【純水設備http://www.00615.net.cn】熱水解厭氧消化技術是近年來國內外污泥處理的一個新發展和應用方向。選擇小紅門污泥處理中心項目的操作數據,比較熱水解厭氧消化和操作的傳統厭氧消化的影響泥頁巖,消化、天然氣生產、氣體組分,如子公司系統差異,分析項目負荷、廢熱利用操作中存在的問題,總結了熱水解厭氧消化的特點,提出了進一步優化的建議和方向。

項目基本情況

    熱水解厭氧消化是近年來國內外污泥處理技術的一個新的應用方向。美國華盛頓藍原污水處理廠項目、英國泰晤士水務達維胡姆項目、小洪門、高碑店、懷發樓、高安屯、清河一號等生活污泥處理中心項目。北京地區均采用熱水解和厭氧消化技術。其中包括位于華盛頓特區的藍色平原污水處理廠。北京小紅門、高碑店污泥處理中心項目升級改造為目前的污泥區。本文以小紅門污泥熱水解厭氧消化處理中心工程(以下簡稱小紅門工程)為例，通過對改造前后消化系統運行情況的對比，分析總結了熱水解厭氧消化與常規厭氧消化的區別和特點。

    小紅門污泥熱水解厭氧消化工程位于小紅門污水處理廠東北部純水設備。污水處理廠建設規模60萬m /d (Kz=1.3)，最大流量78萬m /d。污泥處理系統包括5個橢圓形沼氣池、3個沼氣池、2個干式脫硫塔、1個濕式脫硫機房、1個沼氣鍋爐房、2個廢氣燃燒器等。其中5臺蒸煮機均為一級蒸煮機，均為橢圓形蒸煮機，單臺蒸煮機的蒸煮能力為12000米。

    小紅門項目于2008年11月12日啟動，產生的沼氣被用來為鼓風機和冬季供暖提供動力，多余的沼氣則通過廢氣燃燒器燃燒。2015年9月，系統停止運行，開始實施熱水解厭氧消化項目升級改造。改性內容為添加熱水解預處理裝置。采用Cambi技術進行熱水解，仍采用原蒸煮器進行蒸煮。2016年4月，改造完成后，消化系統(運行消化罐組數量減少至4個)重新啟動。2016年7月18日，隨著熱水解系統的調試純化水設備，將常規厭氧消化調整為熱水解厭氧消化。2017年3月9日，該系統開始接受國外污泥處理。

    表1為2012年(改造前常規厭氧消化的代表)和2017年(改造后熱水解厭氧消化的代表)污水處理廠進水水質、水量和消化系統。

2基本操作比較

    常規厭氧消化的基本操作包括入泥、排泥、傳熱和攪拌等。熱水解厭氧消化的不同之處在于傳熱方式由加熱變為冷卻。尤其在夏季，要密切注意蒸煮器的傳熱。

2.1 進泥

2.1.1 來源

    2012年消化池的進泥比較單一，全部為水區的初沉污泥，平均2 258 m3/d；2017年消化池進泥為經熱水解預處理后的混合污泥，平均1 429 m3/d，進入熱水解預處理的污泥情況比較復雜，包括本廠污泥和外接污泥兩部分。3月9日前，只處理本廠污泥，即初沉污泥和濃縮后的剩余污泥經預脫水而成的混合污泥。3月9日后，熱水解系統既處理本廠污泥也處理外接污泥。外接污泥主要為吳家村、盧溝橋、五里坨、肖家河等污水處理廠的脫水泥餅，平均200 t/d（含水率83%)。對于熱水解厭氧消化系統而言，需考慮外接污泥成分對消化池的影響。

2.1.2 進泥有機分與含水率

    2012年消化池進泥主要為初沉污泥，進泥有機分平均值為63%，進泥含水率平均值為96%；2017年消化池進泥為混合污泥，進泥有機分平均值為56%，進泥含水率平均值為92%。

