一种节能高效的污泥好氧消化工艺

城市污水处理厂如正常运行则每日产生的剩余污泥如何处置的问题十分突出，本文介绍的一种节能高效的新工艺可供参考。

　　深圳市中兴环境工程技术有限公司和加拿大诺曼工程公司合作，在国内新近推出了一项污泥处理专利技术——VERTADTM污泥好氧消化处理工艺（简称VD工艺）和污水处理专利技术——VERTREATTM污水好氧处理工艺（简称VT工艺）。目前在加拿大和美国已有三座采用该技术的污水处理厂投入运行。VERTAD工艺是目前最先进的好氧消化技术，通过好氧消化后污泥达到美国环保局规定第503条A级生物固体标准，A级生物固体可用作允许人体直接接触的肥料，如用作家庭花园、草坪、公园、农业和森林等肥料。

　　VD工艺深井反应器的修建深度一般为110米左右，直径为0.5～3.0米。采用常规的钻孔技术，以100.000m3／d规模的城市污水处理厂为例，只需在原有污泥处理系统中增加占地260平方米即可，建成后一方面污泥性质大为好转，同时，周边的环境也将大为改善，同时可实现无人操作自动控制，整个系统投资约2440万人民币。

1　工艺介绍

　　该工艺的核心是利用潜置于地下的竖向反应器对污泥进行超深水好氧消化。VD工艺是一个高效的高温好氧污泥消化过程，它与其它高温消化系统相比其不同之处在于将三个独立的功能区放在一个反应器进行。反应器的上部是一级反应区，包括一个同心循环管路和用于混合污泥循环的循环区。在一级反应区的下部为混合区，位于整个反应器的1/2深度处，空气由此处注入，通过空气的提升作用为内部的循环提供动力；反应器的底部为深度氧化区，底部能够提供杀死病菌如沙门氏菌和大肠杆菌等所需要的高温65℃及停留时间，从而保证污泥产品的质量。VD工艺的处理过程如下：

　　（1）阶段，空气通过进流管进入混合区上部，由于水体中的气泡和溶解氧形成一个垂直方向密度梯度，从而导致整个一级反应区实现循环;

　　（2）在这个循环建立并稳定后，将空气进入点移到混合区的下部，未处理的污泥则通过进流管进入反应器中并进行循环，其进流管在进气口上方；

　　（3）由于高的水位压力，根据亨利定律，从而保证水中的高的氧气传递速率和混合液中具有很高的溶解氧，从而有效保证一级反应区和深度氧化区所需要的溶解氧；

　　（4）反应器内循环的混合液体当到达反应器顶部的接触池时，混合液中含有废气的气泡将释放出来，释放出来的废气进入生化过滤器过滤后排放，去掉这些气体对于系统的运行是非常重要的；

　　（5）混合区中比例很小的一部分从混合区进入下部深度氧化区，在这个区域内溶解氧含量极高，停留时间较长，污泥中剩余有机成分全在此处被高度氧化，同时所含的溶气也有利于后续产物池内的固液分离。在此过程中最关键和最重要的特点是在这个过程中随着有机物的氧化，污泥温度不断升高，并利用周围良好的保温环境使反应器内的温度得到稳定并维持在一定水平（65摄氏度）；

　　（6）消化后污泥以极快的速度（2m/s）被抽到位于地表的分离池，由于速度很快从而保证不会在反应器的内部产生沉淀情况，同时在污泥向地表的流动过程中，由于快速的减压，形成了充分充氧的低密度的絮体。使其在分离池中产生浮选作用，顶部被浮选出来的污泥其浓度将达到含泥率10%。底部的液体则回到水处理系统中；

　　（7）污泥经脱水后可得到含固率大于30%的便于运输的泥饼肥料。

2 VD污泥处理技术与传统的厌氧和好氧污泥处理工艺相比较

　　VD污泥处理技术与传统的厌氧和好氧污泥处理工艺相比，具有以下优点：

　　（1）总投资比传统工艺省；

　　（2）占地少，本系统结构非常紧凑，占地面积小；

　　（3）处理效果好。在处理过程中，能在四日的停留时间内使挥发性固体减少40%～50%。经处理后的出厂污泥可达到美国EPA中A级标准。污泥经脱水后，可以直接用作土壤肥料，彻底解决污泥的最终处置问题；

　　（4）运行费用为传统高温好氧消化的一半以下，去除每千克可挥发固体是动力需求为1.4kw.h；

　　（5）对消化后的污泥，只需要加少量的有机絮凝剂进行污泥脱水可使污泥含水率降至65～70％，这样可以降低运输和处理费用。

　　（6）环境影响小，采用VD污泥处理工艺，异味气体和挥发性有机物的排放量很低，同时较低的空气需要量及独特的设计可以减少泡沫的产生；

　　（7）在气候非常恶劣的地方，或为了同周边环境相协调时，可以将该系统设置于封闭的建筑物之内；

　　（8）维修管理方便，并可以通过自动控制，实现无人值守；

　　（9）使用价格不高的热交换器，即可实现过程的热量回收（收回的热量可用来采暖），而不需要象厌氧消化那样配置价格昂贵的气体净化装置和专用锅炉。

　　下图为VD工艺流程图：

3　构筑物

　　按上述工艺，现有100000m3／d污水处理厂剩余污泥处理的构筑物一览表如下：

序号  项目名称          规格尺寸    单位 数量    备注

1      贮泥池       15.0×12.0×5.5m 座   2    利用原有设施

2      进料罐       5.0×5.0×3.0m   座   1    钢筋砼，新建

3    池顶接触池     7.3×7.3×4.0m   座   1    钢筋砼，新建

4      浮选池       14.6×3.7×4.0m  座   1    钢筋砼，新建

5   废气生化滤池    9.8×9.8×4.0m   座   1    钢筋砼，新建

6    污泥调节池    3.3×1.75×1.5m   座   1    利用原有设施

7    空压机房       4.0×6.0×4.0m   座   1    砖混，新建
 
8    脱水机房      12.0×6.0×4.0m   座   1    利用原有设施
 
9  电器及控制室    4.0×8.0×4.0m    座   1    利用原有设施

10 VD反应器           φ3.5×107m    座   1    钢筒结构，新建
 
　　相应的主要设备如下：

序号    名称                        规格型号                                             数量            备注

