关于优化燃煤耦合污泥发电项目污水处理系统提升运行效率的研究

关于优化燃煤耦合污泥发电项目污水处理系统提升运行效率的研究

潘辉

浙江浙能长兴发电有限公司，浙江省长兴县长兴大道99号

摘  要：“双碳”背景下，“电厂+”综合能源利用日益重要。浙能长兴发电燃煤耦合污泥发电项目将城市污泥干化后与煤粉混合燃烧，既作为发电资源，也是湖州创建“无废城市”的民生项目。为确保燃煤耦合污泥发电稳定运行，本文通过研究其重要组成部分——污水处理系统的运行方式，优化传统活性污泥法与陶瓷膜组件结合运行下产水指标与膜组件污堵控制，提升设备整体运行效率。

关键词：污泥发电；系统优化；污堵控制；无废城市

0  引言

传统活性污泥法与陶瓷膜组件结合运行时，膜组件极易堵塞，需频繁洗膜恢复其通透性。本文主要通过研究优化运行方式、改造曝气管布置、控制水处理过程参数等方式从源头上管控陶瓷膜组件污堵速率；进一步优化陶瓷膜的清洗药剂配比与清洗方式，降低陶瓷膜组件清洗频次，提升污泥干化设备整体运行效率。

1 膜组件运行优化背景

燃煤耦合污泥发电项目的冷凝污水处理采用传统活性污泥法结合平板陶瓷膜组件过滤的处理方式。运行中，膜组件主要是作为过滤介质浸没在膜池活性污泥混合液中，膜组件运行环境非常恶劣，膜组件堵塞速率较快。

1.1  平板陶瓷膜组件污堵及清洗现状

污泥干化水处理系统自2020年7月投运以来，平板膜组件污堵速度快，维护性清洗频繁。根据2021年1至4月统计记录，期间共执行膜组件维护性清洗17次，平均产水751吨、约5.2天清洗1次，单次维护性清洗及处理洗膜废水耗时约22小时。

1.2 平板陶瓷膜组件运行环境与生化系统

平板陶瓷膜组件运行环境需求与生化系统运行环境需求冲突较大，酸性环境有利于减轻膜件结垢情况，但是生化系统的硝化反应需要充足的碱度，具体表现在需要充足的碳酸根以及碳酸氢根，整体的生化系统水环境呈碱性。

1.3 传统活性污泥法与平板陶瓷膜组件结合的工艺路线

传统活性污泥法与平板陶瓷膜组件高度结合的工艺路线需平衡两方的运行需求，只有同时满足膜组件及生化系统运行参数需求，才能保证产出水满足市政纳管三级排放标准，并最大程度降低膜组件污堵速率。

2 运行优化与设备改造

为了平板膜组件稳定持续运行，保证产出水的数量和质量，主要从以下三方面控制运行参数。

2.1 运行程序设定

陶瓷膜组件作为精度较高的过滤设备，若持续不断过滤污泥污水，陶瓷膜件将快速堵塞，因此间歇式过滤产水，将有效缓解膜件堵塞速率。实际运行过程中根据膜件特性要求，采取单次产水时间8分钟、产水停运2分钟、产水每循环30次，执行膜件反洗370秒的程控方式。

2.2 膜污堵物质的清洗去除效果

生化系统产水平板陶瓷膜组件的过滤精度为0.1～0.2um，其浸泡运行在悬浮物3,000～10,000mg/L活性污水的环境中，膜件易快速污堵。因此为了控制膜组件污堵速率，膜组件的曝气擦洗、在线反洗与离线清洗尤为重要。

2.2.1 曝气擦洗

膜池底部曝气孔环形分组布置，均匀且足量的曝气能够充分擦洗运行中膜片，去除膜片表面的常规附着物。产水程控过程中，在产水间歇停运的2分钟，约4～6m³空气集中冲刷膜片，带走大部分的常规附着物。

2.2.2 在线反洗

膜件运行过程中，表面及膜腔内易形成碳酸盐、氢氧化物等沉淀物。通过适宜浓度的柠檬酸液反洗，有效去除膜腔内的沉淀物质。运行时，产水程控设定每产水循环30次执行1次反洗，反洗时间设置为370秒/次，反洗柠檬酸液浓度约为400～2000ppm，同时为避免程控产出水的pH值突降，柠檬酸计量泵运行时间设置为300秒。

2.2.3 维护性离线清洗

正常运行时，要求跨膜差压小于50 kPa，当跨膜压差上升接近上限值时，需采取膜组件的维护性离线酸碱清洗来恢复膜件通量。碱洗采用浓度为1000ppm次氯酸钠与0.25%氢氧化钠的混合溶液，注入膜腔及膜池，浸泡膜件1小时以上，去除沉积盐，扩张膜孔，恢复膜组件通量。

2.3 膜组件污堵速率控制

控制膜组件的污堵速率，主要通过控制膜组件运行的水环境参数。

2.3.1 膜池活性混合液污泥浓度MLSS及碳氮比

活性污泥浓度是指曝气池出口端混合液悬浮固体的含量，是计量曝气中活性污泥数量的指标之一。运行中主要将膜池活性污泥的MLSS控制在5500mg/L左右。由于MLSS、SV30、污泥龄、食微比、碳氮比等参数之间具有紧密的联系，调整MLSS时，采用投入种泥、减少死污泥排放或加强向生物污泥池排泥等办法，同时控制进入生化系统源水的碳氮比约为5:1，整体能够比较理想的使生化系统内的食微比达到0.15左右，最终营造一个生态比较平衡、MLSS规模比较合理的生化环境。

2.3.2 曝气量

从直接的物理现象上看，曝气量越大，膜组件的曝气冲刷效果越好，但是考虑到生化系统溶解氧需求，活性菌团易被过量曝气冲散等因素，在日常运行的经验积累过程中，当膜池曝气量介于120～160m³/h时，既能保证较好的曝气擦洗效果，同时可以满足生化细菌的需求。

2.3.3  pH值

正常的生化系统水环境pH为6-9。日常运行中通过分区域控制pH，精细化调整区域水域的pH值，寻求膜池、调节池及ABFT水质要求的平衡点，能够最大程度地同时满足膜组件及生化系统运行需求。根据运行经验数据，当控制膜池混合液pH值为6～7，调节池pH值为7～7.5时，能较大程度控制膜组件污堵速率，同时可维持硝化反应正常进行，保证纳管出水水质合格。

2.3.4  回流比及调整回流出水口位置

运行中通过实验监测膜池内混合液污泥浓度，动态调整污泥回流比，可分区控制膜池、调节池及ABFT的混合液pH值。整个生化系统混合液时刻处于往复循环中，合适的污泥回流比配合调整使用酸碱化学药品，可以较成功地分区调控pH值。

3 优化效果

经过约5个月逐步探索、调整，在保证纳管出水水质及水量的前提下，膜组件的污堵频次得到较好控制，降低了清洗频次，节约了清洗的人力、物力。日常生产运行中，水处理系统膜组件的清洗频率大幅下降，由原来纳管平均产水751吨后，膜组件即达到清洗要求，调整后膜组件污堵速率明显下降，纳管平均产水3636吨，膜组件才需要化学离线清洗。

4 结论

通过调整水处理系统运行参数，优化陶瓷膜组件的清洗方式，陶瓷膜组件污堵速率得到有效控制，清洗频率明显降低，燃煤耦合污泥发电项目的整体运行效率明显提升。

作者简介：

潘  辉（1991－），男，浙江安吉，助理工程师、注册安全工程师，从事燃煤电厂环保工作。

联系方式：18158722072；邮箱：865924385@qq.com。