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污泥干化處理工程以江蘇某大型污泥處理中心為案例，從污泥處理運行中調試和運行參數為研究對象，對處理中存在的問題提出解決方案。江蘇污泥產量逐年增大，污泥處理工藝也要改進來滿足日益增長需求。該污泥處理中心位于蘇州某工業園區，處理規模1836t/d（以含水率80%計），配套再生水廠1座，處理規模20萬m3/d，是當前江蘇內最大的污泥處理中心。
截至2018年6月底，污泥處理廠設施全部建成，除A系列消化池外（消化系統分為Ａ、Ｂ兩個系列，每個系列包含４座消化池），建成設施全部投入運行，沼氣發電設備因沼氣綜合利用規劃調整，暫未安裝。再生水廠一期工程（10萬m3/d）建成投產，再生水廠二期工程預計2018年10月試運行。
2工藝流程
2.1污泥處理工藝流程
污泥處理工藝流程為熱水解-厭氧消化-板框脫水，脫水后污泥外運，用于林地綠化等。工藝流程見圖1。
污泥處理廠的進泥來源于兩部分，少量為再生水廠預脫水污泥，通過泵送入熱水解進泥緩存倉；大量為外廠裝車運輸來的污泥，卸入污泥接收倉。污泥在接收倉暫存后送入熱水解進泥緩存倉；然后進入熱水解系統進行細胞破壁。經熱水解處理的污泥，冷卻降溫后，進入污泥消化池進行厭氧消化。消化后的污泥在板框脫水機房進行脫水至含水率60％以下。消化產生的沼氣經脫硫處理后，輸送至蒸汽鍋爐房，做為燃料氣源，生產熱水解所需的蒸汽。板框脫水濾液收集后，送至“紅菌”系統處理，降解濾液中氨氮、COD等污染物，出水排入再生水廠進水提升泵房。
計劃處理的外廠運輸污泥為北苑、酒仙橋、北小河等再生水廠脫水后污泥。
2.2污水處理工藝流程
再生水廠污水收集范圍北起京順路，南至姚家園路，西起東五環路，東至溫榆河。再生水廠設計處理規模為20萬m3/d。污水采用A2/O工藝進行生化處理，再進入砂濾池進行深度處理。高品質再生水通過配水泵房，進入再生水水管網，進行綜合利用，部分出水補充景觀用水。再生水廠產生的污泥經脫水后被泵送到污泥處理廠，進行污泥處理。工藝流程見圖2。
3運行調試
3.1系統啟動
2017年9月29日，污泥處理中心項目正式啟動調試。為不影響再生水廠的正常生產，采用外廠污泥進行熱水解和消化系統的同步調試。
啟動前，消化池實施污泥接種，種泥來自其他污泥處理中心的消化污泥。接種量為消化池有效容積的36%。
消化池溫度確保38℃左右，加熱熱源為蒸汽鍋爐提供的熱水。由于沼氣還未產出，且市政天然氣外管線還未連通，前期蒸汽鍋爐的氣源采用壓縮天然氣罐車供給。
考慮消化池需要穩步提升負荷，先期啟動B系列消化池中的8#消化池。計劃待8#消化池啟動成功后，再進行其他消化池的啟動。根據計劃，為避免消化池出現酸化，嚴格控制消化池進泥量。根據消化池的每日進泥量，來計算熱水解的處理批次，進而確定每日外接最大污泥量，來確保系統平穩調試。
啟動階段，以熱水解系統穩定運行、沼氣產量增加和沼氣中甲烷含量穩定為階段性標志。
3.1.1熱水解系統
由前述工藝流程敘述可知，污泥經熱水解細胞破壁后，進入消化池進行厭氧消化。所以，首先進行熱水解系統的調試。熱水解原理是污泥在165℃和12.5kg蒸汽中蒸煮后閃爆，閃蒸后污泥溫度約105℃，需降溫，才可進入消化池。實際工藝中，是通過換熱和添加稀釋水進行降溫的。熱水解系統的調試，主要是自控測試和稀釋水比例的調整。
由于熱水解系統進料基本穩定（外接污泥含水率在80%左右；本廠污泥含水率在82%左右），穩定運轉的熱水解處理后的污泥（即消化池進泥）含固量也比較穩定。
3.1.2沼氣產量
消化系統內，甲烷菌將有機物分解，產生沼氣?？蓪⒄託獾漠a量作為消化系統調試穩定的標志。
3.1.3沼氣中甲烷含量
隨著消化系統調試開始，沼氣中甲烷含量從無到有逐漸穩定。由于沼氣中甲烷含量與處理泥質有關，在進泥泥質穩定的前提下，沼氣中的甲烷含量趨于穩定數值，可將沼氣成分中的甲烷含量作為調試穩定的標志。
3.1.4小結
圖3為8#消化池啟動階段沼氣中甲烷含量的變化。從9月29日開始，8#消化池率先進泥。3d后，8#消化池沼氣甲烷含量達到40%。從第5天開始,沼氣中甲烷含量穩定在60%左右。熱水解系統運行穩定，確保消化池進泥含固量基本在8%左右。隨著消化池進泥量增加，沼氣產量也明顯增加,且呈線性關系，詳見圖4、圖5。
借鑒8#消化池的啟動經驗，截至2017年11月7日，B系列4座消化池完成全部啟動。觀察消化池內主要指標VFA、ALK和NH3-N變化情況，結果見圖6，進入11月以來，各項指標基本趨于穩定。VFA均低于2000mg/L,ALK為10000~12000mg/L，NH3-N為2500~3000mg/L，VFA/ALK＜0.3。從2017年12月開始，污泥處理中心轉入穩定運行階段。
3.2運行分析
