沼气成分
项目 ＣＨ４ Ｃ０２ ＣＯ ０２
比例／％ ５３～５６ ２７～３０ １．２～２．５
１～３
项目 Ｎ２ Ｈ２ ＨｚＳ ＨｚＯ
比例／％ １～８
１．Ｏ～６．９ Ｏ．１～０．４
２～４
三金潭污水处理厂一级中温厌氧消化池（消化 时间２０～３０ ｄ）设计值为：分解每千克有机物产沼气 ０．７５ ＩＴｌ３；沼气热值２０ ４００ ｋＪ／ｍ３。
（４）产生的沼气尽可能从消化池中导出。 （５）消化池表面设计足够的保温隔热层。 （６）避免消化池内水力死角及污泥沉积。 （７）有良好的破除浮渣层的措施。 ４．２具体措施 ４．２．１污泥投配与接种 在工程实际运行中，消化池生污泥投配的过程 是间歇的，需要在较短时间内将大量污泥投入消化 池内，因此，生污泥投配泵按一天投配时间６～１２ ｈ 计。本工程消化污泥循环选用３台（２用１备）无堵 塞螺杆泵，单台流量１５～１０５ ｍ３／ｈ，扬程４．５ ｂａｒ （１ｂａｒ＝０．１ ＭＰａ），功率３０ ｋＷ。 生污泥需与消化ｔ亏泥以一定比例混合，以达 到对原污泥接种及预热的目的。在工程中，为了 与换热器的换热能力相匹配，消化池污泥循环倍 数，ｚ一般取３４４。生污泥与消化污泥进人高效接 种器（一种特别的喷嘴混合器）混合后投配，亦要 求污泥循环泵与污泥投配泵的扬程相匹配，否则 易发生泥阻，影响消化系统的正常运行。本工程 选用３台（２用ｌ备）大通道离心污泥泵，单台流量 ３０６ ｍ３／ｈ，扬程１２ ｍ，功率１８．５ ｋＷ。 ４．２．２消化池形状设计 消化池内油脂性和不能消化的悬浮物质易形成 浮渣层，如不及时排除，将严重影响系统的运行，并 造成对池体的破坏。在设计中，通过消化池顶部构 造形状来避免浮渣形成，或将出现的浮渣通过搅拌 再度混入污泥，同时配置池顶除渣设备进一步消除 浮渣。如图３所示。
关键词 污水处理厂 污泥处理 中温厌氧消化 卵形消化池
０引言 城市污水处理厂初沉池污泥含水率一般为
９５％～９６％，二沉池剩余活性污泥含水率一般为 ９９．６％～９９．８％，二者有机物含量均占５０％左右。为 防止污泥腐败造成二次污染，必须实现污泥的稳定 化、减量化、无害化。污泥稳定化处理方法有污泥厌 氧消化法、污泥好氧消化法和污泥焚烧法等，其中污 泥好氧消化法和污泥焚烧法由于运行费用高、管理复 杂，因而在实际工程中应用极少；相比较而言，污泥中 温厌氧消化法较为经济，厌氧消化后的污泥更易于脱 水，从而最终实现污泥的减量；同时，厌氧消化过程可 杀灭污泥中大部分的病原体、寄生虫卵，使污泥卫生 条件得以改善，实现污泥无害化。
升到细格栅间。 ３消化池单体的设计 ３．１池形
消化池形为卵形，其优点是底部不易积泥、顶部 不易结盖；池内无死区、易搅拌、能耗低；池体热损失 小；结构稳定，混凝土用量少；池形美观。而且杭州 四堡污水处理厂卵形消化池调试启动的实践表明： 与传统柱锥形消化池相比，卵形消化池消化启动时 间明显缩短，调试启动阶段爆炸性气体存在的时间 也明显减少。 ３．２消化池设计 ３．２．１基本数据
万方数据
近年来，随着我国消化池运行管理经验越来越 丰富，城市污水处理厂污泥经消化处理后有机物分 解率基本达到了４０％，因此三金潭污水处理厂消化 池有机物分解率取值为４０％～４５％。 ３．２．３沼气产量计算
