【文章內(nèi)容簡介】 熱水解在污泥處理廠改造中的應用熱水解設計簡單、應用靈活，不僅可以用于新建的污泥處理廠，還可以用于原有污泥處理廠的升級改造，目前用于升級改造并成功運行的工程實例很多。而Fredericia污水處理廠是第一個將新建的熱水解與原有的厭氧消化污泥處理系統(tǒng)成功組合的工程實例，原有的污泥處理系統(tǒng)是污泥濃縮后進行厭氧消化，厭氧消化系統(tǒng)的處理能力為4000噸DS/年，由于污泥處理量的增加，需要處理的污泥量為8000噸DS/年，在無需新建厭氧消化處理設施的基礎上，新加了處理規(guī)模為8000噸DS/年的熱水解預處理系統(tǒng)的改造不但能夠增加了污泥的處理系統(tǒng)的處理能力，還改善了污泥的處理效果，改造前后污泥處理的比較如表24。熱水解污泥處理前后的污泥形態(tài)如圖213。表24 改造前后的污泥處理比較指標改造前改造后污泥待處理量（TDS/年）77457745污泥處理量（TCOD/年）98919891是否新建厭氧消化是否厭氧消化的污泥濃度4%9%停留時間（天）1317COD去除率30%62%產(chǎn)氣量（m179。/年）15607403188528厭氧消化殘渣量（TDS/年）55913994脫水后的含固率24%30% （a）原污泥 （b）熱水解處理后污泥圖213 熱水解污泥處理前后的污泥形態(tài)（3）熱水解在大型污泥處理工程中的應用熱水解的大型污泥處理工程實例也已有很多，179。/d， 需要處理的污泥量為36000噸DS/年，2002年污新建了熱水解處理系統(tǒng)，處理后的污泥進行厭氧消化在進行脫水和干化。由于污泥量的增加導致污泥的脫水能力降低，加了熱水解的改造后脫水干燥能力提升了50%，所需的厭氧消化容積減小，厭氧消化罐的負荷為6kgVS/m179。/d，VS的降解率到達60%，每天產(chǎn)氣量為45000m179。污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進行發(fā)電，系統(tǒng)的能量圖如圖214。改造后的工藝優(yōu)點為：（1）處理效率高；（2）節(jié)約傳統(tǒng)消化罐1/21/3的體積；（3）所需的干燥器容積減少一半；（4）消化脫水后的污泥達歐洲A級標準，能直接土地利用。%%% 用于產(chǎn)蒸汽的沼氣11. 97%沼氣產(chǎn)量 11700KW電能 % 熱損失 %用于產(chǎn)電能的沼氣%%用于熱水解系統(tǒng)%%冷卻水 %%圖214污泥處理系統(tǒng)的能量圖三、厭氧消化技術污泥厭氧消化可以實現(xiàn)污泥處理的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。污泥經(jīng)厭氧消化后，體積大大減少，脫水性能大大提高，可實現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化；污泥在消化過程中，產(chǎn)生的甲烷菌具有很強的抗菌作用，可殺死大部分病原菌以及其它有害微生物，使污泥衛(wèi)生化。同時，污泥厭氧消化產(chǎn)生大量的清潔能源沼氣，可用作鍋爐燃料、直接驅(qū)動鼓風機、沼氣發(fā)電提供污水處理廠的部分用電量、沼氣提純并網(wǎng)、沼氣提純用作汽車燃料等。工作原理厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應，分解污泥中有機物質(zhì)的一種污泥處理工藝。消化過程中可回收能源，但消化后的污泥含水率較高，仍需進一步脫水。污泥厭氧消化，即污泥中的有機物在無氧的條件下被厭氧菌群最終分解成甲烷和CO2的過程，是一個極其復雜的過程。一般分為三個階段，每一反應階段都以某類細菌為主，其產(chǎn)物供下一階段的細菌利用。