    從圖1可看出，隨著外接污泥量、來源等發生變化純水設備，混合污泥中的有機分等波動較明顯。3月9日前，污泥來源單一，有機分平均為67%；承擔外接污泥處理后，整體消化池進泥有機分降低。但是，消化池進泥含固量明顯增加，2017年較2012年進泥含固量提高2倍。

2.1.3 進泥中的揮發性脂肪酸（VFA）和堿度（ALK）

    改造前后進泥中VFA和ALK的變化見圖2。2012年消化池進泥中VFA平均值為513 mg/L，ALK平均值為2 107 mg/L；改造后2017年，消化池進泥中VFA平均值為915 mg/L，ALK平均值為1 881 mg/L，與2012年比較，VFA增加78%， ALK降低11%。

2.2 排泥

    2012年消化池排泥采用頂部溢流排泥+泵輔助排泥。2017年消化池采用頂部溢流排泥或底部電動調節閥排泥，原有輔助泵系統拆除。從運行效果看，采用頂部溢流排泥方式，排泥比較順暢，運行一年多的時間，沒有出現溢流排泥堵塞現象。

2.3 換熱

    2012年消化池運行需加熱，加熱熱源來自沼氣拖動鼓風機的余熱，不夠的情況下由鍋爐房的熱水作為熱源補充。2017年升級改造后，由于熱水解預處理后出泥溫度較高，消化池利用原有換熱器進行降溫換熱，降溫冷源為污水處理廠二沉池出水。

2.4 攪拌

2012年消化池采用壓縮機進行攪拌。2017年，拆除原有壓縮機，并進行壓縮機進出氣管的改造，更新替換為大功率壓縮機。沼氣攪拌方式不變，攪拌氣量由1.67 m3/(min·m3池容)升至3.4 m3/(min·m3池容）。

3 消化效果比較

    消化效果一般從消化污泥的泥質、有機物分解率、產氣能力等指標進行衡量。

3.1 泥質

3.1.1 酸堿比

    酸堿比為VFA和ALK的比值，改造前后消化池內酸堿比變化見圖3。2012年消化污泥酸堿比平均值為0.025；2017年消化污泥酸堿比平均值為0.128。酸堿比增加的原因是熱水解厭氧消化池進泥中VFA較常規厭氧消化進泥的VFA有明顯的增加。

3.1.2 氨氮與游離氨

    選取歷史同期1～3月數據，進行消化污泥中氨氮含量對比(見圖4)。2012年消化池污泥中氨氮含量在214～709 mg/L，平均值為503 mg/L；2017年消化池污泥中氨氮含量在1 360～2 140 mg/L，平均值為1 808 mg/L。熱水解厭氧消化較常規厭氧消化，污泥中氨氮含量有明顯增加。

    2017年1～3月數據，消化池運行溫度39 ℃，pH 7.3，通過計算公式，將污泥中的氨氮含量換算成游離氨的濃度。計算發現，2017年氨氮平均值為1 808 mg/L，折算成游離氨的濃度為51 mg/L，遠低于文獻中145~600 mg/L的數值。這說明改造后的熱水解厭氧消化工藝，游離氨在正常范圍內純水設備。該消化系統沒有氨抑制作用。

3.2 有機物分解

3.2.1  消化池有機負荷

    2012年消化池有機負荷平均為0.91 kgVS/m3，2017年消化池有機負荷平均為1.14 kgVS/m3。從圖5可看出， 2017年消化池有機負荷較2012年有所提升。與國內同類項目有機負荷范圍1～1.9 kgVS/m3相比基本一致。可以考慮進一步提升有機負荷。

3.2.2 有機物分解率

    2012年消化池有機物分解率在19.8%~59.8%。2017年為30.7%~60.0%，平均42%。從圖6看，熱水解厭氧消化的有機物分解率似乎沒有明顯的提升。分析原因，主要是2012年，消化池單一處理初沉污泥，初沉污泥本身容易分解產氣。而2017年改造后，消化池進泥中除初沉污泥外，還增加剩余污泥，還有來自吳家村、盧溝橋等污水處理廠的初沉和剩余污泥等，在進泥有機分（2017年進泥有機分平均為56%）較歷史同期（2012年進泥有機分平均為63%）低的情況看，有機物分解率實際上依舊維持在較高的水平。