污泥消化沼气产量除了与工艺控制（进泥、排 泥、ｐＨ调节、加热、搅拌、毒物控制等）有关外，还取 决于污泥的成分。
表１ 我国部分城市污水处理厂污泥成分统计
污水处理 厂名称
北京高碑店 北京高碑店 北京清河 北京酒仙桥 西安 南昌 徐州
污泥来源
剩余污泥（来源：生化活性污泥） 消化污泥（来源：初沉污泥） 剩余污泥（来源：初沉＋生化污泥） ０Ｄ污泥 剩余污泥（来源：初沉＋生化污泥） 剩余污泥（来源：初沉＋生化污泥） 剩余污泥（来源：初沉＋生化污泥）
武汉市三金潭污水处理厂污泥中温厌氧消化系 统的设计，是在总结国内现有工程经验的基础上，针 对我国南方城市污水处理厂的污泥特点进行的，下 面就谈一谈设计中的一些体会。 １工程概况
三金潭污水处理厂为武汉市亚行贷款污水处理 项目之一，工程概算总投资４．６３亿元。近期２０１０ 年建设规模为：旱季平均３０万ｍ３／ｄ，雨季高峰流量 为５０万ｍ３／ｄ；远期２０２０年规模为：旱季平均４０万 ｍ３／ｄ，雨季高峰流量为６２万ｍ３／ｄ。污水处理厂服 务范围为汉口老城区，排水体制为合流制。
按远期规模设计两座一级中温厌氧消化池，停留 时间为２０ ｄ；复核近期停留时间约为２７ ｄ。单座消化池 池容１４ ０００ ｍ３，总高４４．６ ｍ（地下１０ ｍ），泥深４１．３ ＩＴＩ， 池体最大直径２６ ｍ。单池体积为目前亚洲最大。 ３．２．２关于污泥成分和有机物分解率的取值
污泥中有机物的含量直接影响有机物降解的程 度，有机物含量越高，有机物分解率也越高。城市污 水处理厂污泥中有机物的含量及污泥厌氧消化后有 机物的分解率均低于国外资料介绍的数值。北京高 碑店污水处理厂２００３年统计数据表明，有机物分解 率一般维持在２０％～６０％，平均为３６％左右；天津 东郊污水处理厂设计值为：污泥有机物含量５５％， 有机物分解率为３０Ｙｏｏ～４５％；表１为我国部分城市 （多为北方城市）污水处理厂污泥成分统计表。
以往消化池的设计，由于缺乏对我国污泥成分的 监测资料，往往是直接采用国外相关数据或接近国外 取值。消化池运行若干年后，较普遍地出现了消化气 量不足以用来发电利用，沼气发电机等设备闲置的问
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题。在本工程设计中，本着客观谨慎的态度，根据我 国南方城市污泥的实际情况，取值比以往设计值低， 如此计算出的沼气产量及热值可供沼气锅炉房用于 消化池保温，近期少量富余沼气用火炬燃烧处理。一 期工程没有考虑沼气发电，仅在泥区预留了沼气发电 机房的位置。待将来消化系统运行稳定、管理成熟， 沼气产量增加到一定程度时，再建沼气发电机房，避 免建设初期工程投资的浪费。 ３．２．４消化池物料平衡与热平衡计算
Ｑ需一Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３
（１）
式中Ｑ。——生污泥升温所需热量，Ｑ。一Ｑ（３５℃一１２
℃）：
Ｑ２——消化池体热损失，Ｑ２一∑Ｋ传热系数×
Ｆ表面积×（３５℃一ｆ环境）×１．２；
