西安第五污水處理廠卵形消化池的調試及運行
陜西西安市第五污水處理廠卵形消化池采用單級中溫厭氧消化工藝,具有攪拌水力條件好、能耗低、消化效率高和運行成本較低等特點。該廠消化池于2013年8月啟動調試，迄今已進入穩定運行期。介紹了卵形消化池的啟動調試過程，統計分析了卵形消化池的主要運行數據和試運行期間出現的問題及解決方案，以供其他類似污水處理廠污泥消化系統設計和運行管理時參考。
1、工程概況
西安市第五污水處理廠一期工程設計規模為20×104m3/d，采用改良A2/O二級生物處理工藝，污泥處理采用濃縮、中溫厭氧消化和機械脫水工藝(見圖1)。其中厭氧消化采用單池容量為12000m3的雙曲線、無粘結預應力張拉結構的卵形消化池，共3座，其總高為53m，地下部分深為4m，最大內徑為43m。
該工程于2012年5月建成，2013年8月正式啟動調試。
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圖1污泥處理工藝流程
2、調試階段
2.1單機調試
包括攪拌器調試、燃燒器調試、沼氣鍋爐系統調試、干式脫硫和濕式脫硫系統調試等。
2.2消化池系統整體調試
2013年8月1日，在消化池保持一半清水的情況下，開始對1#消化池進行加熱(以柴油為燃料)。待水溫達到35℃后，于8月7日開始進泥。至進泥液位達到池頂溢流位置，于8月25日開啟攪拌器。這樣可縮短投泥時間，減少爆炸性氣體存在時間。
因1#消化池已經有污泥外溢，為最大限度節約能量，直接將此部分污泥接入到2#消化池，同時因天氣溫度適宜，9月1日2#消化池開始進生泥。
經對消化池所產生沼氣進行持續分析，8月17日1#消化池所產生的沼氣已經可以滿足燃燒條件，但是產氣量不足以供應沼氣鍋爐，同時干式脫硫塔的脫硫效果還在檢測中。
9月3日已初步認為1#及2#消化池沼氣達到燃燒條件，干式脫硫塔后的氣體含硫量也減少到滿足鍋爐運行的條件。9月17日，沼氣鍋爐順利投入運行，并持續給進泥加熱。9月18日1#消化池的溢流污泥不再進入2#消化池，而是進入3#消化池。9月25日2#消化池液位達到溢流液位，溢流污泥直接接入3#消化池，同時2#消化池頂部的攪拌器開始運行。9月28日開始對3#消化池進行循環加熱。
10月7日3#消化池進生泥。10月12日，1#、2#消化池的溢流污泥不再進入3#消化池，而是直接溢流到2#儲泥池，經污脫車間離心機脫水后運出。10月15日3#消化池的攪拌器開啟。
沼氣中的甲烷(CH4)與空氣混合濃度達到5%~15%(體積分數)時，遇明火或700℃以上的熱源即發生爆炸。在消化池的氣相、沼氣柜以及沼氣管道中，隨著消化污泥的培養，甲烷從無到有，濃度從低到高，必然會經過5%~15%這一濃度區間(常稱“爆炸區間”),所以在消化污泥培養之前應進行氮氣置換。對于第五污水處理廠的規模，應采用液氮罐車進行氮氣置換，并采用連續置換的方式，沿沼氣工藝流程順向吹入氮氣，將系統中的氧氣推出。
3、監測化驗項目及測試方法
對2013年8月—2014年4月的實際運行數據進行統計和取樣檢測分析。主要監測項目：消化池進泥有機分;消化池內泥樣的揮發性脂肪酸、總堿度、pH、溫度;消化池內氣體含量，如CH4、CO2等。VFA采用蒸餾后滴定法測定，堿度采用指示劑滴定法測定，pH和溫度采用玻璃電極法測定，氣體含量采用四合一氣體分析儀測定法測定。正常指標見表1。
表1消化池內污泥分析檢測指標
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4、調試及運行期間監測數據分析
4.1pH值及進泥量
圖2為監測分析期間卵形消化池pH值及進泥量的變化曲線。pH值是污泥厭氧消化過程中的一個重要控制參數，其變化對產氣有極大影響。
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圖2污水廠卵形消化池pH值及進泥量的變化曲線
4.2酸度和堿度
圖3為監測分析期間卵形消化池VFA和堿度的變化曲線。
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圖3卵形消化池VFA和堿度的變化曲線
由圖3可知,從消化池調試開始VFA多數集中在20~250mg/L，低于相關文獻(50~500mg/L)，但消化反應后的產氣量(平均為7m3/m3)和甲烷含量(平均為60%)都很正常。該廠進泥量設計值為單池600m3/d，而進泥量的實際值與設計值相比偏離較大，污泥負荷較低，導致揮發酸濃度較低。
