焦点提醒：污泥高级厌氧消化的利用近况与成长趋向2016-03-11 陈珺，杨琦 中国给水排水

污泥高级厌氧消化的利用近况与成长趋向

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编者案对污泥高级厌氧消化的手艺成长动力进行了阐发，指出了提高能源效力、污泥质量、脱水机能、消化机能和运转结果是高级厌氧消化成长的首要动力。对高温消化、两相消化、延时消化、协同消化和热水解+消化等几种高级厌氧消化手艺进行了引见，�����APP阐发了其手艺的优、错误谬误和工艺成长的各类变型。最初对高级厌氧消化手艺的将来成长前景进行了瞻望。陈珺（1975—），博士在读，高级项目师，研究标的目的为污水处置资本化手艺、养分物去除与收受接管、水回用和污泥处置措置手艺。保守厌氧消化用在处置城市污水处置厂的污泥在欧洲已跨越100年汗青，污水处置的污泥厌氧中温消化是保守的处置手艺，跟着对可再生能源和和经济效益的寻求，污泥高级厌氧消化成为比来10年来污泥处置范畴内一个光鲜的成长标的目的。所谓高级厌氧消化是指相对保守中温厌氧消化可以或许显著提高挥发性固体负荷降解率（VSR）的厌氧消化手艺。今朝，高级厌氧消化手艺首要有高温消化、两相消化、延时消化、协同消化和热水解+消化等手艺情势。与保守厌氧消化手艺比拟，高级厌氧消化手艺的研发和利用汗青较短，但一些手艺已揭示出了杰出的成长势头，这些新手艺的成长正在奠基未来厌氧消化的手艺场合排场。良多手艺今朝依然处在不竭的研究当中，1 高级厌氧消化手艺1.1 高温消化高温消化与中温消化很近似，所分歧的是运转的温度在50~57℃之间，高温消化的一个显著特点是高温会更高效地灭活病原菌并使反映速度加速。研究成果显示，病原菌的灭活时候会跟着温度的升高很下降。高温消化在设想参数上与中温消化有所分歧，例如悬浮固体的负荷要高良多，别的SRT也会更低，约11~15天。高温消化有几种分歧的情势，包罗几个高温消化池串连、高温消化+中温消化、中温消化+高温消化+中温消化等情势，最多见的是高温消化+中温消化，这类情势的消化常常又被称为异温分段厌氧消化（TPAD），TPAD的一个显著特点是在操纵高温消化的同时又可避免挥发性无机酸释放的恶臭。图1是TPAD的示企图。今朝在北美约有20个处置厂利用了这一手艺。图1 TPAD工艺高温厌氧消化有诸多的手艺长处，包罗提高VSS分化率、池容更小、病原菌灭活结果更好、消化污泥脱水的结果更好等。固然这一手艺也具有一些不足，好比单级高温消化会有比力重的恶臭，污泥加热所需的能量较高，高温对混凝土池体是个考验，污泥脱水滤液中的氨含量较高，温度较高可能会致使换热器的梗塞等。为了到达较高的病原菌灭活结果，需要避免消化池在搅拌上因为完全夹杂池型所致使的短流问题，是以高温消化池有时辰会采纳间歇的运转体例，或是几个高温消化池串连运转。1.2 两相厌氧消化

保守的厌氧消化包罗水解、产酸和甲烷化这三个阶段，凡是都是在一个池内完成上述反映进程。两相厌氧消化工艺是把酸化和甲烷化两个阶段分手在两个串连反映器中，使产酸菌和产甲烷菌各安闲最好情况前提下发展，如许不但有益在充实阐扬其各自的活性，并且提高了处置结果，到达了提高容积负荷率，削减反映容积，增添运转不变性的目标，工艺示意如图2。

