digestion
污水厂名称
处理
水量 /反应 进泥 一级消化 二级消化
(104 温度 含水
m3· /℃ 率 /%消化时 投配 消化时 投配
d-1 )
间 /d率 /% 间 /d率 /%
高碑店污水厂 [ 3] 100 35 ±2 97 21.3 4.7 7.1 15
长春市西郊 污水厂 [ 4]
15 中温 95 25
第 24卷 第 22期
中 国 给 水排 水
Vol.24 No.22
2008年 11月
CHINAWATER＆ WASTEWATER
Nov.20 08
我国城市污水厂污泥厌氧消化系统的运行现状
吴 静 , 姜 洁 , 周红明 , 毕 蕾
(清华大学 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室 , 北京 100084)
沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳 。 此外 , 还
含有少量 H2 S, 一般含量为 0.5% ～ 1%。该气体腐 蚀性强 , 在沼气利用前必须去除 。
调查表明 , 目前沼气利用以燃烧供热为主 , 用于 污泥升温以及作为厂内生活用气 。 仅有 6家污水厂 采用了沼气发电 , 4家污水厂以直联式沼气风机形 式利用 。
WUJing, JIANGJie, ZHOUHong-ming, BILei
(StateKeyJointLaboratoryofEnvironmentSimulationandPollutionControl, Tsinghua University, Beijing100084, China)
调查表明 , 建成污泥厌氧消化系统但未运行的 污水厂与其处理规模密切相关 , 各种规模污水厂的 污 泥厌氧系统 建成未运 行率分别为 小型厂占
62.5%、中型厂占 14%、大型厂占 40%、超大型厂占 9%, 其中小型厂的建成未运行率最高 , 而超大型厂 则建成运行率最高 。 主要原因可能是国内超大型厂 普遍技术能力较强 , 人员配备齐全 , 管理更好 , 克服 污泥厌氧消化过程中问题的能力更强 ;另一方面 , 超 大型厂污泥厌氧消化产生的效益是巨大的 。以高碑 店污水厂为例 , 整个污泥厌氧消化系统的投资只需 7 ～ 8 a就可以全部回收 , 2003年该厂沼气利用产值 达 1 500万元 , 沼气发电可以解决厂内 20%以上的 用电[ 9] 。 突出的 经济效益能够促进 污泥厌氧消化 走入良性循环 。 中小 型厂沼气产生 的效益则小得 多 , 这是因为这些厂的沼气产率普遍低于大型和超 大型污水厂 , 大大降低了沼气产量 。 这种低产率的 现象除与来水水质和污水处理工艺有关 , 与厌氧消 化的规模和管理水平 等也有关 。 同 样由于规模效 应 , 中小型厂的沼气利用效率也较低 , 使污泥消化的 收益再受损失 。
摘 要 : 对我国 400余座城市污水厂污泥处理工艺的调查表明 , 目前采用污泥厌氧消化工艺 的仅 46家 , 主要采用浓缩 /中温厌氧 /脱水工艺 , 采用一级厌氧消化和二级厌氧消化的厂家数量接 近 , 其中仅 25家的污泥消化系统正在运行 , 沼气产量约为 14 ×104 m3 /d, 另有 6家在调试 。 污泥厌 氧消化工艺在实际应用中仍存在着较多亟待解决的问题 , 沼气产率低和利用率不高大大削弱了该 工艺的优势 。 关键词 : 城市污水厂 ; 污泥处理 ; 厌氧消化 ; 沼气
代以后 , 城市污水处理的基础设施建设才被提到日 程 , 全国城市污水处理厂数量迅速增加 。 2006 年城 市生活污水处理率达到 43.8%[ 2] 。 根据国家环境
保护 “十五 ”计划 , 到 2010年所有 城市的污水处理 率不得低于 60%, 直辖市 、省会城市 、计划单列市和 风景旅游城市的污水处理率不得低于 70%。 故在 今后一段时期 , 城市污水厂数量仍将持续增加 。
2 工艺
城市污水 厂的污泥厌氧消化系统包括污泥浓
缩 、厌氧消化 、脱水和沼气收集 、预处理与利用 。绝 大多数厂家采用中温厌氧消化工艺 。 采用一级消化 和二级消化工艺的污水厂比例接近 1 ∶1, 二级消化 的厂家略多 。污泥厌氧消化的典型工艺为 :重力浓 缩 /一级中温消化 /机械脱水 、重力浓缩 /二级中温消 化 /机械脱水 。
随着我国国民经济的高速发展以及城市化进程 的不断加快 , 城镇生活污水量也大幅增加 , 并在
1999年首次超过工业废水排放量 , 占全国污水排放 总量的 52.9%[ 1] 。近年来 , 城镇生活污水量以年均 5%的速度递增 , 已成为我国水环境的主要污染源 。
我国城市污水处理率长期偏低 , 直至 20世纪 90年
伴随城市 污水厂的兴建 , 大量城 市污泥产 生 。 2003年我国的城市污泥 (干泥 )产量估计达到 160 ×104 t。 城市污泥主要由沉砂池和初沉池产生的初 沉污泥 (含水率为 96%左右 )以及好氧生物处理单 元产生的剩余污泥 (含水率为 99.2% ～ 99.6%)组
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第 24卷 第 22期 中 国 给 水 排 水
