7.3 污泥消化

Ⅰ 一般规定

7.3.1 规定污泥消化可采用厌氧消化或好氧消化两种方法。
    应根据污泥性质、环境要求、工程条件和污泥处置方式，选择经济适用、管理便利的污泥消化工艺。
    污泥厌氧消化系统由于投资和运行费用相对较省、工艺条件(污泥温度)稳定、可回收能源(污泥气综合利用)、占地较小等原因，采用比较广泛；但工艺过程的危险性较大。
    污泥好氧消化系统由于投资和运行费用相对较高、占地面积较大、工艺条件(污泥温度)随气温变化波动较大、冬季运行效果较差、能耗高等原因，采用较少；但好氧消化工艺具有有机物去除率较高、处理后污泥品质好、处理场地环境状况较好、工艺过程没有危险性等优点。污泥好氧消化后，氮的去除率可达60％，磷的去除率可达90％，上清液回流到污水处理系统后，不会增加污水脱氮除磷的负荷。
    一般在污泥量较少的小型污水处理厂(国外资料报道当污水厂规模小于1.8万m³/d时，好氧消化的投资可能低于厌氧消化)，或由于受工业废水的影响，污泥进行厌氧消化有困难时，可考虑采用好氧消化工艺。
7.3.2 规定污泥消化应达到的挥发性固体去除率。
    据有关文献介绍，污泥完全厌氧消化的挥发性固体分解率最高可达到80％。对于充分搅拌、连续工作、运行良好的厌氧消化池，在有限消化时间(20d～30d)内，挥发性固体分解率可达到40％～50％。
    据有关文献介绍，污泥完全好氧消化的挥发性固体分解率最高可达到80％。对于运行良好的好氧消化池，在有限消化时间(15d～25d)内，挥发性固体分解率可达到50％。
    据调查资料，我国现有的厌氧或好氧消化池设计有机固体分解率在40％～50％，实际运行基本达到40％。《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918规定，污泥稳定化控制指标中有机物降解率应大于40％，本规范也规定挥发性固体去除率应大于40％。

Ⅱ 污泥厌氧消化

7.3.3 规定污泥厌氧消化方法和基本运行条件。
    污泥厌氧消化的方法，有高温厌氧消化和中温厌氧消化两种。高温厌氧消化耗能较高，一般情况下不经济。国外采用较少，国内尚无实例，故未列入。
    在不延长总消化时间的前提下，两级中温厌氧消化对有机固体的分解率并无提高。一般由于第二级的静置沉降和不加热，一方面提高了出池污泥的浓度，减少污泥脱水的规模和投资；另一方面提高了产气量，减少运行费用。但近年来随着污泥浓缩脱水技术的发展，污泥的中温厌氧消化多采用一级。因此规定可采用单级或两级中温厌氧消化。设计时应通过技术经济比较确定。
    厌氧消化池(两级厌氧消化中的第一级)的污泥温度，不但是设计参数，而且是重要的运行参数，故由原规范中的“采用”改为“保持”。
    有初次沉淀池的系统，剩余污泥的碳氮比大约只有5或更低单独进行厌氧消化比较困难，故规定宜与初沉污泥合并进行厌氧消化处理。“类似污泥”指当采用长泥龄的污水处理系统时，即便不设初次沉淀池，由于细菌的内源呼吸消耗，二次沉淀池排出的剩余污泥的碳氮比也很低，厌氧消化也难于进行。
    当采用相当于延时曝气工艺的污水处理系统时，剩余污泥的碳氮比更低，污泥已经基本稳定，没有必要再进行厌氧消化处理。
7.3.4 规定厌氧消化池对加热、搅拌、排除上清液的设计要求和两级消化的容积比。
    一级厌氧消化池与二级厌氧消化池的容积比多采用2:1，与二级厌氧消化池的运行控制方式和后续的污泥浓缩设施有关，应通过技术经济比较确定。当连续或自控排出二级消化池中的上清液，或设有后续污泥浓缩池时，容积比可以适当加大，但不宜大于4:1；当非连续或非自控排出二级消化池中的上清液，或不设置后续污泥浓缩池时，容积比可适当减小，但不宜小于2:1。
    对二级消化池，由于可以不搅拌，运行时常有污泥浮渣在表面结壳，影响上清液的排出，所以增加了有关防止浮渣结壳的要求。本条规定的是国内外通常采用的方法。
7.3.5 规定厌氧消化池容积确定的方法和相关参数。
    采用浓缩池重力浓缩后的污泥，其含水率在96％～98％之间。经测算，当消化时间在20d～30d时，相应的厌氧消化池挥发性固体容积负荷为0.5kgVSS/(m³·d)～1.5kgVSS/(m³·d)，沿用原规范推荐值0.6kgVSS/(m³·d)～1.5kgVSS/(m³·d)，是比较符合实际的。
    对要求除磷的污水厂，污泥应当采用机械浓缩。采用机械浓缩时，进入厌氧消化池的污泥含水率一般在94％～96％之间，原污泥容积减少较多。当厌氧消化时间仍采用20d～30d时，厌氧消化池总容积相应减小。经测算，这种情况下厌氧消化池的挥发性固体容积负荷为0.9kgVSS/(m³·d)～2.3kgVSS/(m³·d)。所以规定当采用高浓度原污泥时，挥发性固体容积负荷不宜大于2.3kgVSS/(m³·d)。
    当进入厌氧消化池的原污泥浓度增加时，经过一定时间的运行，厌氧消化池中活性微生物浓度同步增加。即同样容积的厌氧消化池，能够分解的有机物总量相应增加。根据国外相关资料，对于更高含固率的原污泥，高负荷厌氧消化池的挥发性固体容积负荷可达2.4kgVSS/(m³·d)～6.4kgVSS/(m³·d)，说明本条的规定还是留有余地的。污泥厌氧消化池挥发性固体容积负荷测算见表26。