图2 两相厌氧消化两相厌氧消化在具体现实利用时会有多种分歧的组合情势，包罗中温酸化消化+高温产气消化、中温酸化消化+中温产气消化等，为了取得A类污泥的要求，此中的一个消化池必需是高温消化。两相厌氧消化有诸多的手艺长处，包罗更高的VSS分化率、泡沫节制、产气率更高、扶植本钱更低等。首要的错误谬误包罗相分手致使操作上的复杂、酸化阶段可能会发生高浓度的硫化氢、酸化消化池在操作进程中会碰到较着的恶臭。1.3 延时厌氧消化延时消化是把污泥厌氧消化的水力逗留时候与固体逗留时候分手，凡是是消化池的出泥进行固液分手后再回流到消化池，如图3所示。图3 延时厌氧消化延时厌氧消化的一个要害是用浓缩装备分手污泥，分手后的污泥再与进来的原泥相夹杂进入消化池，如许做的一个主要目标是避免了保守厌氧消化池完全夹杂式的以下短处，如短流等问题，污泥的逗留时候更长。延时消化的长处在在将更多的细菌回流到消化池内进一步分化无机物，提高产气率。现实上，将泥龄与水力逗留时候分手的做法最早在上世纪60年月的纽约就最先测验考试，那时的纽约卫生局的项目师Torpey最早提出的这一设法，所以在美国有时这类做法又叫Torpey工艺，那时首要是经由过程重力沉降的方式来分手固液，比来几年采取离心和蔼浮的方式在一些处所最先测验考试。延时厌氧消化的首要长处包罗厌氧消化池池容减小、VSS分化率更高、脱水絮凝剂量下降、消化池固体含量提高档。固然这项手艺具有一些错误谬误，如增添的固液分手装备可能会抵消消化池减小而致使的占地面积减小。别的，人们对延时消化的一个耽忧是在固液分手阶段厌氧菌是不是会遭到较着的影响，在Australia和美国的几个出产性厌氧消化项目的成果显示，固液分手的短暂好氧阶段不会到厌氧菌形成较着的影响。但一些陈述显示，在某些污水处置厂利用这类手艺后具有换热器梗塞严峻的问题。1.4 协同厌氧消化协同厌氧消化是指污水处置厂污泥与其他无机废料配合进入消化池进行消化，这些无机废料包罗油脂、餐厨废料等。协同厌氧消化在欧美成长很是敏捷，良多污水处置厂都在利用这一手艺，包罗加州闻名的EBMUD污水处置厂因为采取协同厌氧消化而成为美国一座能量自给污水处置厂的典型，见下图。图4 美国EBMUD污水处置厂采取协同厌氧消化的首要动力来自在对提高污水处置厂沼气产量的需求，知足污水处置厂能耗的要求，同时使必然地域内的碳萍踪最小化。采取协同消化需要留意一些问题，好比外部无机物假如碳含量太高，可能会致使氮的缺少，从而引发丙酸的堆集；而假如碳含量太低，则可能会引发氨中毒，是以需要在养分物的均衡上非分特别留意。1.5 热水解+厌氧消化与初沉污泥比拟，残剩污泥在消化与脱水方面都有必然的坚苦，形成这类现象的首要缘由是残剩污泥中EPS的含量较高。针对这类问题，业界成长出了良多细胞破壁手艺，首要有物理、化学、生物等方式，但绝年夜大都这些方式的能耗或本钱较高，近几年来热水解手艺的成长实践注解，这是一种在污泥消化与脱水方面极具前景的一项手艺。保守污泥热水解是起首将夹杂污泥（初沉污泥与残剩污泥）从含固率约3%脱水至16%摆布，然落后行热水解，以Cambi工艺为例，该手艺首要由三个阶段构成，起首污泥进入浆化罐，工艺的废热对污泥进行加热，凡是污泥会加热到90℃然落后入反映罐；反映罐的数目会按照处置厂范围巨细而有所分歧，在反映罐内污泥加热到165℃摆布，压力保持在6.5巴，反映30min摆布。反映以后的污泥进入闪蒸罐敏捷泄压，细胞壁年夜量破裂，闪蒸罐的蒸汽前往浆化罐预热下一批污泥，污泥然后冷却、稀释到9%~10%的含固率。挪威的Hias污水处置厂最早在1995年利用了污泥热水解项目，英国泰晤士水务的Chertsey污水处置厂在1999年利用了污泥热水解手艺，是英国最早的案例，尔后在英国和爱尔兰稀有十个项目利用了这一手艺。美国华盛顿Blue Plains污水处置厂的污泥热水解项目在2014年投入运转，这是迄今为止全球最年夜的污泥热水解项目。除Cambi以外，还威立雅的Biothelys、Exelys和荷兰开辟的Turbotec等热水解手艺。（a）热水解装配（b）换热器图5 美国华盛顿Blue Plains污水处置厂热水解项目污泥热水解+厌氧消化的工艺有着诸多的手艺长处，起首污泥颠末高温、高压的热水解后能够到达A级污泥的尺度；其次，污泥热水解使得胞内的物资释放，提高了消化VSS分化率，沼气产量会有必然水平的提高；因为细胞壁的破裂，污泥的脱水结果会年夜为改良，泥饼含固率会提高6%摆布；最初，因为污泥颠末热水解后消化池的进泥含固率在10%摆布，如许会年夜幅度下降消化池的池容，削减投资。