Ｑ３——管道热损失，Ｑ３一ｌＯ％（Ｑ，＋Ｑ。）。 消化池所需总热量由热交换器提供，由热平衡原
理曝一Ｑ供，可计算出配套热交换器功率。本工程采
设计进水水质：ＢＯ峨１２０ ｍｇ／Ｉ，、ＳＳ １６０ ｍｇ／Ｉ，、 ａ—）Ｄ女２４０ ｒｎｇ／ｌ。、ＴＮ ３５ ｍｇ／Ｉ。、ＴＰ（Ｐｑ一一Ｐ） ３．２ ｍｇ／Ｉ。；设计出水水质为：ＢＯｂ≤３０ ｍｇ／Ｉ。；ＳＳ－－≤３０ ｍｇ／Ｉ。；Ｃ（）ｎ，，≤１００ ｍｇ／Ｉ。；ＮＨ３～Ｎ≤２５ ｍｇ／Ｉ。；
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武汉市三金潭污水处理厂污泥消化系统的设计
朱昱
（中国市政工程中南设计研究院，武汉４３００１０）
摘要武汉市三金潭污水处理厂污泥处理采用一级中温厌氧消化系统，消化池池型采用卵形污 泥消化池，其单体池型为亚洲最大。着重介绍了工程中卵形污泥消化池的设计情况，提出污泥消化 是系统工程，强调必须注重整体的协调性与细节设计上的安全性，才能最大限度地降低故障的出现 率，保障消化系统的正常运行。
消化池物料平衡与热平衡系统见图２。
图２消化池物料半衡与热半衡系统
消化池采取池外加热方式，将生污泥与循环污 泥混合后加热至略高于３５℃进行投配，优点是升温
度数不高，设备简单易管理。 若生污泥不加热直接投配，会使消化池内产生
温度差异和污泥性质差异，导致污泥短流，影响消化 池正常运行；而生污泥（冬季１２℃）直接加热投配， 则污泥升温度数过高，设备复杂、管路热损失较大， 也不宜采用。消化池需热量：
近年来国外污泥厌氧消化有向一级消化发展的 趋势，其原因主要是：二级消化池内不加热、不搅拌， 基本不再有沼气产生，而根据投资估算，其工程费用 需增加约３０％。本着经济合理的原则，本工程采用 一级中温厌氧消化。 ２．３重力后浓缩
消化后浓缩采用重力浓缩，不采用机械浓缩。 污水处理厂设２座直径１２ ｍ、停留时间１６ ｈ的重力 后浓缩池，其目的是：提高消化污泥浓度，避免消化 池运行的异常波及到后续脱水处理，提供足够的污 泥调蓄容积和工作人员反应时间来调整消化池正常 运行，实现污泥消化、污泥脱水在运行管理上的相对 独立，不产生事故的连锁反应。由于停留时间较长， 重力后浓缩池上清液需进入化学除磷池处理后再提
用两台套管式换热器，单台换热能力为１ ０００ ｋＷ。 在消化系统的设计中，两座消化池的污泥投配、
污泥循环、热交换均应自成系统，管路完全分开，污
泥泵及热交换器与消化池一一对应，独立运行，以确
保消化系统的操作安全性，避免错误操作。 ４污泥消化系统最佳运行的工艺环节 ４．１具体要求
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热值／ｋＪ／ｋｇ
５０％ＣＨ４＋５０％Ｃ０２ ７０％ＣＨ４＋３０ＹｏｏＣ０２ ６７％ＣＨ４＋３０％Ｃ０２
１７ ７６５ ２４ ８７１ ２３ ６１７
西方国家的污泥有机组分中，蛋白质与脂肪含 量之和一般高于７５％，因而其沼气中甲烷含量较 高，常在６５％以上，沼气的热值较高。我国污泥有 机组分中，蛋白质与脂肪含量一般在５０％左右，属 于高碳水化合物类型的污泥，因此其沼气中甲烷含 量较低，常在５５％左右，沼气的热值也相应较低。 ＣＨ。燃烧热值为３５ ０００ ４０ ０００ ｋＪ／ｍ３，沼气燃烧 热值为１９ ０７５～２１ ８００ ｋＪ／ｍ３。表３为我国城市污 水处理厂沼气成分、燃烧热值［３］。
