津南污泥处理工程位于天津市津南区大孙庄,紧邻津沽污水处理厂,是天津城市基础设施建设投资集团有限公司投建的大型污泥高浓度厌氧消化集成处理循环经济示范工程,承接市内东郊、北辰、咸阳路、津沽4座污水处理厂的剩余污泥,按照国家对污泥处理处置的管理政策,选择合理的污泥处理处置方式,以保护环境为最终目标,同时最大程度地发挥工程的社会效益、经济效益和环境效益。工程设计规模为160tDS/d,工程总投资为4.5亿元,污泥处理成本为100元/t(含水率80%)。

　　 津南污泥处理处置工程以厌氧消化为核心工艺,配合高压板框脱水、热干化等处理,最终实现污泥减量化、无害化和稳定化,根据设计指标,处理后的污泥检测达标后可用于园林绿化和土地改良,真正解决了污泥的出路问题。

　　 如图1所示,本工程的核心工艺是污泥高浓度厌氧消化,消化污泥浓度(10±2)%,可极大地提高物料加热的效率和厌氧消化反应效率。通过高效厌氧消化,将剩余污泥中的有机质进行降解,转化为沼气这一清洁能源,并引入复合增效微生物制剂产品和脉冲静电场破壁预处理技术对厌氧消化进行深度强化,以进一步提高整体反应效率。消化后的污泥通过板框压滤机进行脱水,并通过热干化工艺、生物淋滤技术、Annamox厌氧氨氧化生物脱氮工艺和磷回收等对污泥、消化液进行无害化处理。厌氧消化所产生的沼气经脱硫脱碳净化后,输送给供热锅炉,为污泥热干化、进泥物料加热和消化罐保温使用,实现能量自平衡。 处理后的污泥含水率可下降至40%以下。处理后污泥按照《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T 23486—2009)、《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质 》(GB/T24600—2009)中污泥控制的标准,检测达标后可应用于园林绿化和土地改良。

　　 该工艺使用的污泥为各厂含水率80%左右的剩余脱水污泥,在投入消化罐之前需要调配含水率,以确保其流动性并便于搅拌。主要包含的构筑物和设备见表1。

　　 进泥首先投入6 座污泥混合池,将20%DS的脱水污泥调配为10%DS,并经污泥泵输送至精调池进行物料加热。同时在精调池处通过天津创业环保集团研究院自主研发的专用复合增效菌制剂对消化前的污泥进行预处理,增加其中可降解有效成分的转化,提高厌氧消化反应效率。

　　 本工艺采用的中温高效厌氧消化罐为不锈钢复合结构,共16座并联运行,规格=16m,高度16 m,单池总容积3 200m³,顶部为600~800m³可调节式气柜,与罐体合建,消化池有效容积约2 500m³,消化温度(35±2)℃,停留时间22d。每座罐体上部设有污泥溢流管道,底部有循环泵1台(18.5kW)、水平和垂直搅拌电机各1台(22kW),可实现污泥的充分混合搅拌。16 座消化池设计总产气量为35 078m³/d,沼气柜与沼气压缩机实现联动,气量达到90%充满度即开启风机向脱硫装置和锅炉供气,若气量下降至10%风机则自动关闭。

　　 主要有沼气脱硫处理设施(2座干式脱硫塔、3套净化壳)、2 座沼气增压风机、1 座沼气燃烧塔。沼气设计硫化氢浓度为5 000ppm,脱硫处理后硫化氢浓度≤200ppm,精脱硫后硫化氢浓度≤45ppm。

　　 污泥厌氧消化产生的沼气经净化处理后输送至沼气锅炉房,作为2台6t沼气/天然气导热油锅炉的燃料,向污泥热干化系统供热。净化后的沼气通过锅炉前端的燃烧器进入锅炉,锅炉燃烧产生的烟气通过集束烟囱排入大气。以维持热力系统的正常运行。污泥热干化热水管道通过厂区内的热力管沟进入地下管廊,通过多级高效换热器与消化池进泥作间壁式换热,以余热完成污泥进料加热和消化罐保温。冬季需热高峰期2台锅炉同时并联运行;夏季需热低谷期1台锅炉可停炉检修。