厭氧降解過程的化學、生物化學和微生物學相發(fā)復雜，但是可以綜合三階段理論： 圖215 厭氧消化三階段理論第一階段在水解和發(fā)酵細菌的作用下，使碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪水解與發(fā)酵，轉(zhuǎn)化為單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及CO2及氫等；第二階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成氫、CO2和乙酸等；第三階段，通過兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌的作用下，一組把氫和CO2轉(zhuǎn)化為甲烷，另一組對乙酸脫羧產(chǎn)生甲烷。工藝特點目前，比較廣泛采用的厭氧消化工藝主要分為三類：標準消化法、快速厭氧消化法和兩級厭氧消化法。標準消化法又稱為一級消化，生污泥在1天內(nèi)從23個入口分批（23次）加入池內(nèi)，隨著分解的進行逐漸分為明顯的三層，自上而下依次為浮渣層、分離液層和污泥層。分離液通常返回到廢水處理廠入口，容易造成廢水綜合處理效率降低。快速厭氧消化法與標準消化法的區(qū)別是池內(nèi)裝有攪拌裝置，混合均勻，操作性好，可以解決池內(nèi)沉淀問題，廣泛使用。兩級厭氧消化法利用第二個消化池對厭氧消化過的污泥進行濃縮，同時可產(chǎn)生一部分氣體，進一步殺滅細菌，使總的出污泥減少。在實際的市場運行中，兩相消化并沒有表現(xiàn)優(yōu)越性，系統(tǒng)需要更多的投資，以及運行維護也更復雜。污泥消化池在運行時應注意的事項歸納起來有兩點：一是污泥初期投入時，應防止污泥消化后產(chǎn)生的甲烷與殘余大氣的混合氣體進入爆炸區(qū)域界限之內(nèi)。二是應防止污泥單方面進行酸發(fā)酵或CO2積累，引起PH值過分降低。優(yōu)劣分析(1）滿足污泥“四化”處理的要求穩(wěn)定化：通過厭氧消化，將污泥中揮發(fā)份降解；減量化：通過厭氧消化，絕干重減量30～40%；通過深度脫水，總量減量60～75%；無害化：厭氧消化能夠殺滅絕大多數(shù)的病菌和蛔蟲卵；資源化：厭氧消化產(chǎn)生的沼氣能夠用以供熱、發(fā)電等。 (2）符合低碳經(jīng)濟的發(fā)展方向。通過厭氧消化處理，回收污泥、糞便及其他有機廢棄物中的生物質(zhì)能，貫徹了可持續(xù)發(fā)展理念；為生態(tài)城市（EcoCity)、宜居城市的持續(xù)發(fā)展提供支撐和保障；減排的二氧化碳可進行碳交易，形成碳匯。(3）為區(qū)域內(nèi)的其他有機物處理提供了高效的厭氧處理基地。在歐洲，尤其是德國，厭氧消化用于污泥處理、有機垃圾處理、餐廚垃圾處理已有三、四十年的歷史，隨著城市的發(fā)展，厭氧消化裝置將成為城市基礎設施的一部分。應用案例（1）大連東泰夏家河污泥處理廠大連東泰夏家河污泥處理廠項目采用BOT的建設方式，通過政府公開招標確定由大連東泰產(chǎn)業(yè)廢棄物處理有限公司中標。，建設規(guī)模為日處理市政污泥600噸，項目總投資約15000萬元，運行費用為130150元/噸（含水率80%），每日水耗為：中水約400噸、自來水70噸，每日電耗為1500018000千瓦時。項目以處理市政污泥為主，同時可處理工業(yè)污水處理產(chǎn)生的類似污泥、餐飲垃圾、廚余垃圾、過期食品、糞便殘渣、果蔬垃圾、屠宰及肉類加工行業(yè)產(chǎn)生的廢物以及可生物降解的其它有機廢物。采用厭氧消化/工業(yè)化生物制氣的處理工藝，將大連市中心城區(qū)污水處理廠產(chǎn)生的脫水污泥進行集中化的厭氧消化處理。沼氣經(jīng)提純處理后，可日供天然氣16500立方米，將解決4萬戶居民的用氣或一些工業(yè)用戶的生產(chǎn)用氣，相當于再建一個5萬立方米/日的焦爐煤氣廠，每年將節(jié)約優(yōu)質(zhì)焦碳3750余噸，并減少7000萬立方米廢氣以及11萬噸廢水的排放；項目每年還將生產(chǎn)6萬噸腐殖土，可作為園林綠化營養(yǎng)土或填埋場覆蓋土；同時該項目達產(chǎn)后，每年可減排甲烷氣體近4700噸，相當于每年減排溫室氣體二氧化碳10萬噸，國家發(fā)改委已于2010年3月10日批準本項目為CDM項目。（2）青島市麥島污水處理廠污泥處理處置工程青島市麥島污水處理廠采用中溫厭氧消化處理，是山東省污泥資源化綜合利用的標志性項目,充分利用污泥消化產(chǎn)生的沼氣。