衡量污泥處理中心運行情況，消化系統的運行是關鍵環節。對于消化系統，擬從設計參數、國家/行業標準、同類項目運轉三方面進行比較。選取運行數據為2017年12月~2018年6月運行數據。
3.2.1與設計參數對比
3.2.1.1處理量
對比時間段內，污泥處理中心平均處理量為564t/d(以含水率80%計)，較設計處理量918t/d要少30%。分析處理量較少的原因，主要是由于本廠板框濾液處理系統—“紅菌”系統正在調試，板框濾液COD、氨氮較高，對現況一期再生水廠沖擊負荷較大；另一方面的原因是為優化污泥處理中心經濟運行，外接污泥優先調配到先期投運的其他污泥處理中心。因此，設計規模為1836t/d的污泥中心，暫時投運一半的處理設施，即918t/d。
從處理量變化（見圖7）看，2018年5月中旬開始，處理量已經提升到800t/d，個別時段處理量已經超過設計處理量。
3.2.1.2有機物降解率
由圖8可知，消化池進泥有機分在54.02%~73.26%，平均進泥有機分為65.6%。4座消化池平均有機物降解率為49.54%。進入2018年6月以來，隨著進泥有機分略微降低，消化池有機物降解率有下降趨勢，但基本維持在42%左右。
3.2.1.3小結
實際運行現狀與設計參數對比結果見表1。現況消化系統性能穩定，實現并超過設計有機物降解率?，F狀處理泥量要少于設計處理泥量，待“紅菌”系統調試完成后和二期再生水廠建成后，再提升處理泥量，進一步測試處理能力。
3.2.2國家/行業標準
3.2.2.1沼氣產率
由圖9可見，運行期間的沼氣產率為0.75~1.4m3/kgVSS，平均值為1m3/kgVSS。數值波動較小，比較穩定。
3.2.2.2小結
運行數據與行業標準規范對比結果見表2，本項目中有機物分解率、沼氣產率均優于上海市工程建設規范和國家行業標準。雖然沼氣中甲烷含量與進泥成分相關，但從實際運行數據（圖10）比較看，甲烷含量為50%~70.3%也在標準規范范圍內。
3.2.3同類項目對比
選取近年來國內投產運行的大中型厭氧消化系統進行對比，結果見表3。根據有機物降解率和沼氣產率，可看出本項目主要運行指標較好。
4問題及建議
4.1外接污泥的影響
本項目，設計處理泥量以外接車載污泥為主。外接污泥處理量如圖11所示，從實際運行數據看，外接污泥平均占比超過90%。由于外接污泥均為污水處理廠脫水后污泥，進入中心后，需經熱水解預處理，方可進入消化系統。但是，由于外接污泥來自各個污水處理廠，其污水和污泥處理工藝差異較大，導致污泥有機分、含砂量、含渣量有波動，對于污泥處理中心來說，尤其需注意含渣量的影響。
含渣量較多，導致熱水解等預處理工藝段出現儀表、泵和管線堵塞。由于本項目污泥接收、污泥熱解等均為密閉環節，對于浮渣堵塞管線問題，一方面采取加水進行污泥稀釋，改善污泥流動性，減少堵塞發生；另一方面，堵塞嚴重情況下，進行設備停機清理。加水進行污泥稀釋，雖然能暫時減緩堵塞狀況，但是，由于加水降低了污泥含固量，導致系統水力負荷加大，有機負荷減少，會降低后繼消化系統的效率。設備停機清理，也會影響整體處理能力。
針對堵塞情況，建議在實際生產中，一是通過固定儀表、設備、管線檢修維護周期來預防堵塞的發生；二是建議增加關鍵設備、關鍵備件的備用量；三是增設反沖管線，以實現自動化管線反沖功能；四是有條件的情況下，外運污泥的污水處理廠在其脫水段增設除渣、除砂裝置。
4.2污泥降溫
傳統中溫厭氧消化，是采用外熱源供給消化池加熱，尤其冬季，需要大量熱源來維持消化池內溫度。而本項目采用的熱水解預處理工藝（熱水解工藝要求在165℃蒸汽中進行污泥蒸煮），需關注污泥換熱降溫。尤其夏季，要密切關注換熱器換熱效率。
建議根據不同季節，制定換熱器的清理周期；在循環水管路上增設過濾器，方便管道清洗；考慮設置緊急冷卻系統，以提升溫度應急控制能力。
4.3系統銜接
本項目，按照工藝流程分為熱水解、消化、板框和濾液處理4個子系統。其中，熱水解系統是前提。在實際啟動調試過程中，因極為重視熱水解和消化系統，極易忽略濾液處理系統。
運行期間測試，板框濾液中氨氦和COD情況如圖12所示。
由圖12可知板框濾液中氨氮、COD含量較高。氨氮平均值為2232mg/L，COD平均值為2735mg/L，不單獨處理直接排到再生水處理廠，氨氮和COD對于生物處理將是極大的挑戰。
本項目設計的濾液處理系統是采用北排自主研發“紅菌”技術處理。但由于“紅菌”系統培養調試需要時間，實際“紅菌”系統的調試運行略滯后于熱水解、消化和板框系統的運行，導致調試期間，配套再生水廠因進水水質面臨風險。
針對這種情況，建議類似污泥處理中心在運行調試之前，先期做好濾液處理系統的調試與接種培養，以降低配套再生水廠的運行風險。
此污泥處理中心采用技術是熱水解-厭氧消化-板框脫水工藝，污泥毒性大、微生物多的特點，需要進行熱水解處理系統，此工藝是目前最為安全高效。污泥厭氧消化，有機物分解率和沼氣產量穩定。實現了集中式污泥處理中心污泥減量化和資源化的功能設置目標。
