卵形污泥消化池及其攪拌系統(tǒng)的選擇
摘要：我國濟南污水處理廠首次于1993年底建成了單池容積為10535m3的三座卵形消化池，池的結(jié)構(gòu)為雙向預(yù)應(yīng)力澆注鋼筋混凝土，內(nèi)壁防腐采用氯磺化聚乙烯防腐涂料，外壁保溫采用現(xiàn)場噴涂聚氨酯泡沫塑料，外裝飾板采用菱鎂掛板。但由于各方面的原因，該消化池一直沒有得到很好地運行。
關(guān)鍵詞：卵形消化池 沼氣 攪拌
1 國內(nèi)外概況
我國濟南污水處理廠首次于1993年底建成了單池容積為10535m3的三座卵形消化池，池的結(jié)構(gòu)為雙向預(yù)應(yīng)力澆注鋼筋混凝土，內(nèi)壁防腐采用氯磺化聚乙烯防腐涂料，外壁保溫采用現(xiàn)場噴涂聚氨酯泡沫塑料，外裝飾板采用菱鎂掛板。但由于各方面的原因，該消化池一直沒有得到很好地運行。杭州四堡污水處理廠也正建設(shè)同樣體積的三座卵形消化池，上部和下部為圓臺體，中間部分由半徑為24m、弧度為85°的圓弧旋轉(zhuǎn)而成，雙向無粘結(jié)鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池高29.3m，埋深13.6m，池壁外側(cè)掛100mm厚聚氨脂泡沫保溫材料和裝飾面板，池壁內(nèi)側(cè)涂刷無毒環(huán)氧防腐涂料。濟寧污水處理廠(20×104m3/d)也正設(shè)計建設(shè)兩座單池體積13000m3的卵形消化池。
從60年代初期起，德國就開始在大中型城市污水處理廠使用卵形消化池，單池體積多在5500～10000m3之間。奧坡(Bottrop)污水處理廠4個卵形消化池的單池體積為15000m3，并且正在設(shè)計建造單池體積為17000 m3的卵形池。
在日本，從70年代末開始設(shè)計建造卵形消化池，到1995年底大約有55座預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的卵形消化池，單池體積為1600～12800 m3，總體積約30×104m3以上;美國也是在70年代末開始設(shè)計和建造 卵形消化池，到1995年大約有61座卵形消化池，最大單池體積約11350m3。
卵形消化池的大小與建造費用存在著一定的關(guān)系。為了保證整個污水處理廠連續(xù)安全地運行，一個廠至少要建2座中型或大型消化池。隨著卵形消化池單池體積的增大，建造的單位費用也隨之降低。卵形消化池體積大小與建造費用的關(guān)系見圖1，圖中V為單池體積，橫坐標(biāo)log(V總)為建造總?cè)莘e的對數(shù)值，縱坐標(biāo)Cn/C3為任一大小的卵型消化池每m3的建造費用Cn與單池體積V=3 000m3的卵型消化池每m3的建造費用C3的比值。
從圖1看出，如果一個單池體積12000m3的卵形消化池的建造費用為100%，建造2個同樣形狀單池體積6000m3消化池的費用即為103%，建3個單池體積4000m3的費用為109%，建4個單池體積3000m3的費用為112%。
2 卵形消化池的攪拌系統(tǒng)
消化池設(shè)計和運行中另一重要 問題 是攪拌系統(tǒng)的選擇，良好的攪拌必須滿足下列要求：
① 維持進料污泥和池內(nèi)活性生物菌落之間的均勻分配;
② 稀釋池內(nèi)產(chǎn)酸生物反應(yīng)的最終產(chǎn)物，防止對微生物生長不利因素的出現(xiàn);
③ 有效稀釋污泥基質(zhì)中的有毒和抑制生物反應(yīng)的有害物質(zhì);
④ 消化池的體積能夠得到有效利用。
為了達到這些目標(biāo)，人們多年來對攪拌系統(tǒng)和消化池的形狀結(jié)構(gòu)進行了廣泛的開發(fā)和 研究 。雖然有時不同的攪拌方式可產(chǎn)生同樣的攪拌效果，但是能耗和維修費用有較大的差異。污泥消化池常用的三種攪拌方式是：沼氣攪拌、機械攪拌(包括常規(guī)的單純螺旋槳式攪拌和池中間帶一垂直導(dǎo)流管的機械攪拌)和污泥循環(huán)攪拌。
沼氣攪拌是將在消化池上部收集的一部分沼氣經(jīng)壓縮機壓縮后，再經(jīng)消化池內(nèi)的噴嘴或氣體噴管從消化池底部噴入池內(nèi)，它的攪拌作用是通過氣體向上的流動來實現(xiàn)的。池中間帶一垂直導(dǎo)流管式機械攪拌系統(tǒng)，是在消化池頂部的回流管上安裝一攪拌器，攪拌器開啟時，消化污泥可以在導(dǎo)流管內(nèi)外向上或向下混合流動，由于它特殊的結(jié)構(gòu)(如德國Halberg公司生產(chǎn)的MFS1—8系列型攪拌器)，攪拌效果好，池面浮渣和泡沫少。污泥循環(huán)系統(tǒng)攪拌是從消化池上部和底部的某一位置引出污泥，然后從池內(nèi)的另一個位置將污泥重新打回池內(nèi)。
根據(jù)國內(nèi)污水處理廠使用沼氣攪拌的經(jīng)驗來看，沼氣攪拌設(shè)備多，工藝復(fù)雜，能耗高，接口 密封困難。
卵形消化池獨特的形狀使其易于選擇簡單的機械攪拌系統(tǒng)，因此國內(nèi)外大部分卵形消化池都使用機械攪拌。導(dǎo)流管式機械攪拌(見圖2)因其污泥流線形與卵形池結(jié)構(gòu)接近一致，更適合于卵形池的攪拌。
