卵形污泥消化池及其搅拌系统的选择

　　关键词：卵形消化池 沼气 搅拌 

 

　　我国济南污水处理厂首次于1993年底建成了单池容积为10535m3的三座卵形消化池，池的结构为双向预应力浇注钢筋混凝土，内壁防腐采用氯磺化聚乙烯防腐涂料，外壁保温采用现场喷涂聚氨酯泡沫塑料，外装饰板采用菱镁挂板。但由于各方面的原因，该消化池一直没有得到很好地运行。杭州四堡污水处理厂也正建设同样体积的三座卵形消化池，上部和下部为圆台体，中间部分由半径为24m、弧度为85°的圆弧旋转而成，双向无粘结钢绞线预应力钢筋混凝土结构，池高29.3m，埋深13.6m，池壁外侧挂100mm厚聚氨脂泡沫保温材料和装饰面板，池壁内侧涂刷无毒环氧防腐涂料。济宁污水处理厂(20×10４m３/d)也正设计建设两座单池体积13000m3的卵形消化池。

　　从60年代初期起，德国就开始在大中型城市污水处理厂使用卵形消化池，单池体积多在5500～10000m3之间。奥坡(Bottrop)污水处理厂4个卵形消化池的单池体积为15000m3，并且正在设计建造单池体积为17000 m3的卵形池。

　　在日本，从70年代末开始设计建造卵形消化池，到1995年底大约有55座预应力钢筋混凝土结构的卵形消化池，单池体积为1600～12800 m3，总体积约30×10４m3以上；美国也是在70年代末开始设计和建造 卵形消化池，到1995年大约有61座卵形消化池，最大单池体积约11350m3。

　　卵形消化池的大小与建造费用存在着一定的关系。为了保证整个污水处理厂连续安全地运行，一个厂至少要建2座中型或大型消化池。随着卵形消化池单池体积的增大，建造的单位费用也随之降低。卵形消化池体积大小与建造费用的关系见图1，图中V为单池体积，横坐标log(V总)为建造总容积的对数值，纵坐标Cn/C3为任一大小的卵型消化池每m3的建造费用Cn与单池体积V=3 000m3的卵型消化池每m3的建造费用C3的比值。

　　从图1看出，如果一个单池体积12000m3的卵形消化池的建造费用为100%，建造2个同样形状单池体积6000m3消化池的费用即为103%，建3个单池体积4000m3的费用为109%，建4个单池体积3000m3的费用为112%。

 

　　消化池设计和运行中另一重要问题是搅拌系统的选择，良好的搅拌必须满足下列要求：

　　① 维持进料污泥和池内活性生物菌落之间的均匀分配；

　　② 稀释池内产酸生物反应的最终产物，防止对微生物生长不利因素的出现；

　　③ 有效稀释污泥基质中的有毒和抑制生物反应的有害物质；

　　④ 消化池的体积能够得到有效利用。

　　为了达到这些目标，人们多年来对搅拌系统和消化池的形状结构进行了广泛的开发和研究。虽然有时不同的搅拌方式可产生同样的搅拌效果，但是能耗和维修费用有较大的差异。污泥消化池常用的三种搅拌方式是：沼气搅拌、机械搅拌(包括常规的单纯螺旋桨式搅拌和池中间带一垂直导流管的机械搅拌)和污泥循环搅拌。

　　沼气搅拌是将在消化池上部收集的一部分沼气经压缩机压缩后，再经消化池内的喷嘴或气体喷管从消化池底部喷入池内，它的搅拌作用是通过气体向上的流动来实现的。池中间带一垂直导流管式机械搅拌系统，是在消化池顶部的回流管上安装一搅拌器，搅拌器开启时，消化污泥可以在导流管内外向上或向下混合流动，由于它特殊的结构(如德国Halberg公司生产的MFS1—8系列型搅拌器)，搅拌效果好，池面浮渣和泡沫少。污泥循环系统搅拌是从消化池上部和底部的某一位置引出污泥，然后从池内的另一个位置将污泥重新打回池内。

　　根据国内污水处理厂使用沼气搅拌的经验来看，沼气搅拌设备多，工艺复杂，能耗高，接口 密封困难。

　　卵形消化池独特的形状使其易于选择简单的机械搅拌系统，因此国内外大部分卵形消化池都使用机械搅拌。导流管式机械搅拌(见图2)因其污泥流线形与卵形池结构接近一致，更适合于卵形池的搅拌。

