消化罐底部中间高出池边0.5 m左右,池心向周边形成一定的坡度,且在搅拌器流态作用下,泥砂易沉积在周边,因此在周边最低处均匀设置3处排砂管,必要时对消化池进行清空排砂(如图6所示),有效排出池底沉砂;也可通过上部溢流出料口排泥,溢流出料口同时具有水封功能,能够保证罐内沼气不会泄漏到罐外产生危险,同时也使罐内保持恒定的液位。
2.3.2 沼气中H2S含量控制的优化
污泥消化产生的沼气中H2S含量较高,后续沼气脱硫运行费用较高,由于FeCl3可有效抑制H2S从沼气溢出,本工程优化设计,在热交换车间设置FeCl3投加系统,将FeCl3投加在热水解后污泥消化池前的污泥管道中,减少沼气中H2S含量。设铁盐储罐2套,单套有效容积25 m3;加药泵4台,单台流量120 L/h,扬程6 bar。
2.4 污泥板框脱水系统设计优化
板框脱水系统用于对污泥进行脱水处理,是污泥处理流程中最后一个环节。板框脱水系统设计规模320 tDS/d。主要包括调质池、储药池、脱水机房、附属设备间、出泥通道(如图7所示)。
调质池18座、FeCl3储药池3座,均设于脱水机房外。通过向污泥调质池中加入FeCl3调理剂,对消化后污泥进行调理,改善污泥脱水性能。设有加药系统3套,每套含加药泵6台(单台Q=20 m3/h,H=20 m);设有PAM加药系统3套,每套含稀释水箱1座,稀释泵、补水泵各2台及絮凝制备系统1台,制备0.5%PAM溶液,PAM溶液加入高低压进泥泵前泥管上的静态混合器,与调质池内污泥在管道中混合。
脱水机房分A、B座2座,共设有板框脱水机24台(处理能力18 t/d,过滤面积800 m2),18用6备;高低压进料泵24组(低压流量120 m3/h,压力60 m,高压流量40 m3/h,压力120 m);压榨系统3套。
板框脱水机的工作流程为进料-压榨-反吹-卸料4步。首先通过低压进料泵将污泥泵入压滤机,当进料压力稳定在0.6 MPa左右时,再通过高压进泥泵进料;进料完毕后,启动压榨系统对污泥进行挤压脱水,压力2.2 MPa;压榨结束后,压榨水回流到压榨水箱,压滤机中的残留污泥通过压缩空气反吹回调质池,同时将膜腔内的滤液吹回滤液收集管道。反吹结束后,翻板打开,推板退到最后端,滤板被拉开,腔室中滤饼掉落到下部带式输送机上。泥饼被送至2台破碎机,破碎后粒径小于30 mm,并通过泥装车外运利用。
2.4.1 压榨系统优化
本设计考虑到北京污泥中有机质含量较高,且有未运行热水解而直接脱水的工况可能,脱水较稳困难。为达到满意的脱水效果,需更长的压榨时间,在实际运行中压榨时间甚至翻倍,从而导致压榨水池储量严重不足,本工程设计时适当扩大压榨水池有效容积,设计压榨水池有效容积79 m3,以保证不同工况下脱水的正常运行。
2.4.2 冲洗系统排水的优化
压滤机工作一段时间后,滤布的孔隙内会堵塞一些固体颗粒,影响过滤效果,这时启动冲洗系统(分为3组,每组包括柱塞式冲洗泵3台,2用1备, 10 m3冲洗水箱1座)对滤布进行清洗,水压为6 MPa。洗布废水被翻板接住,通过两侧的冲洗水槽汇集进入滤液总管排出。
洗布废水通常为泥水混合物,污泥容易堵塞传统冲洗水槽下料口,本设计在传统的基础上对此部分进行设计优化,增设泥水分离装置,以保证废水正常排放,见图8。
2.5 沼气系统
沼气产量与污泥有机质含量有关。沼气产量为6.84~11.62万m3/d,根据消化系统产生的气量不同,沼气可以经过球形双膜气柜缓存,或进入脱硫设备处理后送至沼气锅炉房和发电机房利用。沼气系统主要由球形双膜气柜、干式脱硫设备、燃烧器、锅炉发及电机房组成。
2.5.1 球形双膜气柜
球形双膜气柜共3座,体积按平均日气量25%进行设计,每座储气量8 500 m3,工作压力1.5 kPa。气柜顶部设超声波探头以测算沼气储量,气柜沼气管路上设有水封结构的安全阀,以保护内膜不超压。
2.5.2 干式脱硫塔
干式脱硫设备共4组,每组2座脱硫塔,单座处理能力1 000 m3/h。干式脱硫塔采用高效氧化铁作为脱硫剂。进口H2S浓度小于1 000 ppm,处理后沼气内硫化氢含量小于50 ppm,送至沼气锅炉发电机房。
2.5.3 燃烧器
本工程燃烧器为自动控制暗火式燃烧器。燃烧器燃烧温度在500~1 200 ℃,主要在沼气利用系统方式出现故障、或不能利用全部沼气时,燃烧掉系统内部分或全部沼气。设燃烧器3台,单台处理能力1 600 Nm3/h,进气压力0.5~1 kPa。
2.5.4 沼气锅炉及发电机房
沼气锅炉及发电机房设置燃气/沼气双燃料蒸汽锅炉4台,3用1备,单台制备蒸汽能力为6 t/h,蒸汽压力1.25 MPa,所产生的蒸汽供热水解及厂区采暖使用。多余沼气可用于发电,依据季节的变化,用于发电的沼气量为总产气量的33%~36%,约3.36~3.84万m3/d,可发电量为3 630~4 148 kW,进行测算可满足泥处理中心31.8%~36.2%的用电量。
3 运行效果
本项目已于2017年10月初试运行,试运行以来各项指标均达到设计要求。其中: 沼气产率(有机质含量约65%)为288~302 m3/tDS,泥饼pH 7.0~7.5;泥饼含水率不大于60%;处理后H2S浓度为不大于45 ppm。
4 结论
热水解-厌氧消化-板框脱水工艺实现了污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化的处理目标,符合我国能源节约和清洁能源的发展战略。该工程的实施运行,使热水解厌氧消化工艺在污泥集中处理工程建设中具有可行性,同时为类似工程的设计建设及运行提供了借鉴。
微信对原文有删减。原文标题“北京市高安屯污泥处理中心工程设计及优化”;作者:刘议安、田宇、马迁、黄鸥;作者单位:北京市市政工程设计研究总院有限公司 北京城市排水集团有限责任公司。刊登于《给水排水》2018年第8期。
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