該項目設置2座一級中溫厭氧消化池，單池有效容積為12700立方米，處理來自初沉池、反沖洗沉淀池的污泥和除油沉砂池的油脂，池內(nèi)保持溫度35177。2℃，污泥停留時間20天。污泥消化產(chǎn)生的沼氣首先用于四臺500KVA沼氣發(fā)電機，發(fā)電機發(fā)電經(jīng)變壓后并網(wǎng)，能滿足廠內(nèi)66%的用電，發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱水為消化池供熱及廠房供熱。沼氣還用于沼氣鍋爐，補充消化池的熱量，剩余的沼氣通過火炬燃燒。通過沼氣發(fā)電，可以為運營的廠家企業(yè)節(jié)省能源和費用，從保護環(huán)境方面來看，污泥通過消化以后更加安全。（3）北京市小紅門污水處理廠污泥消化技術應用案例該廠于2010年初投入生產(chǎn)，設計處置能力400噸/日，產(chǎn)余物用于制作路基等建筑材料，污泥處理采用中溫一級厭氧消化工藝。工藝圖如下：污泥泥固化劑固化反應器混合攪拌固化污泥外運堆置反應圖216 北京小紅門污水處理廠污泥消化技術工藝流程污泥厭氧消化系統(tǒng)中采用卵形消化系統(tǒng)，單池容積12300立方米，共5座消化池，設計日產(chǎn)沼氣30000立方米，日進泥3000立方米，2008年11月12日消化池開始進泥。污泥和生石灰按一定比例分別經(jīng)過獨立的輸送系統(tǒng)進入固化反應器中，在反應器內(nèi)充分的攪拌、混合、反應，形成的干化產(chǎn)物在場地中堆放8～10天，使其進一步反應，最終實現(xiàn)含水率小于30%，微生物和病原菌徹底滅活，重金屬基本鈍化。通過對不同生石灰添加比例生成的干化污泥及其浸出液的各項指標的監(jiān)測，結果均符合相關標準。常規(guī)季節(jié)，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣供給沼氣拖動鼓風機，供給生物曝氣系統(tǒng)，其余熱供給消化池加熱；供暖季節(jié)，沼氣鍋爐進行廠內(nèi)供暖。剩余沼氣計劃進一步作為污泥干化利用。四、好氧發(fā)酵（堆肥）技術工作原理堆肥是利用污泥的微生物進行發(fā)酵的過程。在污泥中加入一定比例的秸桿、稻草、蘑菇渣、木屑或生活垃圾等膨松劑和調(diào)理劑，也可以添加微生物菌劑，利用微生物群落在潮濕環(huán)境下對多種有機物進行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。用看不見的微生物即可將污泥轉(zhuǎn)化為有機肥或附加值更高的生物農(nóng)藥，實現(xiàn)污泥的循環(huán)利用。一方面消除了惡臭對環(huán)境的污染，另一方面因高溫發(fā)酵幾乎殺滅了病原菌、寄生蟲卵、有效降解有毒有害物質(zhì)。在通風供氧條件下，污泥中的微生物利用易降解有機物進行好氧呼吸，滿足自身生長繁殖需求的同時并釋放出大量生物能。這部分能量可使物料溫度顯著升高，一般可達到55攝氏度，最高可達到70攝氏度以上。同時，微生物活動還能使污泥中的束縛水活化，降低其束縛能態(tài)，使其更容易被加熱蒸發(fā)。污泥中的水分在生物能的加熱下轉(zhuǎn)化為水蒸氣,通過自由擴散和強制對流進入物料中的孔隙，被風機鼓入的干燥空氣帶出堆體，從而實現(xiàn)連續(xù)不斷的脫水干化。工藝特點好氧發(fā)酵的一般工藝過程主要分為前處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵和后處理四個過程。其技術主要分為條垛系統(tǒng)、強制通風靜態(tài)垛系統(tǒng)和發(fā)酵槽系統(tǒng)。圖217 好氧發(fā)酵工藝流程圖污泥堆肥可以有很多形式，以下簡要歸納各種形式并分析各自的工程應用效果：自然堆制：這種方法可以有限制地應用于農(nóng)業(yè)廢物或園林垃圾，由于污泥的透氣性極差及含水率很高，這種方法原則上講不適用于污泥堆肥。堆垛加機械翻堆：由于污泥物料的致密性，這種堆肥方法通常臭氣排放較大，發(fā)酵周期長。強制通風的污泥條堆：堆肥以條堆的形式并輔以強制通風，發(fā)酵過程中伴以間歇的翻堆過程。實際中，當污泥堆及翻堆操作控制不好的時候，會出現(xiàn)通風口被堵，進而出現(xiàn)局部或全部條堆出現(xiàn)類似堆垛的堆肥形式。