 

3.1 洛杉矶终点岛污水处理厂概况

　　美国洛杉矶终点岛污水处理厂位于洛杉矶南部32 km处，设计规模为114 000 m3/d，商业、生活污水和工业废水各占50%左右。此污水处理厂水处理部分包括粗格栅、曝气沉砂池、初沉池、生物曝气池、二沉池和过滤设备(1997年新增加)。从二沉池出来的活性污泥首先 在气浮池内气浮浓缩，然后再与初沉池污泥混合进入卵形中温厌氧消化池，消化后的污泥经离心脱水后最终处置。

3.2 消化池与搅拌系统

　　厂内建有4座预应力混凝土结构的卵形消化池(见表1)。每一消化池体积为5200m3，总高为31m，最大内径20m。通过变换进泥阀门的位置可以实现单级消化或两级消化；一般情况下，仅两座消化池运行，另外两座备用。

　　消化池的初级混合是通过周边沼气喷嘴喷射来实现的。来自消化池的沼气经压缩后，通过28个位于距消化池底7 m的射流喷嘴喷入消化池的污泥中。气体混合系统运行和间歇的时间约各一半。二级混合由一污泥循环泵来连续完成，它将污泥从池底打到池顶。

　　此卵形消化池的进排泥控制采用溢流方式。消化池内的污泥液面可通过排泥阀的开启保持恒定。一旦消化池内的污泥液面达到排污的高度，消化池内的加料量将与消化污泥从池底排到污泥槽的污泥量相同，排出消化污泥被输送到污泥脱水离心机。但是，此厂内的消化池运行液面比实际设计的低，这主要有两个原因：①消化池和脱水离心机之间缺少一中间污泥贮存池，这迫使污水处理厂的操作人员通过改变污泥液面来弥补消化池进泥量的波动。②在消化池中偶尔出现泡沫问题，沼气管线与泡沫收集器和喷射器之间安装位置不合适，泡沫和气体 系统经常使在线气体处理设备(如：流量计和火焰扑灭器)产生问题，所以，必须降低消化池 污泥液面以阻止泡沫流出气体管线。

　　由于卵形消化池没采用内导流循环管机械搅拌系统而采用了常规的气体搅拌系统，因此池内易于产生浮渣和泡沫。

　　卵形消化池顶部形成的浮渣是由浮渣破碎装置和沼气搅拌来清除的。气体搅拌不能有效去除浮渣；另外，由于以下几个原因使排渣口也不能使用：①打开此口时，空气和沼气的混合可能导致爆炸；②沼气和浮渣的气味污染运行环境；③排渣口的橡胶密封不一定很严密，容易发生沼气的泄露。从设备运行时起，就没有使用消化池上的排渣口，而使用U形管排出浮渣，给运行带来很大不便。

3.3 运行记录

　　卵形消化池总体上运行情况良好。1996年使用两座卵形消化池，每天消化约480m3的初级和预浓缩污泥，水力停留时间18 d，可挥发性固体减少量在50%以上，沼气产量大约为1.0m3/kg挥发性固体，消化污泥中挥发酸中和率在0.15以下。

　　运行几年以后将其中一个消化池排空维修时，消化池没有发现砂粒在池内堆积，不需维修工像进入常规柱形消化池内那样到池里面维修。由于污泥中存在机械处理段没有除去的砂粒，污泥泵和脱水机内存在一定程度的磨损，所以机械处理段对沉砂的有效去除是很重要的。

　　由于浮渣不能通过浮渣口排出，气体搅拌和浮渣破碎装置也不能防止浮渣和泡沫的形成，使卵形消化池的浮渣达15cm高，所以操作工人不得不通过位于消化池边上的人工浮渣排放口来移出浮渣。虽然如此，此浮渣层厚度比柱形消化池也要小得多(一般平底消化池内浮渣厚度可达1m以上)。

　　卵形池是今后发展的趋势，与常规消化池相比，它可有效阻止砂粒的堆积和浮渣的形成，节省投资和运行费用；卵形消化池在需较少搅拌能耗的情况下，可达到同样的污泥消化效果 。从国内外的经验来看，卵形消化池内的沼气搅拌系统也会产生运行上的许多问题，为了减少投资和增加运行的可靠性，卵形消化池可考虑采用带内导流循环管的机械搅拌方式。

 

　　［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.城市污水处理厂运行控制与维护管理［Ｍ］.科学出版社，1997.235 -312.