沼气主要成分为ＣＨ。和ＣＯｚ；ＣＨ。含量越高， 其热值也越高，利用价值越大。污泥中有机物主要 由碳水化合物、蛋白质、脂肪三大类物质组成，而这 三类物质的甲烷产量是不同的（见表２）。
表２不同有机物的产气量及其气体组分‘２］
有机物种类
碳水化合物 蛋白质 脂肪
产气量 ／ｍ３／ｋｇ
ｏ．８ ｏ．７ １．２
气体组分
ｆ Ｘ 蚕 ３｜ ｃＥ＝４５ ｛ ｆ Ｒ＝２６ｍ
ｌ
；
‘Ｉ ／。＝５０‘｜ 如
＼一
图３消化池形状设计
消化池液位为浮渣排放口中心线。 消化池池形设计ａ一４５。＜口一５０。。原因有以下 三点：①排渣时，需憋泥位上涨至摊渣日。若醢较 小，剩泥位上舞一点，浮渣表面积减少缀多，需排放 的渣水嫩更少，秘予排渣；②运行时泥位下降一点， 则泥表蕊积增加很多，利于沼气顺利摊出，不形成气 堵；③可使机械搅拌器的轴更短，设备的造价降低。 ４．２．３消化池设备 消化池主要设备有搅拌设备、池顶安全设备和 液位控制设备，分述如下： （１）搅拌设备。本工程消化池采用机械搅拌， 为德国进秘螺旋桨式搅搀器，每洼每台搅拌功率为 ｓ８ ｋＷ，警淡麓直径９００ ｍｍ，总长凌３７．８ ｍ，分８ 节安装。机械搅拌器通过电机间歇式她正转、反转， 能有效防止池底部积泥和池顶部浮渣结盖的现象， 其特点是安装简便、能耗低、易操作。德圈的世界最 大单池容积（１７ ０００ ｍ３）消化池即使用这种机械搅 拌设备，运行状态良好。机械搅拌器要求消化池运 行液位误麓十分严格，为±１５０ ｍｍ。Ｎ此，在消化 池池底设翌静压式压力变送器控制液位，保障搅拌 器正鬻运转。池底压力变送器不麓选用雷达型，主 要是防止溅逡泡沫、浮渣的干撬。 （２）池顶安全设备。消化渣顶设ＤＮ６００密封 罐（水封装置）１个，当池内压力超过士６００ ｍｍＨｚＯ 时即与大气连通，防止池体受损；设球形喷嘴１个， 可以３６０。转动，与冲洗水管连接，其作用有三：消泡 沫；冲开板结浮渣；污泥闸门开启排渣时起撇渣作 用。池顶溺气室也与冲洗管连通，防止泡沫进入沼 气管。 （３）滚位控制设备。演化洼液位援铡分为两
有机物 （灰）／％ ６６（２１） ６６（２１） ５５（４４） ４０（５７） ４４（５５） ４７（５２） ５５（４３）
注：表中数据由月岛机械株式分社北京办事处提供。
武汉属南方城市，水资源比较丰富，进厂污 水浓度低于北方城市，污泥中有机物含量也低。 三金潭污水处理厂污泥中有机物含量设计值为 ４０％～４５％。
万方数据
ＴＰ（Ｐ０４３一一Ｐ）≤１ ｍｇ／ｌ。。污水处理采用Ａ／Ｏ生物 除磷工艺，污泥处理采用厌氧消化工艺。污泥处理 工艺流程见图１。
二沉池剩余
初沉污泥
●
图１ 污水处理厂污泥处理工艺流程
２消化系统的设计 ２．１机械前浓缩
消化前浓缩采用机械浓缩，不采用重力浓缩，目 的是防止污泥中磷的释放。前浓缩残液可直接提升 至细源自文库栅间，有利于减小化学除磷池的容积和投 药量。 ２．２中温厌氧消化