固然热水解也有其本身的弱点，首要是手艺复杂、早期投资高、滤液中含有较高的氨氮和SCOD。因为世界各地污泥消化在成长的偏重点上的分歧，污泥热水解手艺在最近几年来也呈现了多种手艺组合情势，首要有以下几种：（1）初沉污泥与残剩污泥全数进入热水解，然后再厌氧消化；（2）残剩污泥进行热水解后与初沉污泥夹杂落后入消化池消化；（3）初沉污泥与残剩污泥全数进步前辈行消化，然落后行热水解，最初再进入消化池消化。如图6所示a、b、c。图6 污泥热水解+消化的分歧组合情势上述三种手艺组合的利用偏重点分歧，（a）线路合适在对处置后污泥泥质有较高的场所，出泥能够到达A级污泥的尺度，同时所需消化池的池容较小，可是热水解单位的占地面积较年夜；（b）线路的出泥达不到A级污泥的尺度，能够到达B级污泥的尺度，热水解单位的占地面积最小；（c）线路的消化池占地面积和热水解的占地面积都较前二者略年夜，但能量的收受接管率较高，同时能够到达A级污泥的尺度。是以，具体的选择哪种体例取决在本地的现实环境。2 高级厌氧消化的成长动力畴前文引见能够看出，高级厌氧消化手艺的诸多本身特点使其在分歧水平上会知足各地的成长需求，这些特点年夜致能够总结以下：2.1 更高的能源转换效力厌氧消化的一个主要功能是能够发生沼气，从而实现热电联产或沼气的间接操纵，污水处置本身对电能与热能的需求正好合适厌氧消化的这一主要功能。今朝各类高级厌氧消化手艺的一个主要功能是能够在必然水平上提高沼气的产量，提高的幅度与具体的手艺相关，这在必然水平上增进了高级厌氧消化手艺的成长。2.2 提高污泥质量高级厌氧消化利用的一个主要目标是知足污泥措置加倍严酷的要求，这类加倍严酷的要求来自多方面，包罗加倍严酷的律例要求、措置本钱的提高和公家的呼声。美国环保局公布的503条目将污泥分为A类污泥和B类污泥恰是基在处置工艺对病原菌的分歧杀灭结果而划定的。到达B类污泥的手艺包罗保守好氧与厌氧消化、堆肥、石灰不变和干化。B类污泥回用在农田、牧场和公家接触的场所会遭到必然的限制，可以或许到达A类污泥的手艺包罗堆肥、热干化、高温消化、巴氏消毒、热水解等，A类污泥的利用矫捷性会很年夜，由于其很少有受限制的场所。2.3 污泥脱水加倍经济一些高级厌氧消化能够较着提高VSS的分化率，如许污泥的脱水结果就会有所提高进而会下降与之相干的运转本钱，包罗絮凝剂的耗损城市有所下降。2.4 提高消化能力对已有消化的污水处置厂，高级厌氧消化能够较着提高消化负荷从而避免已有举措措施的扩容或下降新扶植施的池容，这类特点对占地面积紧凑的污水厂无疑具有很年夜的吸引力。2.5 提高运转结果在一些现有的保守厌氧消化的污水处置厂中常常会碰到一些运转上的问题，包罗臭味的节制、泡沫问题、脱水结果差、沼气产量低等，这些问题固然不是高级厌氧消化所都能处理的，但在某些环境下高级厌氧消化能够有用地避免这些问题。2.6 更轻易收回投资在污水处置厂的扶植与运转本钱中，污泥浓缩、消化、脱水的所占的比例很高，高级厌氧消化在这方面具有凸起的手艺劣势，能够在较短时候内收回投资。3 将来的瞻望跟着天气转变和对可再生能源需求呼声的日趋高涨，污泥厌氧手艺正在快速成长，特别是高级厌氧消化手艺。这些手艺的成长对设想和运转提出了新的要乞降新的挑战，是以这些新型高级厌氧消化手艺的设想方式已很难在保守设想手册中找到响应的表述或根据，计较机手艺的利用促使模子在污泥厌氧消化中将阐扬更年夜的感化，特别是这些新型手艺的建模。在研发上，新型厌氧消化手艺在与其他手艺耦应时呈现的一些新的问题也需要引发存眷，例如污泥热水解手艺+消化的体例会致使消化液中的氨氮与SCOD较高，这类环境对侧流厌氧氨氧化的利用会是一种挑战。因为汗青和其他缘由，中国的污水处置厂良多没有厌氧消化，在将来一些年夜型污水处置厂可能需要再建消化池，这些污水处置厂常常已没有太多的占地，成长高级厌氧消化无疑对这些污水处置厂的污泥措置之路很是要害。更多内容拜见《中国给水排水》杂志2016年3月第6期：污泥厌氧消化的利用近况与成长趋向，作者：陈珺（中国地质年夜学<北京>水资本与情况学院），杨琦（宜兴新概念情况手艺无限公司）。筹谋：衣春敏义务编纂：衣春敏设想建造：刘剑书

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