导读：海白龙港污水处理厂位于浦东新区合庆镇朝阳村，是上海市污水治理二期工程的一个重要组成部分，2008年9月升级改造工程全部建成投产，，是亚洲最大的污水处理厂，也是世界最大的污水处理厂之一。上海市白龙港污水处理厂升级改造后总规模为200万m3/d,其污泥处理工程规模1020t/d(以含水率80%计),是目前亚洲最大的污泥处理项目。白龙港污泥处理工程在对国内外污泥处理处置经验进行分析总结的基础上,采用了浓缩中温厌氧消化、脱水干化的处理工艺,介绍了该工程的工艺选择和具体设计情况。
1工程规模
上海市白龙港污水处理厂升级改造后总规模200万m3/d,本工程污泥处理的对象是其产生的化学污泥、初沉污泥和剩余污泥,根据实际进水水质确定污泥量为204tDS/d(湿污泥量1020t/d,以含水率80%计,以下同),按照设计水质产生的污泥量为268tDS/d,浓缩脱水系统设计规模按设计水质设计,厌氧消化系统按现状水质设计并按设计水质复核,污水处理厂实际和设计进水水质见表1。
2工艺流程
污泥处理采用重力、机械浓缩 中温厌氧消化 脱水 部分干化的处理工艺,工艺流程见图1。
污泥处理工程由6个系统组成:
(1)浓缩系统。对污水处理工程产生的化学污泥、初沉污泥和剩余污泥进行浓缩处理,将污泥含固率提高到约5%,减小污泥消化池容积,降低工程造价。为达到含固率目标,初沉污泥和化学污泥采用重力浓缩,剩余污泥经重力浓缩后再进行机械浓缩。
(2)厌氧消化系统。对浓缩污泥进行中温一级厌氧消化,降解污泥中的有机物,产生污泥气供消化系统和干化系统利用,使污泥得到稳定化和减量化。
(3)污泥气利用系统。对消化产生的污泥气进行处理、储存和利用,作为污泥消化系统的污泥加热热源和脱水污泥干化处理系统的干化热源,污泥气脱硫采用生物脱硫和干式脱硫分级串联组合工艺。
(4)脱水系统。对消化污泥进行脱水,降低污泥含水率,减小污泥体积,并将脱水后的污泥输送至污泥干化处理系统进行干化处理,或直接输送至存料仓储存后外运。
(5)干化系统。利用污泥消化产生的污泥气对部分脱水污泥进行干化处理,进一步提高污泥含固率。污泥干化处理系统采用消化处理产生的污泥气作为能源,以天然气作为备用能源,污泥干化能力按在满足消化处理条件下可利用的气量确定。
(6)配套水系统。配套水系统分2部分,一部分是回用水处理系统,从污水处理排放管中取水,经混凝、前加氯、过滤、后加氯处理,提供污泥干化处理系统的冷却用水;另一部分是污泥液处理系统,对污泥处理过程中产生的污泥液,包括浓缩池上清液、离心浓缩滤液、消化池上清液、离心脱水滤液等,经调节池后水泵提升至高效沉淀池处理,去除污泥液中的磷,出水排至污水处理区进行处理。
3工程设计
3.1浓缩系统
化学污泥和初沉污泥采用重力浓缩,含水率降至95%;剩余污泥经重力浓缩,含水率降低至98.5%,再进行机械浓缩,含水率进一步降低至95%。3.1.1化学污泥和初沉污泥浓缩池设置2座化学污泥浓缩池和2座初沉污泥浓缩池,直径为25m,有效泥深为4m,化学污泥停留时间为53h,污泥固体负荷为54kg/(m2d);初沉污泥停留时间为37h,污泥固体负荷为65kg/(m2/d)。
3.1.2剩余污泥浓缩池
剩余污泥采用重力浓缩和机械浓缩工艺,重力浓缩后污泥含水率为98.5%。设置4座剩余污泥浓缩池,直径为28m,有效泥深为5m,污泥停留时间为16.9h,污泥固体负荷为35kg/(m2d)。3.1.3剩余污泥浓缩机房设置1座剩余污泥浓缩机房,5台离心浓缩机,4用1备,单台处理能力为120m3/h,功率为197kW。
3.2厌氧消化系统
3.2.1污泥匀质池
污泥匀质池设1座2格,每格平面尺寸为13m#13m,有效泥深为4.5m。
3.2.2污泥消化池
污泥消化池采用卵形结构,共设8座,单池容积为12400m3,池体最大直径为25m,垂直高度为44m,地上部分高度为32m,地下埋深为12m。8座池体的合计散热量冬季为813kW,夏季为287kW,年平均为461kW。设计污泥停留时间为24.3d,污泥气产量为44512Nm3/d,有机负荷为1.21kgVSS/(m3d),消化温度为35∃。污泥搅拌采用螺旋桨搅拌,搅拌功率为58kW,采用导流筒导流,使污泥在筒内上升或下降,并在池体内形成循环,达到污泥混合的目的,消化池设计如图2所示。
3.3污泥气利用系统