表26 污泥厌氧消化池挥发性固体容积负荷测算

7.3.6 规定厌氧消化池污泥加热的方法和保温防腐要求。
    随着技术的进步，近年来新设计的污泥厌氧消化池，大多采用污泥池外热交换方式加热，有的扩建项目仍沿用了蒸汽直接加热方式。原规范列举的其他污泥加热方式，实际上均属于蒸汽直接加热，但太具体化，故取消。
    规定了热工计算的条件、内容和设备选型的要求。
    厌氧消化污泥和污泥气对混凝土或钢结构存在较大的腐蚀破坏作用，为延长使用年限，池内壁应当进行防腐处理。
7.3.7 规定厌氧消化池污泥搅拌的方法和设备配置要求。
    由于用于污泥气搅拌的污泥气压缩设备比较昂贵，系统运行管理比较复杂，耗能高，安全性较差，因此本规范推荐采用池内机械搅拌或池外循环搅拌，但并不排除采用污泥气搅拌的可能性。
    原规范对连续搅拌的搅拌(循环)次数没有规定，导致设备选型时缺乏依据。本次修编参照间歇搅拌的常规做法(5h～10h搅拌一次)，规定每日搅拌(循环)次数不宜少于3次，相当于至少每8h(每班)完全搅拌一次。
    间歇搅拌时，规定每次搅拌的时间不宜大于循环周期的一半(按每日3次考虑，相当于每次搅拌的时间4h以下)，主要是考虑设备配置和操作的合理性。如果规定时间太短，设备投资增加太多；如果规定时间太长，接近循环周期时，间歇搅拌就失去了意义。
7.3.8 关于污泥厌氧消化池和污泥气贮罐的密封及压力控制的规定。
    污泥厌氧消化系统在运行时，厌氧消化池和污泥气贮罐是用管道连通的，所以厌氧消化池的工作内压一般与污泥气贮罐的工作压力相同。《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJ 141-90要求厌氧消化池应进行气密性试验，但未规定气密性试验的压力，实际操作有困难。故增加该项要求，规定气密性试验压力按污泥气工作压力的1.5倍确定。
    为防止超压或负压造成的破坏，厌氧消化池和污泥气贮罐设计时应采取相应的措施(如设置超压或负压检测、报警与释放装置，放空、排泥和排水阀应采用双阀等)，规定防止超压或负压的操作程序。如果操作不当，浮动盖式的厌氧消化池和污泥气贮罐也有可能发生超压或负压，故将原规范中的“固定盖式消化池”改为“厌氧消化池”。
7.3.9 关于污泥厌氧消化池安全的设计规定。
    厌氧消化池溢流或表面排渣管排渣时，均有可能发生污泥气外泄，放在室内(指经常有人活动或值守的房间或设备间内，不包括户外专用于排渣、溢流的井室)可能发生爆炸，危及人身安全。水封的作用是减少污泥气泄漏，并避免空气进入厌氧消化池影响消化条件。
    为防止污泥气管道着火而引起厌氧消化池爆炸，规定厌氧消化池的出气管上应设回火防止器。
7.3.10 关于污泥厌氧消化系统合理布置的规定。
    为便于管理和减少通风装置的数量，相关设备宜集中布置，室内应设通风设施。
    电气设备引发火灾或爆炸的危险性较大，如全部采用防爆型则投资较高，因此规定电气集中控制室不宜与存在污泥气泄漏可能的设施合建，场地条件许可时，宜建在防爆区外。
7.3.11 关于通风报警和防爆的设计规定。
    存放或使用污泥气的贮罐、压缩机房、阀门控制间、管道层等场所，均存在污泥气泄漏的可能，规定这些场所的电机、仪表和照明等电器设备均应符合防爆要求，若处于室内时，应设置通风设施和污泥气泄漏报警装置。
7.3.12 关于污泥气贮罐容积和安全设计的规定。
    污泥气贮罐的容积原则上应根据产气量和用气情况经计算确定，但由于污泥气产量的计算带有估算的性质，用气设备也可能不按预定的时序工作，计算结果的可靠性不够。实际设计大多按6h～10h的平均产气量采用。
    污泥气对钢或混凝土结构存在较大的腐蚀破坏作用，为延长使用年限，贮罐的内外壁均应当进行防腐处理。
    污泥气贮罐和管道贮存输送介质的性质与城镇燃气相近，其设计应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB 50028的要求。
7.3.13 关于污泥气燃烧排放和安全的设计规定。
    为防止大气污染和火灾，多余的污泥气必须燃烧消耗。由于外燃式燃烧器明火外露，在遇大风时易形成火苗或火星飞落，可能导致火灾，故规定燃烧器应采用内燃式。
    为防止用气设备回火或输气管道着火而引起污泥气贮罐爆炸，规定污泥气贮罐的出气管上应设回火防止器。
7.3.14 规定污泥气应当综合利用。
    污水厂的污泥气一般多用于污泥气锅炉的燃料，也有用于发电和驱动鼓风机的。
7.3.15 关于设置污泥气脱硫装置的规定。
    经调查，有些污水厂由于没有设置污泥气脱硫装置，使污泥气内燃机(用于发电和驱动鼓风机)不能正常运行或影响设备的使用寿命。当污泥气的含硫量高于用气设备的要求时，应当设置污泥气脱硫装置。为减少污泥气中的硫化氢等对污泥气贮罐的腐蚀，规定脱硫装置应设在污泥气进入污泥气贮罐之前，尽量靠近厌氧消化池。

