7.3 污泥消化

Ⅰ 一般规定

7.3.1 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、管理方便的污泥消化工艺，可采用污泥厌氧消化或好氧消化工艺。
7.3.2 污泥经消化处理后，其挥发性固体去除率应大于40％。

Ⅱ 污泥厌氧消化

7.3.3 厌氧消化可采用单级或两级中温消化。单级厌氧消化池(两级厌氧消化池中的第一级)污泥温度应保持33℃～35℃。
    有初次沉淀池系统的剩余污泥或类似的污泥，宜与初沉污泥合并进行厌氧消化处理。
7.3.4 单级厌氧消化池(两级厌氧消化池中的第一级)污泥应加热并搅拌，宜有防止浮渣结壳和排出上清液的措施。
    采用两级厌氧消化时，一级厌氧消化池与二级厌氧消化池的容积比应根据二级厌氧消化池的运行操作方式，通过技术经济比较确定；二级厌氧消化池可不加热、不搅拌，但应有防止浮渣结壳和排出上清液的措施。
7.3.5 厌氧消化池的总有效容积，应根据厌氧消化时间或挥发性固体容积负荷，按下列公式计算：

 式中：t_d——消化时间，宜为20d～30d；
          V——消化池总有效容积(m³)；
          Q_o——每日投入消化池的原污泥量(m³／d)；
          L_v——消化池挥发性固体容积负荷[kgVSS／(m³·d)]，重力浓缩后的原污泥宜采用0.6kgVSS／(m³·d)～1.5kgVSS／(m³·d)，机械浓缩后的高浓度原污泥不应大于2.3kgVSS／(m³·d)；
          W_s——每日投入消化池的原污泥中挥发性干固体重量(kgVSS／d)。

7.3.6 厌氧消化池污泥加热，可采用池外热交换或蒸汽直接加热。厌氧消化池总耗热量应按全年最冷月平均日气温通过热工计算确定，应包括原生污泥加热量、厌氧消化池散热量(包括地上和地下部分)、投配和循环管道散热量等。选择加热设备应考虑10％～20％的富余能力。厌氧消化池及污泥投配和循环管道应进行保温。厌氧消化池内壁应采取防腐措施。
7.3.7 厌氧消化的污泥搅拌宜采用池内机械搅拌或池外循环搅拌，也可采用污泥气搅拌等。每日将全池污泥完全搅拌(循环)的次数不宜少于3次。间歇搅拌时，每次搅拌的时间不宜大于循环周期的一半。
7.3.8 厌氧消化池和污泥气贮罐应密封，并能承受污泥气的工作压力，其气密性试验压力不应小于污泥气工作压力的1.5倍。厌氧消化池和污泥气贮罐应有防止池(罐)内产生超压和负压的措施。
7.3.9 厌氧消化池溢流和表面排渣管出口不得放在室内，并必须有水封装置。厌氧消化池的出气管上，必须设回火防止器。
7.3.10 用于污泥投配、循环、加热、切换控制的设备和阀门设施宜集中布置，室内应设置通风设施。厌氧消化系统的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 污泥气贮罐、污泥气压缩机房、污泥气阀门控制间、污泥气管道层等可能泄漏污泥气的场所，电机、仪表和照明等电器设备均应符合防爆要求，室内应设置通风设施和污泥气泄漏报警装置。
7.3.12 污泥气贮罐的容积宜根据产气量和用气量计算确定。缺乏相关资料时，可按6h～10h的平均产气量设计。污泥气贮罐内、外壁应采取防腐措施。污泥气管道、污泥气贮罐的设计，应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB 50028的规定。
7.3.13 污泥气贮罐超压时不得直接向大气排放，应采用污泥气燃烧器燃烧消耗，燃烧器应采用内燃式。污泥气贮罐的出气管上，必须设回火防止器。
7.3.14 污泥气应综合利用，可用于锅炉、发电和驱动鼓风机等。
7.3.15 根据污泥气的含硫量和用气设备的要求，可设置污泥气脱硫装置。脱硫装置应设在污泥气进入污泥气贮罐之前。

Ⅲ 污泥好氧消化

7.3.16 好氧消化池的总有效容积可按本规范公式(7.3.5-1)或(7.3.5-2)计算。设计参数宜根据试验资料确定。无试验资料时，好氧消化时间宜为10d～20d。挥发性固体容积负荷一般重力浓缩后的原污泥宜为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)。
7.3.17 当气温低于15℃时，好氧消化池宜采取保温加热措施或适当延长消化时间。
7.3.18 好氧消化池中溶解氧浓度，不应低于2mg／L。
7.3.19 好氧消化池采用鼓风曝气时，宜采用中气泡空气扩散装置，鼓风曝气应同时满足细胞自身氧化和搅拌混合的需气量，宜根据试验资料或类似运行经验确定。无试验资料时，可按下列参数确定：剩余污泥的总需气量为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总需气量为0.04m³空气／(m³池容·min)～0.06m³空气／(m³池容·min)。
7.3.20 好氧消化池采用机械表面曝气机时，应根据污泥需氧量、曝气机充氧能力、搅拌混合强度等确定曝气机需用功率，其值宜根据试验资料或类似运行经验确定。当无试验资料时，可按20W／(m³池容)～40W／(m³池容)确定曝气机需用功率。
7.3.21 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、管路及曝气器的阻力损失确定，宜为5.0m～6.0m；当采用机械表面曝气时，应根据设备的能力确定，宜为3.0m～4.0m。好氧消化池的超高，不宜小于1.0m。
7.3.22 好氧消化池可采用敞口式，寒冷地区应采取保温措施。根据环境评价的要求，采取加盖或除臭措施。
7.3.23 间歇运行的好氧消化池，应设有排出上清液的装置；连续运行的好氧消化池，宜设有排出上清液的装置。

条文说明

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。