3.3 產氣能力

3.3.1 噸干泥產氣量

    消化池噸干泥產氣量變化見圖7。2012年消化池噸干泥產氣量為187 m3/tDS；2017年消化池噸干泥產氣量為341 m3/tDS，增幅82%。將2017年的噸干泥產氣量折算成含水率為80%的原污泥，產氣量為68.2 m3/tDS，遠高于國內40～50 m3/tDS消化項目。

3.3.2 分解單位公斤有機物產氣量

    2012年消化池分解單位公斤有機物產氣量為0.78 m3/kgVS；2017年消化池分解單位公斤有機物產氣量為1.32 m3/kgVS。從圖8可以看出，從分解單位公斤有機物產氣量看，熱水解厭氧消化優勢明顯。

3.4 沼氣成分

    沼氣中主要成分是甲烷和二氧化碳。對比2012和2017年沼氣成分發現（見圖9），2017年的沼氣中甲烷含量較2012年有下降，但甲烷含量基本在45%～70%。分析差異，純化水設備主要還是進泥來源變化所導致。

4 附屬系統

4.1 熱水解工藝氣的處理

   熱水解厭氧消化中，熱水解工序是作為消化池的預處理系統。隨著污泥的漿化、反應、閃蒸，污泥熱水解過程中會排放不凝氣體，即“熱水解工藝氣”。實際工程中是通過降溫、水洗，分別通過氣、水兩種途徑送到消化池內進行降解。

   由表2中2018年監測數據顯示，工藝氣中含有大量的甲硫醚、甲硫醇、氨、硫化氫等氣體。這些氣體惡臭，腐蝕性強。在實際運行中應充分重視安全防護。

4.2 厭氧消化脫水后濾液處理系統

   熱水解厭氧消化污泥中的氨氮含量較常規厭氧消化含量高。雖然小紅門項目現況消化池為一級消化池，沒有上清液的排放純水設備，但需關注脫水后的濾液。濾液中除氨氮外，還有COD、總磷等污染物。實際工程中是將脫水后濾液收集進入厭氧氨氧化專門處理設施進行處理，尤其要加強濾液的水質監測。

5 問題及建議

5.1 系統進泥負荷

    2012年消化池為常規厭氧消化，運行5座消化池，進泥量為2 258 m3/d，進泥平均含水率為96%，為設計消化進泥量（3 000 m3/d）的75%。2017年，消化池改造后，運行4座消化池，系統進泥量為1 429 m3/d，進泥平均含水率為92%，為設計進泥量（2 200 m3/d）的65%。

    從消化池運行負荷看，改造后的消化池實際負荷有所降低。從消化池運行數量看，現況消化池的進泥量完全可以只運行3座消化池，可減少1座消化池的運行，降低運行成本。

5.2 系統余熱的利用

    消化池由常規厭氧消化改造為熱水解厭氧消化后，消化系統面臨的一個重要問題就是換熱降溫。在實際工程中，降溫主要有3方面：一是消化池污泥循環換熱的降溫；二是熱水解閃蒸污泥的降溫；三是沼氣利用設備的降溫。目前，這三部分余熱未能利用，將來需考慮熱量的綜合利用。

6 結語

    分析小紅門2012年和2017年的運行數據，可作為兩種消化方式常規厭氧消化和熱水解厭氧消化的典型數據進行對比。

    熱水解厭氧消化與常規厭氧消化相比，消化池的基本操作沒有大的調整；熱水解厭氧消化較常規厭氧消化處理污泥的類型途徑更廣泛，增加了剩余污泥的處理；熱水解厭氧消化在進泥有機分較低的情況，通過熱水解和厭氧消化耦合，提高消化池進泥的VFA，提升單位公斤有機物產氣量，進而提升總產氣量，要明顯優于常規厭氧消化。

    但是，熱水解厭氧消化由于工藝特點，還有一些重要的附屬系統如熱水解的工藝氣、消化后脫水濾液等均需引起重視。純化水設備。