另外如果系統(tǒng)設計不理想或者通風控制不當，會出現(xiàn)較多臭氣排放或者發(fā)酵溫度過低。強制通風的污泥料倉：這種方法原則上與強制通風的污泥條堆相同，只是將污泥置于反應器或發(fā)酵倉中，從而垛可以堆的更高一些。實際應用中也會出現(xiàn)污泥條堆中所述問題。另外，由于污泥物料的特點，應避免物料過高而引起的自壓實作用。除此之外，設計中要充分考慮污泥進出料作業(yè)，為車輛留有足夠空間。從堆肥物料的角度，有以下主要因素：（1）空隙率（透氣率）機械脫水后的污泥本身通常是透氣率極差的物料。堆肥發(fā)酵過程的重要前提是系統(tǒng)中需要生化反應所必須的氧氣。所以污泥堆肥中幾乎沒有例外的要添加結構性物質(zhì)（調(diào)整劑），如秸稈、木屑、園林垃圾等，以保證系統(tǒng)中空氣的流動進而為生化降解提供氧氣。（2）含水率污泥本身含水率高，但影響生化反應的倒不是水本身，而是由于含水率高而導致的物料透氣性差。添加鋸末等調(diào)理劑可以吸收一部分水分，進而改善透氣性，但添加量大會導致成本增加。所以實際工程中一是要追求機械脫水污泥的高含固率，二是增加堆肥后污泥的返混量。（3）碳氮比大量文獻將污泥堆肥中添加結構物質(zhì)或調(diào)整劑（如秸稈、木屑、園林垃圾等）歸結為改善、調(diào)整堆肥物料中的碳氮比，但這種說法并不能得到準確的證明，因為所加入系統(tǒng)的這些調(diào)整劑中的碳通常是木質(zhì)素、纖維素這類生化難降解物質(zhì)。添加了這些物質(zhì)，與其說是改善系統(tǒng)碳氮比倒不如說是增加了系統(tǒng)的透氣性。以下是堆肥過程需要優(yōu)化的關鍵影響因素：① 供氧與通風量的優(yōu)化② 溫度與熱平衡的優(yōu)化③ 濕度保持與強制脫水的優(yōu)化④ 好氧狀態(tài)及氣味物質(zhì)抑制的優(yōu)化優(yōu)劣分析（1） 設備簡單，可以完全國產(chǎn)化。（2） 封閉式微生物好氧發(fā)酵，獲得了適合處理污泥的微生物菌劑，實現(xiàn)了污泥處理減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化，為困擾北京、上海等大中城市的污泥處理提供了切實可行的方法。（3） 通過獨特的設計保證系統(tǒng)均勻布氣，通風系統(tǒng)簡單、可靠、布氣均勻、維護量低，采用先進、獨特的技術，實現(xiàn)氧氣、溫度可靠的在線監(jiān)測與聯(lián)合控制。（4） 智能化控制系統(tǒng)具有生物干化的優(yōu)化功能，在低能耗的前提下加速污泥干化，采用獨特的檢測和控制技術實現(xiàn)發(fā)酵溫度高（5070℃），周期短, 可在1014天內(nèi)實現(xiàn)污泥無害化、穩(wěn)定化，含水率降至約40%。（5） 通過優(yōu)化的設計與控制有效控制臭氣發(fā)生量，通常不需要除臭設施。如該工藝在上海城區(qū)（緊鄰住宅區(qū)）的污水處理廠對污泥堆肥，不需除臭裝置。（6） 能耗最低，本技術實現(xiàn)通風耗電612度電/每噸污泥。（7） 減容效果不理想，占地面積大，在我國目前土地資源相對匱乏的條件下，大批堆場開發(fā)難度較大，也不利于可持續(xù)發(fā)展。（8） 堆肥處理后的污泥產(chǎn)品中病原體仍有可能存活，且產(chǎn)品的高含水率(30％40％)可使病原體復活。（9） 堆肥易受氣候影響，不適用于多雨、潮濕的地區(qū)。應用案例龐各莊堆肥處置分廠北京排水集團的龐各莊污泥處置廠原設計采用污泥條堆堆置和機械翻拋工藝，但存在發(fā)酵時間長、處理能力低等問題。堆肥方式仍然保留了原來的條堆形式，其優(yōu)點在于對于處理能力大的堆肥設施，進出料作業(yè)簡單、靈活，效率高、能耗低。通過改造地面，以較小的土方工程完成了強制通風布風系統(tǒng)。增加了全系統(tǒng)的溫度、氧含量在線監(jiān)測與控制，增加了通風優(yōu)化控制系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)操作的智能化控制。東棚I期升級改造針對東棚的北半部進行，設計能力每天130噸，20