Ⅲ 污泥好氧消化

7.3.16 规定好氧消化池容积确定的方法和相关参数。
    好氧消化池的设计经验比较缺乏，故规定好氧消化池的总有效容积，宜根据试验资料和技术经济比较确定。
    据国内外文献资料介绍，污泥好氧消化时间，对二沉污泥(剩余污泥)为10d～15d，对混合污泥为15d～20d(个别资料推荐15d～25d)；污泥好氧消化的挥发性固体容积负荷一般为0.38kgVSS/(m³·d)～2.24kgVSS/(m³·d)。
    在上述资料中，对于挥发性固体容积负荷，所推荐的下限值显然是针对未经浓缩的原污泥，含固率和容积负荷偏低，不经济；上限值是针对消化时间20d的情况，未包括消化时间10d的情况，因此在时间上不配套。
    根据测算，在10d～20d的消化时间内，当处理一般重力浓缩后的原污泥(含水率在96％～98％之间)时，相应的挥发性固体容积负荷为0.7kgVSS/(m³·d)～2.8kgVSS/(m³·d)；当处理经机械浓缩后的原污泥(含水率在94％～96％之间)时，相应的挥发性固体容积负荷为1.4kgVSS/(m³·d)～4.2kgVSS/(m³·d)。
    因此本规范推荐，好氧消化时间宜采用10d～20d。一般重力浓缩后的原污泥，挥发性固体容积负荷宜采用0.7kgVSS/(m³·d)～2.8kgVSS/(m³·d)；机械浓缩后的高浓度原污泥，挥发性固体容积负荷不宜大于4.2kgVSS/(m³·d)。污泥好氧消化池挥发性固体容积负荷测算见表27。