　　 消化污泥采用高压隔膜板框脱水工艺,共设有大型板框脱水机10台,由德国某公司提供,单台设备处理量50m³/4h,脱水工段主要构筑物和设备见表2。

　　 干化车间由干化机间、干化机控制室、运泥间组成。设计进泥量346t/d,进泥含水率65%,出泥含水率为40%。总蒸发量为144.797t/d(6.033t/h),为保证工程的安全可靠性,选择2套最大蒸发量3t/h的干化机。

　　 干化设备包括:(1)干化主机2组,最大蒸发能力3t/h传热面积>215 m²;(2) 冷却(热回收)装置2套;(3)污泥输送装置2 套;(4) 管道系统及必备配件2套。

　　 干化线及干污泥料仓间排气首先经过一级化学除臭系统,系统设计添加H₂SO₄、NaOH、H₂O₂,在酸碱塔后配置二级生物除臭装置。湿污泥输送及调配间、储泥池及脱水机房输送等区域的臭气,经过湿化塔直接进入二级生物除臭装置。 单元设备见表3。

　　 整个污泥消化处理系统于2015年6月建成,从2015年7月中旬开始进入单机调试和清水联试,7月30日正式启动污泥调配和消化系统,开始对系统实施工艺加热,并分3批次向消化池投泥。到2015年12月24 日实现统中12 个消化池的投入运行。在调试过程中,采用投加天津创业环保集团研发中心自主开发的厌氧消化复合增效菌制剂等技术措施进行消化污泥的优化处理,使厌氧消化系统整体的反应效率和产气量得到了极大的提高,消化池平均在完成投泥的1~2d时间内就产出了纯度≥60%的合格沼气,同时与未投加菌剂的消化罐进行对比,可平均增加沼气产量10%~15%以上,见图2。

　　 调试过程中整个系统工艺状况表现良好,整个沼气收集处理系统的沼气管线、过滤设施、脱硫装置、沼气储罐和沼气增压风机均辅助参与运行,工艺状况表现均正常。根据污泥消化系统功能保证测试方案,功能保证测试分组按各单一消化池进行客观定量评价。测试结果表明,目前投入使用的12座消化池的平均VSS降解率均接近功能保证值要求的40%,消化处理效果基本实现了设计目标。

　　 (1)本工程采用的工艺集成度和自动化程度都是前所未有的。消化污泥含固率(10±2)%,消化罐总容积达到近40 000m³,设计日处理污泥量160~200tDS/d,同时采用可单批次处理50m³的大型高压板框脱水机10台,处理量可达3 000m³/d,以上均为国内目前同级别最大规模。

　　 (2)将污泥消化工艺与污泥干化工艺有机结合。将污泥消化产生的沼气用作污泥干化的热源,同时污泥干化处理中的余热回收用于进行消化污泥加热的污泥综合处理工艺。整体工艺热能可实现自平衡,节约干化处理能耗,最大限度地实现节能减排,污泥综合处理的运行成本仅100元/t脱水污泥。

　　 (3)工程做到一次规划,现状设施及近、后期工程的有机结合,实现了污泥调配、厌氧消化、板框脱水、沼气净化、热干化等各处理阶段在各自工段调试验收后第一时间投入运行,最大限度地缩短了整体调试周期,发挥了工程效用。

　　 (4)工程中大量采用再生水、污水处理厂初沉和回流污泥进行污泥的调配,冲洗水、冷却水、PAM加药系统用水全部采用再生水,充分节约用水。

　　 (5)在整体工艺中大量使用了高效能换热装置,尤其对于厌氧消化这类要求温度相对恒定、热负荷变化快、变化量较大的场合,一方面极大地节省了工艺整体能耗,同时在锅炉稳定运行及其启动保护、消化池供热温度精确控制、系统运行可靠性等方面具有众多优点。该工艺目前已实现能量自平衡,可为今后同类型工艺模式提供参考。