高安屯污泥处理中心项目位于北京朝阳与通州交接处, 临近朝阳区循环经济产业园。主体工程包括污泥处理厂1座, 处理规模1 836t/d (以含水率80%计) , 为目前国内最大的集中式污泥处理工程。配套再生水厂1座, 处理规模20万m³/d, 再生水厂工程分两期建设。

　　 截至2018年6月底, 污泥处理厂设施全部建成, 除A系列消化池外 (消化系统分为A、B两个系列, 每个系列包含4座消化池) , 建成设施全部投入运行, 沼气发电设备因沼气综合利用规划调整, 暂未安装。再生水厂一期工程 (10万m³/d) 建成投产, 再生水厂二期工程预计2018年10月试运行。

　　 污泥处理工艺流程为热水解-厌氧消化-板框脱水, 脱水后污泥外运, 用于林地绿化等。工艺流程见图1。

　　 污泥处理厂的进泥来源于两部分, 少量为再生水厂预脱水污泥, 通过泵送入热水解进泥缓存仓;大量为外厂装车运输来的污泥, 卸入污泥接收仓。污泥在接收仓暂存后送入热水解进泥缓存仓;然后进入热水解系统进行细胞破壁。经热水解处理的污泥, 冷却降温后, 进入污泥消化池进行厌氧消化。消化后的污泥在板框脱水机房进行脱水至含水率60%以下。消化产生的沼气经脱硫处理后, 输送至蒸汽锅炉房, 做为燃料气源, 生产热水解所需的蒸汽。板框脱水滤液收集后, 送至“红菌”系统处理, 降解滤液中氨氮、COD等污染物, 出水排入再生水厂进水提升泵房。

　　 计划处理的外厂运输污泥为北苑、酒仙桥、北小河等再生水厂脱水后污泥。

　　 再生水厂污水收集范围北起京顺路, 南至姚家园路, 西起东五环路, 东至温榆河。再生水厂设计处理规模为20万m³/d。污水采用A²/O工艺进行生化处理, 再进入砂滤池进行深度处理。高品质再生水通过配水泵房, 进入再生水水管网, 进行综合利用, 部分出水补充景观用水。再生水厂产生的污泥经脱水后被泵送到污泥处理厂, 进行污泥处理。工艺流程见图2。

　　 2017年9月29日, 污泥处理中心项目正式启动调试。为不影响再生水厂的正常生产, 采用外厂污泥进行热水解和消化系统的同步调试。

　　 启动前, 消化池实施污泥接种, 种泥来自其他污泥处理中心的消化污泥。接种量为消化池有效容积的36%。

　　 消化池温度确保38℃左右, 加热热源为蒸汽锅炉提供的热水。由于沼气还未产出, 且市政天然气外管线还未连通, 前期蒸汽锅炉的气源采用压缩天然气罐车供给。

　　 考虑消化池需要稳步提升负荷, 先期启动B系列消化池中的8#消化池。计划待8#消化池启动成功后, 再进行其他消化池的启动。根据计划, 为避免消化池出现酸化, 严格控制消化池进泥量。根据消化池的每日进泥量, 来计算热水解的处理批次, 进而确定每日外接最大污泥量, 来确保系统平稳调试。

　　 启动阶段, 以热水解系统稳定运行、沼气产量增加和沼气中甲烷含量稳定为阶段性标志。

　　 由前述工艺流程叙述可知, 污泥经热水解细胞破壁后, 进入消化池进行厌氧消化。所以, 首先进行热水解系统的调试。热水解原理是污泥在165℃和12.5kg蒸汽中蒸煮后闪爆, 闪蒸后污泥温度约105℃, 需降温, 才可进入消化池。实际工艺中, 是通过换热和添加稀释水进行降温的。热水解系统的调试, 主要是自控测试和稀释水比例的调整。

　　 由于热水解系统进料基本稳定 (外接污泥含水率在80%左右;本厂污泥含水率在82%左右) , 稳定运转的热水解处理后的污泥 (即消化池进泥) 含固量也比较稳定。

　　 消化系统内, 甲烷菌将有机物分解, 产生沼气。可将沼气的产量作为消化系统调试稳定的标志。

　　 随着消化系统调试开始, 沼气中甲烷含量从无到有逐渐稳定。由于沼气中甲烷含量与处理泥质有关, 在进泥泥质稳定的前提下, 沼气中的甲烷含量趋于稳定数值, 可将沼气成分中的甲烷含量作为调试稳定的标志。

　　 图3为8#消化池启动阶段沼气中甲烷含量的变化。从9月29日开始, 8#消化池率先进泥。3d后, 8#消化池沼气甲烷含量达到40%。从第5天开始, 沼气中甲烷含量稳定在60%左右。热水解系统运行稳定, 确保消化池进泥含固量基本在8%左右。随着消化池进泥量增加, 沼气产量也明显增加, 且呈线性关系, 详见图4、图5。

　　 借鉴8#消化池的启动经验, 截至2017年11月7日, B系列4座消化池完成全部启动。观察消化池内主要指标VFA、ALK和NH₃-N变化情况, 结果见图6, 进入11月以来, 各项指标基本趋于稳定。VFA均低于2 000 mg/L, ALK为10 000~12 000mg/L, NH₃-N为2 500~3 000 mg/L, VFA/ALK<0.3。从2017年12月开始, 污泥处理中心转入稳定运行阶段。

　　 衡量污泥处理中心运行情况, 消化系统的运行是关键环节。对于消化系统, 拟从设计参数、国家/行业标准、同类项目运转三方面进行比较。选取运行数据为2017年12月~2018年6月运行数据。

