陕西西安市第五污水处理厂卵形消化池采用单级中温厌氧消化工艺,具有搅拌水力条件好、能耗低、消化效率高和运行成本较低等特点。该厂消化池于2013年8月启动调试，迄今已进入稳定运行期。介绍了卵形消化池的启动调试过程，统计分析了卵形消化池的主要运行数据和试运行期间出现的问题及解决方案，以供其他类似污水处理厂污泥消化系统设计和运行管理时参考。
1、工程概况
西安市第五污水处理厂一期工程设计规模为20×104m3/d，采用改良A2/O二级生物处理工艺，污泥处理采用浓缩、中温厌氧消化和机械脱水工艺(见图1)。其中厌氧消化采用单池容量为12000m3的双曲线、无粘结预应力张拉结构的卵形消化池，共3座，其总高为53m，地下部分深为4m，最大内径为43m。
该工程于2012年5月建成，2013年8月正式启动调试。
图1污泥处理工艺流程
2、调试阶段
2.1单机调试
包括搅拌器调试、燃烧器调试、沼气锅炉系统调试、干式脱硫和湿式脱硫系统调试等。
2.2消化池系统整体调试
2013年8月1日，在消化池保持一半清水的情况下，开始对1#消化池进行加热(以柴油为燃料)。待水温达到35℃后，于8月7日开始进泥。至进泥液位达到池顶溢流位置，于8月25日开启搅拌器。这样可缩短投泥时间，减少爆炸性气体存在时间。
因1#消化池已经有污泥外溢，为最大限度节约能量，直接将此部分污泥接入到2#消化池，同时因天气温度适宜，9月1日2#消化池开始进生泥。
经对消化池所产生沼气进行持续分析，8月17日1#消化池所产生的沼气已经可以满足燃烧条件，但是产气量不足以供应沼气锅炉，同时干式脱硫塔的脱硫效果还在检测中。
9月3日已初步认为1#及2#消化池沼气达到燃烧条件，干式脱硫塔后的气体含硫量也减少到满足锅炉运行的条件。9月17日，沼气锅炉顺利投入运行，并持续给进泥加热。9月18日1#消化池的溢流污泥不再进入2#消化池，而是进入3#消化池。9月25日2#消化池液位达到溢流液位，溢流污泥直接接入3#消化池，同时2#消化池顶部的搅拌器开始运行。9月28日开始对3#消化池进行循环加热。
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10月7日3#消化池进生泥。10月12日，1#、2#消化池的溢流污泥不再进入3#消化池，而是直接溢流到2#储泥池，经污脱车间离心机脱水后运出。10月15日3#消化池的搅拌器开启。
沼气中的甲烷(CH4)与空气混合浓度达到5%~15%(体积分数)时，遇明火或700℃以上的热源即发生爆炸。在消化池的气相、沼气柜以及沼气管道中，随着消化污泥的培养，甲烷从无到有，浓度从低到高，必然会经过5%~15%这一浓度区间(常称“爆炸区间”),所以在消化污泥培养之前应进行氮气置换。对于第五污水处理厂的规模，应采用液氮罐车进行氮气置换，并采用连续置换的方式，沿沼气工艺流程顺向吹入氮气，将系统中的氧气推出。
3、监测化验项目及测试方法
对2013年8月—2014年4月的实际运行数据进行统计和取样检测分析。主要监测项目：消化池进泥有机分;消化池内泥样的挥发性脂肪酸、总碱度、pH、温度;消化池内气体含量，如CH4、CO2等。VFA采用蒸馏后滴定法测定，碱度采用指示剂滴定法测定，pH和温度采用玻璃电极法测定，气体含量采用四合一气体分析仪测定法测定。正常指标见表1。
表1消化池内污泥分析检测指标
4、调试及运行期间监测数据分析
4.1pH值及进泥量
图2为监测分析期间卵形消化池pH值及进泥量的变化曲线。pH值是污泥厌氧消化过程中的一个重要控制参数，其变化对产气有极大影响。
图2污水厂卵形消化池pH值及进泥量的变化曲线
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4.2酸度和碱度
图3为监测分析期间卵形消化池VFA和碱度的变化曲线。
图3卵形消化池VFA和碱度的变化曲线
由图3可知,从消化池调试开始VFA多数集中在20~250mg/L，低于相关文献(50~500mg/L)，但消化反应后的产气量(平均为7m3/m3)和甲烷含量(平均为60%)都很正常。该厂进泥量设计值为单池600m3/d，而进泥量的实际值与设计值相比偏离较大，污泥负荷较低，导致挥发酸浓度较低。
8月7日开始进泥，碱度随着进泥量的增加不断增加，8月26日消化池高位排泥，碱度值达到1293.75mg/L，直到11月13日稳定在2000mg/L左右。碱度一般控制在1500~3000mg/L。由于VFA一直较低，导致酸碱比也远低于理论值(0.1~0.3)，实际为0.025~0.12。在正常运行时，酸碱比一般小于0.3，当酸碱比>0.3时，预示着系统出现异常，造成VFA的积累，并将导致pH值<6.5。
