上海白龙港污泥处理工程脱硫系统建设与运行情况

关键词:污泥 污泥消化 沼气 脱硫

上海市白龙港污泥处理工程位于浦东新区,对白龙港污水处理厂产生的污泥进行处理,白龙港污泥工程设计污泥处理能力204tDs/d,远期处理能力268 tDs/d,工程采用污泥消化加污泥干化的处理工艺,对污泥进行减量化,污泥消化产生的沼气经处理后用于维持系统运行。

1 主要概况

上海市白龙港污泥处理工程采用污泥中温厌氧消化处理工艺,共有八座蛋形消化池,污泥经消化处理产出沼气,沼气中含有固体颗粒物杂质、硫化氢气体(H2S),硫化氢气体作为一种有毒有害物质,不仅会对设备造成腐蚀,在硫化氢浓度泄漏累积达到一定浓度下,也会使人中毒死亡,为便于对污泥消化产生的沼气进行利用,建设相应沼气处理设施来去除沼气中含有的杂质,以减少对后续使用设备的影响。工程整个

沼气处理系统设置粗过滤器、细过滤器,湿式、干式脱硫装置、稳压装置、储存气柜等主要设备,并设置沼气火炬确保运行安全,处理后沼气用于沼气锅炉,为消化系统提供能量。工艺图如图1。

沼气产生后,通过粗过滤器、细过滤器,去除沼气中含有的固体颗粒杂质,后进入脱硫设施,去除沼气中含有的大部分硫化氢,使沼气达到使用要求,并对产生的沼气进行稳压、储存,以利于沼气在实际中的利用,设置沼气火炬,对多余沼气燃烧后排放,保证系统运行安全。对污泥消化产生的沼气,系统设计参数(如表1)。

同时,系统在各消化池沼气管上设置沼气流量计、压力计,用于记录各消化池沼气产生量及气体压力;通过湿式、干式脱硫进气及出气端硫化氢浓度测定仪,检测沼气中硫化氢含量。

2 工艺特点

由于沼气中含有H2S具有巨大的腐蚀性,会对相关使用沼气设备造成严重的损害,因此在使用沼气前,必须对其中的H2S进行去除,本工程采用了湿式脱硫及干式脱硫串接工艺,采用两阶段湿法和干法沼气脱硫装置的联合运行可以使处理后的沼气内H2S的含量最小化,同时运行经济,较之国内目前多数污水厂仅采用干式脱硫一种方式相比,由于在湿式脱硫段可以去除大部分硫,使干式脱硫段的负荷极大地减轻,以使繁重的干式脱硫剂的更换工作的间隔时间大大延长,减少了运

行工作的负担。

3 运行情况

沼气处理系统在消化系统产气后运行,各个消化池产生的沼气汇聚到沼气总管后进入沼气处理系统,在运行前期,发现沼气管道内有时

有异响产生,在排除管道内有杂物可能后,认为是由于气锤现场的产生引起管道异响的可能性较大,气锤现场主要是由管道内气体的压力差异产生,污泥在消化时,根据污泥进消化池泥质影响,容易在消化池内形成浮渣层,由于浮渣层的存在,产出沼气被束缚在浮渣层,当产生的沼气冲破浮渣层进入沼气管时,使沼气进入沼气管道时压力较大,且各消化池运行状况的差异,容易引起沼气在进入沼气总管时压力波动,压力的差异引起气锤现场的产生,气锤现象对管道是非常不利的,并且作为沼气管道,也是安全运行的一个隐患,通过运行方式的改变,在日常运行中加强管理,使消化池的运行状态保持较为平稳,使消化产生的沼气压力控制在相对平稳状态,气锤现场自然也就消除。

通过整个沼气处理的工艺图,在整个沼气处理系统中,湿式脱硫和干式脱硫的效果直接体现出整个处理系统的效果,是整个沼气处理系统中的关键。

沼气经过粗、细过滤器,在去除颗粒杂质后进入湿式脱硫塔,根据工程规模,设置2套湿式脱硫系统和2套干式脱硫串联连接,沼气在进入湿式脱硫前,沼气总管分成两根支管进入两套湿式脱硫装置,标记为A套脱硫装置和B套脱硫装置。本工程湿式脱硫系统采用生化脱硫技术,主要工艺包括三个单元,包括生物洗涤塔、生物反应器、硫沉淀分离单元。含H2S的沼气进入生物洗涤塔,在塔内与混合液中碱反应从气体中脱除H2S,洗涤后的沼气排出洗涤塔。生物洗涤塔吸收液流至塔底,进入生物反应器,在反应器底部有空气布气系统,通过布气系统

提供氧气,以维持反应器中微生物将溶解的硫化物转化为单质硫,同时碱液得到生物再生,单质硫在分离器中分离,硫磺排入硫储存槽储存,从生物反应器出来的滤液循环回生物洗涤塔,以去除沼气中所含H2S。整个系统是碱洗涤塔与生物反应器相结合,并且在生物反应器重形成碱性溶液。工艺图如下。(如图2)