8月7日開始進泥，堿度隨著進泥量的增加不斷增加，8月26日消化池高位排泥，堿度值達到1293.75mg/L，直到11月13日穩定在2000mg/L左右。堿度一般控制在1500~3000mg/L。由于VFA一直較低，導致酸堿比也遠低于理論值(0.1~0.3)，實際為0.025~0.12。在正常運行時，酸堿比一般小于0.3，當酸堿比>0.3時，預示著系統出現異常，造成VFA的積累，并將導致pH值<6.5。
4.3TS和VSS
圖4為卵形消化池TS和VSS的變化曲線。
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圖4卵形消化池TS和VSS的變化曲線
由圖4可以看出,污水廠卵形消化反應1#池TS為10.17~45.73mg/L，平均值為17.40mg/L;2#池TS為5.49~28.8mg/L，平均值為14.99mg/L;3#池TS為6.46~29.09mg/L，平均值為15.25mg/L。1#池VSS最大值為64.93mg/L，最小值為30.8mg/L，平均值為46.86mg/L;2#池VSS最大值為64.59mg/L，最小值為28.86mg/L，平均值為46.13mg/L;3#池VSS最大值為61.55mg/L，最小值為38.02mg/L，平均值為46.03mg/L。
4.4氣體成分
卵形消化池氣體成分變化曲線見圖5。
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圖5卵形消化池氣體成分變化曲線
由圖5可以看出,在消化池運行穩定期間，甲烷含量為55%~70%，二氧化碳含量為28%~36%，氧氣含量保持在1%左右。該廠卵形消化池的沼氣成分比較正常和穩定。
在卵形消化池運行期間，污泥負荷較低，對于厭氧產甲烷過程，重要的是揮發酸濃度，因為揮發酸濃度基本在正常范圍內，所以產氣比較正常。
5、存在的問題以及對策
5.1進水水質
第五污水處理廠實際進水水質見表2。
表2進水水質對比
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由表2可以看出：實際進水BOD5/COD與設計值相差較大，可生化性能有所下降，同時也是導致污泥有機分相對較低的直接原因。SS遠遠高于設計指標，如果除砂效果不好，必將加劇設備的磨損。
5.2污泥有機物
第五污水處理廠實際運行檢測的污泥有機質含量總體較低，初沉污泥有機物占39.4%,剩余污泥有機物占43.4%，混合污泥有機物僅占41.9%,這將直接影響沼氣產量。為了提高產氣量，應考慮提高進池污泥有機物含量。
5.3影響產氣量的原因以及對策
污泥厭氧消化運行的好壞，最直觀地體現在產氣量上，當產氣量減少時，說明系統可能出現了問題，主要原因可能有：
①pH值降低或升高
進泥量過大，VFA大量積累，pH值降低，產甲烷菌活性降低，產氣量自然下降。對策:減少進泥量或不進泥，必要時可向系統注水。進泥量過小，污泥停留時間過長，堿度增大，pH值升高，產氣量降低。對策是在一定的負荷內適當增大進泥量。
②有機物投配負荷太低
由于濃縮池運行不佳，濃縮效果較差，大量有機固體隨濃縮池上清液流失，導致進入消化池的污泥濃度降低，即相同體積進泥的情況下有機物數量減少。此時可通過加強對污泥濃縮工藝的控制，保證達到合格的濃縮效果。
③甲烷菌活性降低
水力負荷過大、有機物投配負荷過大、溫度波動過大、攪拌不均勻、進水存在毒物等因素均可使甲烷菌活性降低，要分析具體原因，采取相應的對策。
④消化池有效容積減少
由于池內液面浮渣的積累和池底泥沙的堆積使消化池有效容積減小，整體消化效果下降，產氣量也隨之降低。此時應排空消化池進行清理，同時檢查浮渣消除設施的運行情況和預處理設施沉砂池的除砂效率，對存在的故障及時消除。
⑤沼氣泄漏
消化池和輸氣系統的管道或設施出現漏氣現象,使計量到的產氣量比實際產氣量小，此時應立即查找漏點并予以修補，以防止出現沼氣爆炸等重大事故。
⑥消化池內溫度降低或升高
進泥量過大或加熱設施出現故障使消化池內溫度下降，產氣量也隨之降低。此時對策是把消化池內的污泥加熱到規定的溫度，同時減少進泥量和排泥量;進泥量過小或加熱設施出現故障，產氣量下降。解決方法是檢查加熱設施恢復正常，同時加大進泥量。
⑦攪拌不均或攪拌過度
攪拌未能使污泥顆粒與厭氧微生物均勻地混合接觸，造成產氣量下降。對策是攪拌設計是否合理，延長攪拌時間，增設水力攪拌或沼氣攪拌;污泥顆粒在高強度的攪拌下破裂，甲烷菌群受到破壞，氣量下降。對策是縮短攪拌時間，改機械攪拌為水力或沼氣攪拌。
⑧營養物和微量元素不足
消化污泥菌群缺少必要的營養物和微量元素，造成菌種間的中間產物不能生成，影響后續反應，導致氣量下降。對策是增加營養物和微量元素(Fe、Co、Ni)。
作者：馬明華，李立軍，石鑫，程曉波，張文婷，盧江畔，夏靜，劉曉鵬，武少華，杜欣
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