　　 对比时间段内, 污泥处理中心平均处理量为564t/d (以含水率80%计) , 较设计处理量918t/d要少30%。分析处理量较少的原因, 主要是由于本厂板框滤液处理系统—“红菌”系统正在调试, 板框滤液COD、氨氮较高, 对现况一期再生水厂冲击负荷较大;另一方面的原因是为优化污泥处理中心经济运行, 外接污泥优先调配到先期投运的其他污泥处理中心。因此, 设计规模为1 836t/d的污泥中心, 暂时投运一半的处理设施, 即918t/d。

　　 从处理量变化 (见图7) 看, 2018年5月中旬开始, 处理量已经提升到800t/d, 个别时段处理量已经超过设计处理量。

　　 由图8可知, 消化池进泥有机分在54.02%~73.26%, 平均进泥有机分为65.6%。4座消化池平均有机物降解率为49.54%。进入2018年6月以来, 随着进泥有机分略微降低, 消化池有机物降解率有下降趋势, 但基本维持在42%左右。

　　 实际运行现状与设计参数对比结果见表1。现况消化系统性能稳定, 实现并超过设计有机物降解率。现状处理泥量要少于设计处理泥量, 待“红菌”系统调试完成后和二期再生水厂建成后, 再提升处理泥量, 进一步测试处理能力。

　　 由图9可见, 运行期间的沼气产率为0.75~1.4m³/kgVSS, 平均值为1m³/kgVSS。数值波动较小, 比较稳定。

　　 运行数据与行业标准规范对比结果见表2, 本项目中有机物分解率、沼气产率均优于上海市工程建设规范和国家行业标准。虽然沼气中甲烷含量与进泥成分相关, 但从实际运行数据 (图10) 比较看, 甲烷含量为50%~70.3%也在标准规范范围内。

　　 选取近年来国内投产运行的大中型厌氧消化系统进行对比, 结果见表3。根据有机物降解率和沼气产率, 可看出本项目主要运行指标较好。

　　 本项目, 设计处理泥量以外接车载污泥为主。外接污泥处理量如图11所示, 从实际运行数据看, 外接污泥平均占比超过90%。由于外接污泥均为污水处理厂脱水后污泥, 进入中心后, 需经热水解预处理, 方可进入消化系统。但是, 由于外接污泥来自各个污水处理厂, 其污水和污泥处理工艺差异较大, 导致污泥有机分、含砂量、含渣量有波动, 对于污泥处理中心来说, 尤其需注意含渣量的影响。

　　 含渣量较多, 导致热水解等预处理工艺段出现仪表、泵和管线堵塞。由于本项目污泥接收、污泥热解等均为密闭环节, 对于浮渣堵塞管线问题, 一方面采取加水进行污泥稀释, 改善污泥流动性, 减少堵塞发生;另一方面, 堵塞严重情况下, 进行设备停机清理。加水进行污泥稀释, 虽然能暂时减缓堵塞状况, 但是, 由于加水降低了污泥含固量, 导致系统水力负荷加大, 有机负荷减少, 会降低后继消化系统的效率。设备停机清理, 也会影响整体处理能力。

　　 针对堵塞情况, 建议在实际生产中, 一是通过固定仪表、设备、管线检修维护周期来预防堵塞的发生;二是建议增加关键设备、关键备件的备用量;三是增设反冲管线, 以实现自动化管线反冲功能;四是有条件的情况下, 外运污泥的污水处理厂在其脱水段增设除渣、除砂装置。

　　 传统中温厌氧消化, 是采用外热源供给消化池加热, 尤其冬季, 需要大量热源来维持消化池内温度。而本项目采用的热水解预处理工艺 (热水解工艺要求在165℃蒸汽中进行污泥蒸煮) , 需关注污泥换热降温。尤其夏季, 要密切关注换热器换热效率。

　　 建议根据不同季节, 制定换热器的清理周期;在循环水管路上增设过滤器, 方便管道清洗;考虑设置紧急冷却系统, 以提升温度应急控制能力。

　　 本项目, 按照工艺流程分为热水解、消化、板框和滤液处理4个子系统。其中, 热水解系统是前提。在实际启动调试过程中, 因极为重视热水解和消化系统, 极易忽略滤液处理系统。

　　 运行期间测试, 板框滤液中氨氦和COD情况如图12所示。

　　 由图12可知板框滤液中氨氮、COD含量较高。氨氮平均值为2 232mg/L, COD平均值为2 735mg/L, 不单独处理直接排到再生水处理厂, 氨氮和COD对于生物处理将是极大的挑战。

　　 本项目设计的滤液处理系统是采用北排自主研发“红菌”技术处理。但由于“红菌”系统培养调试需要时间, 实际“红菌”系统的调试运行略滞后于热水解、消化和板框系统的运行, 导致调试期间, 配套再生水厂因进水水质面临风险。

　　 针对这种情况, 建议类似污泥处理中心在运行调试之前, 先期做好滤液处理系统的调试与接种培养, 以降低配套再生水厂的运行风险。

　　 高安屯污泥处理中心项目采用热水解-厌氧消化-板框脱水工艺, 自2017年9月运行以来, 整体运行稳定。处理外接污泥占总处理量的90%以上;采用先进的热水解预处理系统, 安全稳定高效;污泥厌氧消化, 有机物分解率和沼气产量稳定。实现了集中式污泥处理中心污泥减量化和资源化的功能设置目标。