表27 污泥好氧消化池挥发性固体容积负荷测算

7.3.17 关于好氧消化池污泥温度的规定。
    好氧消化过程为放热反应，池内污泥温度高于投入的原污泥温度，当气温在15℃时，泥温一般在20℃左右。
    根据好氧消化时间和温度的关系，当气温20℃时，活性污泥的消化时间约需要16d～18d，当气温低于15℃时，活性污泥的消化时间需要20d以上，混合污泥则需要更长的消化时间。
    因此规定当气温低于15℃时，宜采取保温、加热措施或适当延长消化时间。
7.3.18 规定好氧消化池中溶解氧浓度。
    好氧消化池中溶解氧的浓度，是一个十分重要的运行控制参数。
    溶解氧浓度2mg/L是维持活性污泥中细菌内源呼吸反应的最低需求，也是通常衡量活性污泥处于好氧/缺氧状态的界限参数。好氧消化应保持污泥始终处于好氧状态下，即应保持好氧消化池中溶解氧浓度不小于2mg/L。
    溶解氧浓度，可采用在线仪表测定，并通过控制曝气量进行调节。
7.3.19 规定好氧消化池采用鼓风曝气时，需气量的参数取值范围。
    好氧消化池采用鼓风曝气时，应同时满足细胞自身氧化需气量和搅拌混合需气量。宜根据试验资料或类似工程经验确定。
    根据工程经验和文献记载，一般情况下，剩余污泥的细胞自身氧化需气量为0.015m³空气/(m³池容·min)～0.02m³空气/(m³池容·min)，搅拌混合需气量为0.02m³空气/(m³池容·min)～0.04m³空气/(m³池容·min)；初沉污泥或混合污泥的细胞自身氧化需气量为0.025m³空气/(m³池容·min)～0.03m³空气/(m³池容·min)，搅拌混合需气量为0.04m³空气/(m³池容·min)～0.06m³空气/(m³池容·min)。
    可见污泥好氧消化采用鼓风曝气时，搅拌混合需气量大于细胞自身氧化需气量，因此以混合搅拌需气量作为好氧消化池供气量设计控制参数。
    采用鼓风曝气时，空气扩散装置不必追求很高的氧转移率。微孔曝气器的空气洁净度要求高、易堵塞、气压损失较大、造价较高、维护管理工作量较大、混合搅拌作用较弱，因此好氧消化池宜采用中气泡空气扩散装置，如穿孔管、中气泡曝气盘等。
7.3.20 规定好氧消化池采用机械表面曝气时，需用功率的取值方法。
    好氧消化池采用机械表面曝气时，应根据污泥需氧量、曝气机充氧能力、搅拌混合强度等确定需用功率，宜根据试验资料或类似工程经验确定。
    当缺乏资料时，表面曝气机所需功率可根据原污泥含水率选用。原污泥含水率高于98％时，可采用14W/(m³池容)～20W/(m³池容)；原污泥含水率为94％～98％时，可采用20W/(m³池容)～40W/(m³池容)。
    因好氧消化的原污泥含水率一般在98％以下，因此表面曝气机功率宜采用20W/(m³池容)～40W/(m³池容)。原污泥含水率较低时，宜采用较大的曝气机功率。
7.3.21 关于好氧消化池深度的规定。
    好氧消化池的有效深度，应根据曝气方式确定。
    当采用鼓风曝气时，应根据鼓风机的输出风压、管路和曝气器的阻力损失来确定，一般鼓风机的出口风压约为55kPa～65kPa，有效深度宜采用5.0m～6.0m。
    当采用机械表面曝气时，应根据设备的能力来确定，即按设备的提升深度设计有效深度，一般为3.0m～4.0m。
    采用鼓风曝气时，易形成较高的泡沫层；采用机械表面曝气时，污泥飞溅和液面波动较大。所以好氧消化池的超高不宜小于1.0m。
7.3.22 关于好氧消化池加盖的规定。
    好氧消化池一般采用敞口式，但在寒冷地区，污泥温度太低不利于好氧消化反应的进行，甚至可能结冰，因此应加盖并采取保温措施。
    大气环境的要求较高时，应根据环境评价的要求确定好氧消化池是否加盖和采取除臭措施。
7.3.23 关于好氧消化池排除上清液的规定。
    间歇运行的好氧消化池，一般其后不设泥水分离装置。在停止曝气期间利用静置沉淀实现泥水分离，因此消化池本身应设有排出上清液的措施，如各种可调或浮动堰式的排水装置。
    连续运行的好氧消化池，一般其后设有泥水分离装置。正常运行时，消化池本身不具泥水分离功能，可不使用上清液排出装置。但考虑检修等其他因素，宜设排出上清液的措施，如各种分层放水装置。