污泥气利用系统有脱硫处理设施,包括3套粗过滤器、2座生物脱硫塔、2座干式脱硫塔和3套细过滤器,4座有效容积为5000m3的干式气囊式气柜、1座沼气增压风机、3座沼气燃烧塔、1座沼气热水锅炉房和配套设施。沼气中硫化氢(H2S)浓度设计为3000~10000mg/Nm3,脱硫后的沼气中含H2S%20mg/Nm3;沼气热水锅炉房内设置3台沼气热水锅炉,冬季需热高峰期3台锅炉并联运行;夏季需热低谷期2台锅炉并联运行,1台锅炉可停炉检修。锅炉产生的热水通过热力管输送至厌氧消化系统的套管式换热器,锅炉房内水处理系统中配备有1台组合式软化水装置。
3.4脱水系统
3.4.1储泥池
2座,其中1座储泥池为现有改造,另新建1座储泥池,新建储泥池分3格,每格平面尺寸为13m#13m,有效池深为4.5m。3.4.2污泥脱水机房扩容改造污泥脱水机房原有离心脱水机5台,新增同规格离心脱水机3台,共8台,6用2备,单台处理能力为105m3/h,电机功率为222kW。
3.5干化系统
污泥干化处理系统采用流化床干化工艺,能源采用沼气,并配置天然气供应系统作备用能源。污泥干化能力按满足消化处理条件下的可利用沼气量确定,用于部分脱水污泥的干化。设置3条污泥干化线,单条干化线处理能力为1100kgDS/h,蒸发水量约2800kg/h,输入脱水污泥含水率约为75%,变化范围为72%~78%,出泥含固率为70%,可调范围为70%~90%,平均干化污泥量(污泥含水率75%~30%)为60.4tDS/d。
干化系统设计中力求降低热消耗,同时提高余热回收率。干化冷凝水余热通过热交换器和消化池前端污泥匀质池污泥进行间接换热,用于污泥消化池进泥的预加热,减少消化处理系统沼气耗用量,同时增加脱水污泥干化处理量。3.6配套水系统配套水系统包括回用水处理系统和污泥液处理系统。
3.6.1回用水处理系统
设置1座干化系统冷却水处理设施,对污水处理厂尾水进行混凝、过滤、加氯处理,处理规模300m3/h。
3.6.2污泥液处理系统
设置1座污泥液处理设施,对污泥处理过程中产生的浓缩池上清液、离心浓缩滤液、消化上清液、离心脱水滤液等污泥液进行除磷处理。
(1)污泥液调节池和提升泵房。污泥液调节池调节水量和水质,分2格,每格平面尺寸为15m#12m,有效池深为5m。经调节后污泥液由提升泵房水泵提升至高效沉淀池处理,提升泵房和污泥液调节池合建,其内设置3台潜污泵。
(2)组合式高效沉淀设施。组合式高效沉淀设施共设3池,由混凝反应区和斜管沉淀区组成,污泥液和混凝剂混合后进入混凝反应区进行混凝反应,进入斜管沉淀区进行泥水分离,水由下向上经斜管分离处理由集水槽排出,污泥下沉至池中心泥斗中外排。
4结论
(1)充分利用污泥的能源和资源。白龙港污泥工程在对国内外污泥处理处置经验进行总结的基础上,采用了能实现节能减排、循环利用的污泥处理处置最佳可行技术(BAT技术),污水污泥经过厌氧消化工艺处理,经进一步处理后可以土地利用;且将消化池污泥含固率提高至5%,减少了体积,提高了效率,使污泥得到稳定化、减量化、无害化处理,是亚洲规模最大的污泥处理工程。
(2)消化、干化有机结合,降低成本。污泥厌氧消化和干化工艺有机结合,并将污泥消化产生的沼气用于干化、污泥干化产生的余热回收用于污泥消化预加热,节约干化处理的能耗,最大限度实现了节能减排,污泥综合处理的运行成本仅120元/t。
(3)针对污泥类型设计浓缩工艺。根据工程污泥种类、特性,结合工程实际运行需要,采用了二级浓缩的方案,做到工程投资、运行成本、技术可靠性和运营管理的综合平衡。设计充分考虑实际运行,工艺流程调度灵活,处理成本较低。同时通过重力浓缩池的加盖设计和对整个污泥处理工程设置除臭系统,解决了一般污水处理厂污泥处理产生的臭气问题。
(4)污泥气处理系统灵活多样。工程对消化处理产生的污泥气采用湿式(生物脱硫)和干式脱硫相结合工艺,充分考虑国内众多污水处理厂高硫化氢浓度对整个沼气处理系统和消化处理系统产生的影响,湿式脱硫工艺也在国内污水处理厂中首次采用生物脱硫技术回收沼气脱硫用碱液,降低工程运行费用。
(5)充分利用空间,管线维护简便。污泥厌氧消化和干化工程管线众多复杂,工程设计将90%以上的管线集中敷设于地下管廊和管沟中,节约地下空间,同时利于管线的安装、检修和维护,设计通过纵横向地下管廊连接8座消化池和2座管线楼,形成一个完整有序的地下空间和垂直交通,力求建设一项现代化的污泥处理工程。