3 實例
3.1 洛杉磯終點島污水處理廠概況
美國洛杉磯終點島污水處理廠位于洛杉磯南部32 km處，設(shè)計規(guī)模為114 000 m3/d，商業(yè)、生活污水和 工業(yè) 廢水各占50%左右。此污水處理廠水處理部分包括粗格柵、曝氣沉砂池、初沉池、生物曝氣池、二沉池和過濾設(shè)備(1997年新增加)。從二沉池出來的活性污泥首先 在氣浮池內(nèi)氣浮濃縮，然后再與初沉池污泥混合進入卵形中溫厭氧消化池，消化后的污泥經(jīng)離心脫水后最終處置。
3.2 消化池與攪拌系統(tǒng)
廠內(nèi)建有4座預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的卵形消化池(見表1)。每一消化池體積為5200m3，總高為31m，最大內(nèi)徑20m。通過變換進泥閥門的位置可以實現(xiàn)單級消化或兩級消化;一般情況下，僅兩座消化池運行，另外兩座備用。
消化池的初級混合是通過周邊沼氣噴嘴噴射來實現(xiàn)的。來自消化池的沼氣經(jīng)壓縮后，通過28個位于距消化池底7 m的射流噴嘴噴入消化池的污泥中。氣體混合系統(tǒng)運行和間歇的時間約各一半。二級混合由一污泥循環(huán)泵來連續(xù)完成，它將污泥從池底打到池頂。
此卵形消化池的進排泥控制采用溢流方式。消化池內(nèi)的污泥液面可通過排泥閥的開啟保持恒定。一旦消化池內(nèi)的污泥液面達到排污的高度，消化池內(nèi)的加料量將與消化污泥從池底排到污泥槽的污泥量相同，排出消化污泥被輸送到污泥脫水離心機。但是，此廠內(nèi)的消化池運行液面比實際設(shè)計的低，這主要有兩個原因：①消化池和脫水離心機之間缺少一中間污泥貯存池，這迫使污水處理廠的操作人員通過改變污泥液面來彌補消化池進泥量的波動。②在消化池中偶爾出現(xiàn)泡沫 問題 ，沼氣管線與泡沫收集器和噴射器之間安裝位置不合適，泡沫和氣體 系統(tǒng)經(jīng)常使在線氣體處理設(shè)備(如：流量計和火焰撲滅器)產(chǎn)生問題，所以，必須降低消化池 污泥液面以阻止泡沫流出氣體管線。
由于卵形消化池沒采用內(nèi)導(dǎo)流循環(huán)管機械攪拌系統(tǒng)而采用了常規(guī)的氣體攪拌系統(tǒng)，因此池內(nèi)易于產(chǎn)生浮渣和泡沫。
卵形消化池頂部形成的浮渣是由浮渣破碎裝置和沼氣攪拌來清除的。氣體攪拌不能有效去除浮渣;另外，由于以下幾個原因使排渣口也不能使用：①打開此口時，空氣和沼氣的混合可能導(dǎo)致爆炸;②沼氣和浮渣的氣味污染運行環(huán)境;③排渣口的橡膠密封不一定很嚴(yán)密，容易發(fā)生沼氣的泄露。從設(shè)備運行時起，就沒有使用消化池上的排渣口，而使用U形管排出浮渣，給運行帶來很大不便。
3.3 運行記錄
卵形消化池總體上運行情況良好。1996年使用兩座卵形消化池，每天消化約480m3的初級和預(yù)濃縮污泥，水力停留時間18 d，可揮發(fā)性固體減少量在50%以上，沼氣產(chǎn)量大約為1.0m3/kg揮發(fā)性固體，消化污泥中揮發(fā)酸中和率在0.15以下。
運行幾年以后將其中一個消化池排空維修時，消化池沒有發(fā)現(xiàn)砂粒在池內(nèi)堆積，不需維修工像進入常規(guī)柱形消化池內(nèi)那樣到池里面維修。由于污泥中存在機械處理段沒有除去的砂粒，污泥泵和脫水機內(nèi)存在一定程度的磨損，所以機械處理段對沉砂的有效去除是很重要的。
由于浮渣不能通過浮渣口排出，氣體攪拌和浮渣破碎裝置也不能防止浮渣和泡沫的形成，使卵形消化池的浮渣達15cm高，所以操作工人不得不通過位于消化池邊上的人工浮渣排放口來移出浮渣。雖然如此，此浮渣層厚度比柱形消化池也要小得多(一般平底消化池內(nèi)浮渣厚度可達1m以上)。
4 結(jié)語
卵形池是今后 發(fā)展 的趨勢，與常規(guī)消化池相比，它可有效阻止砂粒的堆積和浮渣的形成，節(jié)省投資和運行費用;卵形消化池在需較少攪拌能耗的情況下，可達到同樣的污泥消化效果 。從國內(nèi)外的經(jīng)驗來看，卵形消化池內(nèi)的沼氣攪拌系統(tǒng)也會產(chǎn)生運行上的許多問題，為了減少投資和增加運行的可靠性，卵形消化池可考慮采用帶內(nèi)導(dǎo)流循環(huán)管的機械攪拌方式。
參考 文獻 ：
[1] Hi Sang KIM,Shao Y J.Egg-shaped digesters-after 16 years of operat ion at the terminal island treatment plant[J].CWPCA Bulletin,1998,30(2):151-15 7.
[2] ATV-Handbuch,Klaerschlamm[S].Verlag Ernst& Sohn,137-238.
[3] 王洪臣.城市污水處理廠運行控制與維護管理[M]. 科學(xué) 出版社，1997.235 -312.
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