成 。城市污泥含水率高 , 体积庞大 , 有机物含量高达 50% ～ 70%, 性质不稳定 。 由于浓缩 /厌氧消化 /脱 水工艺能同时实现污泥减量化和稳定化 , 且伴有可 回收的燃气 (甲烷 )产生 , 最终污 泥可作为 农肥回 用 , 故得到广泛应用 。 在建设部 、国家环保局 、科技 部联合发布的建城 [ 2000] 124号 《〈城市污水处理 及污染防治技术政策 〉的通知 》中更明确指出 “处理 能力 >10 ×104 m3 /d的污水二级处理设施产生的污 泥 , 宜采取厌氧消化工艺进行处理 , 产生的沼气应综 合利用 。”而 《城 镇污 水 处理 厂污 染物 排放 标准 》 (GB18918— 2002)则明确提出了 城市污泥应该进 行稳定化处理的要求 。可以预计 , 我国大部分大型
Abstract: Theresultsoftheinvestigation on sludge treatmentsystemsover400 municipal wastewatertreatmentplantsinChinashowthatonlyabout46 plantshavesludgeanaerobicdigestionsystems, mostofwhichadoptthickening/mesophilicanaerobicdigestion/dewateringprocess.Abouthalfof theplantshaveone-stageanaerobicdigestionsystemsandtheotherhalfhavetwo-stageanaerobicdigestionsystems.Forthe46 plants, only25 plantsoperatetheiranaerobicdigestionsystemsandproduceabout14 ×104 m3 biogas/d, theother6 plantscommissiontheirsystems.Therearesomeurgentproblems forthesludgeanaerobicdigestion.Thelowbiogasyieldandutilizationratecounteractsomeadvantagesof thesludgeanaerobicdigestion. Keywords: municipalwastewatertreatmentplant; sludgetreatment; anaerobicdigestion; biogas
② 运行费用不足 。 由于我国现阶段仍处于污 水处理设施运营由政府负担向市场经济机制过渡的
阶段 , 部分污水厂的运行费用不能保证整个系统正 常运转 , 所以往往污泥处理设施被搁置 。
③ 存在 消防隐患 。 有 的污水厂离 居民区太 近 , 消防安全问题导致污泥厌氧消化系统未能运行 。
其中 , 厌氧消化工艺操作复杂和缺乏运行资金 是系统未运行或停运的主要原因 。
二级污水处理厂均将建设并运行污 泥厌氧消化系
统 。为了解目前我国城市污水厂污泥厌氧消化装置 的运行和沼气利用情况 , 以电话访问 、文献收集 、现
场调研等方式对全国 400余座城市污水厂进行了全 面调查 。
1 概况
截至 2005年 10 月 , 在被调查的 400余座城市 污水厂中 , 仅有 46家 建有或在建污 泥厌氧消化系 统 , 其中 25座运行 , 6座正在建设或调试 , 15座虽建 成但未运行或停运 。 采用污泥厌氧消化工艺的污水 厂的处理能力为 (2.5 ～ 100)×104 m3 /d, 其中小型 污水厂 (处理能力 <5 ×104 m3 /d)8座 , 中型污水厂 [ 处理能力为 (5 ～ 10)×104 m3 /d] 7座 , 大型污水厂 [ 处理能力为 (10 ～ 40)×104 m3 /d] 20座 , 超大型污 水厂 (处理能力 ≥40 ×104 m3 /d)11座 。 污泥厌氧 消化系统未运行或停运的污水厂包括小型厂 5座 、 中型厂 1座 、大型厂 8座 、超大型厂 1座 。
4
0
0
杭州四堡污水厂
33 ～
(Ⅰ 期 )[ 5、6]
40 35
97 16.7
6
8.3 12
杭州四堡污水厂 (Ⅱ 期 )[ 5]
40
33 ～ 35
97
20Leabharlann 500潍坊市污水 处理厂 [ 7]
17 35
20 5 0 0
郑州市污水厂 [ 8] 40 35 ±1 96 20 5
7 15
3 沼气 的产生与利用
25座运行的污泥厌氧消化装 置中大部分的沼
气产量都未计量 。 高碑店等 8家污水厂的计量结果 表明 , 城市污水厂的沼气产率为 4 ～ 14 m3 /m3 污泥 , 平均为 7.5 m3 /m3 污泥 。我国城市污水厂的污泥产 率为 23 ～ 70 m3 污 泥 (含 水率为 96%)/104 m3 污 水 , 平均为 35.9 m3 污泥 /104 m3 污水 , 合 1.4 t干污 泥 /104 m3 污水 。按平均污泥产率计算 , 已建运行的 25座污水厂处理水量为 (513 ～ 543)×104 m3 /d, 大 约可以产生沼气 14 ×104 m3 /d。