经过运行,在所有消化池均稳定运行的基础上,通过进入脱硫系统沼气流量计统计,日沼气处理量在略高于设计流量44512m3/日的前提下,沼气中硫化氢浓度处于3000～10000mg/Nm3的设计范围内,但随着泥质、季节等因素,沼气产生量也会产生波动。H2S进气浓度在符合合同条件下,进入A套和B套湿式脱硫装置的沼气量基本相同,A套湿式脱硫系统沼气进气量平均在23744m3/d,B套湿式脱硫系统沼气进气量平均在24423m3/d,经过湿式脱硫系统处理后:A套系统脱硫后沼气硫化氢平均含量为10ppm(最大硫化氢含量为21ppm,最小硫化氢含量为3.5ppm);B套系统脱硫后硫化氢平均含量为5.63ppm(最大硫化氢含量为9ppm,最小硫化氢为1.5ppm)。通过进出湿式脱硫系统硫化氢含量的计算:A套湿式脱硫H2S平均去除率可达到99.6%,B套湿式脱硫H2S平均去除率可达到99.8%;再经过干式脱硫后,出口未能检测到硫化氢含量。较之国内目前在运行的湿法脱硫系统中,出气效果200～300ppm相比,H2S去除率效果突出。

在本工程条件下,经湿式脱硫后,沼气硫化氢含量已达到合同要求(小于25ppm),在沼气经过湿式脱硫达到合同条件的情况下,在运行时

可超越干式脱硫,在降低运行处理费用的同时,也可把干式脱硫作为应急设施。同时,湿式脱硫系统采用的生化技术,通过生化反应产物碱度,可回用于洗涤塔,大大减少碱的消耗,相应运行成本也低于合同值,体现出系统去除率高,运行费用低的优势。虽然,整个脱硫系统取得了很好的效果,但是,对于脱硫工艺的最终产物——单质硫的处置还未得到解决,经过脱硫后,一方面产生的硫污泥量不大,另一方面用硫污泥创造经济效益受地区影响大,硫污泥的最终去向还需进一步讨论解决。

在本工程中,初沉污泥和剩余污泥进入消化池进行消化,化学污泥尚未进入,由于在污水处理阶段高效沉淀工艺使用硫酸铝产生化学污泥,该部分污泥进入消化系统后,虽然污泥量不大,但在污泥消化后沼气中硫化氢含量大幅度上升,超过合同设计值,因此暂不建议该部分污泥进入消化系统,或者改用其他药剂再进入系统进行消化,减少对脱硫系统的冲击,以便有效保护后续沼气使用设备。

4 安全建设

沼气作为易燃易爆气体,安全建设和安全运行显得尤为重要。在建设过程中,沼气管路安全性措施,如前所述,由于沼气中含有大量的H2S,因此在焊接质量不好的情况下,管道极易遭到腐蚀,出现泄漏而酿成事故,而在不锈钢焊接过程中,由于无法对每道焊缝进行酸洗、钝化处理,因此执行严格的焊接工艺非常重要,本工程采取严格的氩弧焊气

体保护焊,在管道外表进行焊接的同时,内管采取充氩气进行气体保护,以保证焊接的质量。另一方面,由于沼气自消化池中排出非常潮湿,管路中冷凝水很多,因此管道的坡度施工非常重要,否则极可能造成日后气路堵塞的严重后果,到时再破路破土返工,代价巨大,对于沼气利用系统而言,冷凝水的自动排除或收集后手动排除是很重要的,当沼气温度降低时,在所有的沼气管内均可能产生冷凝水,自动排水系统安装在过滤器和沼气柜的进出口处,其余的冷凝水排放设备必须安装在所有沼气管的最低点。火炬的设置与稳定运行是沼气系统安全的重要保障,在沼气储存气柜内沼气柜位或压力超过设定值时,系统自动启动火炬,确保系统运行安全,同时,在设有消化池顶过/负压保护、沼气柜过压及真空保护的基础上,沼气火炬增加UPS备用电源系统,即使在出现停电,用气设备无法使用的紧急情况下,仍可启动火炬,以解决停电状况下仍产出的沼气,而不是直接将其排入大气。

同时,将沼气处理区域、沼气储存区域、消化池顶部区域作为防爆区,对防爆区进行隔离,防爆区内设备选择均采用防爆设备,进出防爆区采取安全管理措施,同时做好相应的防雷装置安装。运行前,也可以选择有资质的第三方安全检测机构进行安全评估,排除安全隐患,保证运行安全。值得注意的是,沼气储存柜在安装完后,储存沼气前,需要对膜式气柜内的空气置换出来,主要方式是利用系统产生的沼气或者使用其他惰性气体,两种方案根据气柜的大小有较大的经济差异,如使用沼气进行置换,是一项危险系数较高的工作,建议由厂家专门技术人员进行。

5 结语

湿式脱硫系统硫化氢有去除效果好,运行成本低的优势,但是脱硫产物——硫污泥的处理处置受很多条件,在采用前能充分调研,妥善处理。

化学污泥进入消化系统,对前端污水处理药剂进行一定的选择,防止硫化氢含量过高,超过系统处理能力,对设备造成影响。