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4.3TS和VSS
图4为卵形消化池TS和VSS的变化曲线。
图4卵形消化池TS和VSS的变化曲线
由图4可以看出,污水厂卵形消化反应1#池TS为10.17~45.73mg/L，平均值为17.40mg/L;2#池TS为5.49~28.8mg/L，平均值为14.99mg/L;3#池TS为6.46~29.09mg/L，平均值为15.25mg/L。1#池VSS最大值为64.93mg/L，最小值为30.8mg/L，平均值为46.86mg/L;2#池VSS最大值为64.59mg/L，最小值为28.86mg/L，平均值为46.13mg/L;3#池VSS最大值为61.55mg/L，最小值为38.02mg/L，平均值为46.03mg/L。
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4.4气体成分
卵形消化池气体成分变化曲线见图5。
图5卵形消化池气体成分变化曲线
由图5可以看出,在消化池运行稳定期间，甲烷含量为55%~70%，二氧化碳含量为28%~36%，氧气含量保持在1%左右。该厂卵形消化池的沼气成分比较正常和稳定。
在卵形消化池运行期间，污泥负荷较低，对于厌氧产甲烷过程，重要的是挥发酸浓度，因为挥发酸浓度基本在正常范围内，所以产气比较正常。
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5、存在的问题以及对策
5.1进水水质
第五污水处理厂实际进水水质见表2。
表2进水水质对比
由表2可以看出：实际进水BOD5/COD与设计值相差较大，可生化性能有所下降，同时也是导致污泥有机分相对较低的直接原因。SS远远高于设计指标，如果除砂效果不好，必将加剧设备的磨损。
5.2污泥有机物
第五污水处理厂实际运行检测的污泥有机质含量总体较低，初沉污泥有机物占39.4%,剩余污泥有机物占43.4%，混合污泥有机物仅占41.9%,这将直接影响沼气产量。为了提高产气量，应考虑提高进池污泥有机物含量。
5.3影响产气量的原因以及对策
污泥厌氧消化运行的好坏，最直观地体现在产气量上，当产气量减少时，说明系统可能出现了问题，主要原因可能有：
①pH值降低或升高
进泥量过大，VFA大量积累，pH值降低，产甲烷菌活性降低，产气量自然下降。对策:减少进泥量或不进泥，必要时可向系统注水。进泥量过小，污泥停留时间过长，碱度增大，pH值升高，产气量降低。对策是在一定的负荷内适当增大进泥量。
②有机物投配负荷太低
由于浓缩池运行不佳，浓缩效果较差，大量有机固体随浓缩池上清液流失，导致进入消化池的污泥浓度降低，即相同体积进泥的情况下有机物数量减少。此时可通过加强对污泥浓缩工艺的控制，保证达到合格的浓缩效果。
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③甲烷菌活性降低
水力负荷过大、有机物投配负荷过大、温度波动过大、搅拌不均匀、进水存在毒物等因素均可使甲烷菌活性降低，要分析具体原因，采取相应的对策。
④消化池有效容积减少
由于池内液面浮渣的积累和池底泥沙的堆积使消化池有效容积减小，整体消化效果下降，产气量也随之降低。此时应排空消化池进行清理，同时检查浮渣消除设施的运行情况和预处理设施沉砂池的除砂效率，对存在的故障及时消除。
⑤沼气泄漏
消化池和输气系统的管道或设施出现漏气现象,使计量到的产气量比实际产气量小，此时应立即查找漏点并予以修补，以防止出现沼气爆炸等重大事故。
⑥消化池内温度降低或升高
进泥量过大或加热设施出现故障使消化池内温度下降，产气量也随之降低。此时对策是把消化池内的污泥加热到规定的温度，同时减少进泥量和排泥量;进泥量过小或加热设施出现故障，产气量下降。解决方法是检查加热设施恢复正常，同时加大进泥量。
⑦搅拌不均或搅拌过度
搅拌未能使污泥颗粒与厌氧微生物均匀地混合接触，造成产气量下降。对策是搅拌设计是否合理，延长搅拌时间，增设水力搅拌或沼气搅拌;污泥颗粒在高强度的搅拌下破裂，甲烷菌群受到破坏，气量下降。对策是缩短搅拌时间，改机械搅拌为水力或沼气搅拌。
⑧营养物和微量元素不足
消化污泥菌群缺少必要的营养物和微量元素，造成菌种间的中间产物不能生成，影响后续反应，导致气量下降。对策是增加营养物和微量元素(Fe、Co、Ni)。
作者：马明华，李立军，石鑫，程晓波，张文婷，卢江畔，夏静，刘晓鹏，武少华，杜欣
(本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第6期“运行与管理”栏目)
延伸阅读：
原标题：西安市第五污水处理厂卵形消化池的调试及运行