1      进料泵             Q＝55m3／h，H＝6m，N＝2.2kw          2台           一用一备，原有设备

2      离心预浓缩机      Q＝55m3／h，N＝45kw                         2台          一用一备，原有设备

3     絮凝加药装置                                                                           1套             原有设备

4      热交换器

5    污泥提升泵        Q＝9m3／h，H＝8m，N＝1.5kw            2台            一用一备，

6      VERTAD反应器          φ3.5×107.0m                                   1套

7    接触池内构件                                                                              1套

8     空气压缩机                螺旋式，N＝90kw                                3套          二用一备，

9    过滤池循环泵                  离心泵                                                2套          一用一备，

10  浮选池内构件                                                                              1套

11  搅拌器                   直径300mm，N＝0.5kw                           1台

12  供泥泵                      Q＝9m3／h，H＝25m，N＝3kw         2台        一用一备，原有设备

13 离心脱水机          能力9400kg干污泥/日，出泥含水率70％ 2台       一用一备，原有设备

14 无轴螺旋输送机  能力10m3／h，长6m，N＝2.2kw              1台        原有设备

15 皮带输送机             带宽500，长5m                                           1台            原有设备

16 配套自控及相关检测仪表                                                             1套

4　新建构筑物

　　各新建构筑物介绍如下：

　　（1）T103进料罐

　　需要增设进料罐一座，尺寸为5.0×5.0×3.0米。同时设有污泥提升泵向反应器中输送污泥，污泥提升泵的流量为12m3／h，扬程为15米，其出水先进入原污泥热交换器，此污泥热交换器主要在反应器的启动时使用，通过热交换器，可在48小时内达到反应所需的高温环境，如不使用则需要花费7～10天的时间才能达到所需温度。

　　（2）T113 池顶接触池

　　设池顶接触池，放置于反应器的上部，反应器内的循环液体流经接触池，同时在接触池中将混合液中废气进行释放，为系统的运行提供必要的保证条件，接触池内部设有导流板，通过导流板能够有效地将反应中产生的废气排除。接触池尺寸为7.3×7.3×5.0米。

　　（3）T112 VERTAD消化反应器

　　根据计算，设计反应器一座，尺寸为￠3.5×107.0米，内部分为氧化区，混合区和深度氧化区，反应器内设有曝气头环行套筒等内部循环管线及空气管路，污泥进入反应器后，在启动阶段将空气从进泥口送入，随着在反应器外层环面大量气泡的进入，形成内外环面的液位差，这样在氧化区产生循环，随着循环的建立，将原污泥送入并将气体入口移到氧化区的下部即混合区，环行套管的下流速度很快，这样可以通过气体实现缓冲，以保证深度氧化区具有较高的溶解氧，并进一步为循环提供动力。反应器的出泥通过中间管道以较高的速度排出反应器，这样保证反应器内部不会出现沉淀的现象。

　　（4）C110空气压缩机房

　　设3台空气压缩机，2用1备，为VD反应器提供特殊化反应所需氧气。空压机的功率为90 KW，可根据顶部气液分离罐中溶解氧浓度控制空气压缩机的供气流量。空气压缩机房尺寸为4.0×6.0×4.0米。

　　（5）T120 浮选池

　　设1座钢筋混凝土结构的长方形浮选池，尺寸为14.6×3.7×4.0米，VD反应器的出水靠自重流入浮选池，实现泥水分离。气浮澄清池顶部污泥的含固率可达到10%。其出水回流到污水处理系统进行处理，同时在反应器的出泥进入浮选池之前先经过热交换器，通过热功当量交换器充分利用热能，产生的热水可为厂区构筑物进行供暖。

　　（6）F116废气生化过滤池

　　设1座钢筋混凝土结构的生化过滤器，尺寸为9.8×9.8×4.0米，VD反应器中产生的废气经池顶接触池从反应器中分离出来后，进入生化过滤器，减少空气中的异味，时设循环泵一台对生化过滤器内部的水进行循环冷却，并设热交换器一台，一方面用于冷却，同时将产生的热量可用于室内采暖等用途。通过废气生化过滤池，能大大降低整个污泥处理区的异味，同时大为改善周边环境和工作环境。

5　工程投资估算

　　工程投资估算如下表：

序号 项目 分项价格（万元） 总价

国外部分（USD）

国内部分（RMB）

1 VD反应器 143.0 190.0 按1美元＝8.3元人民币计算

2 浮选池 21.0 37.0

3 生化过滤器 27.7

4 深井施工及安装工程 161

5 自控系统 24.0

6 电气系统 40

7 其他土建费用 23.8

8 其他设备及自控电气安装工程 41.0 40.0

9 不可预见费用 20.0

总计 229.0 539.5 RMB：2440.2万元

6　技术经济分析

　　本工艺以100,000m3／d污水为例，进行了方案估算，所处理污泥量为1680m3／d（含水率为99.2%，折合干泥为13.44t／d），日耗电约4320kwh，即每m3污水增加电耗0.043kwh。对于已建成的现有10万吨级的城市污水处理厂增设一套污泥消化设施是完全必要和可行的，其脱水污泥由于达到A级标准，可安全方便地进行最后处置，避免目前污泥最后处置的二次污染。