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典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨
更新时间:2016-10-29 来源:《净水技术》 作者:肖先念,李碧清,唐霞,朱蕾,庞博,胡丽娅

摘要:该文系统阐述了“直接厌氧消化”和“预处理+ 厌氧消化”两类消化工艺及厌氧消化技术在国内外的应用情况; 从泥质分析、运行管理、政策指引三方面,分析了我国大部分污泥厌氧消化处理系统存在的问题; 通过解析国内厌氧消化工程成功案例、探讨工艺经济可行性,得出了“高温预处理+ 厌氧消化”工艺可作为我国典型城市污泥处置与利用的一种有效途径。

在众多的污泥处理处置方法中,厌氧消化由于具备回收潜在能量和降低环境危害的功能成为应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。通过直接厌氧消化或预处理后厌氧消化,可以极大降低污泥中有机质含量,使污泥稳定、易于脱水,并适合作为有机肥用于土壤改良、园林绿化; 产生的沼气经提纯后可广泛应用于居民用气、并网发电、车用气体等,减少日益紧缺煤、石油、天然气等有限资源的消耗。

我国典型城市污泥有机质含量普遍偏低,大部分在30% ~ 60%[1],因此现阶段主要采用卫生填埋、焚烧、堆肥、资源化利用( 如制水泥、砖等) 污泥处置方式。但是,随着近年来国家环保部颁发的《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》建议必要时将厌氧消化技术作为污泥处置首选工艺,同时国内部分厌氧消化工程有所起色,厌氧消化正逐渐成为我国城市污泥处理处置技术的热点研究对象。本文基于我国典型城市污泥厌氧消化处理工艺进行分析与探讨。

1 厌氧消化概述

1. 1 技术简介

1. 1. 1 直接厌氧消化

直接厌氧消化即传统厌氧消化,通常不经过任何前期处理而直接进行厌氧消化反应的一种处理模式,多用于处理有机质含量较高的人畜粪便、秸秆等有机废物,后期也用于市政污泥处理,但通常适用于有机质含量较高的污泥或掺有高浓度有机质废物的混合污泥。

厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应,分解污泥中有机质的一种污泥处理工艺。根据厌氧消化过程中甲烷菌的适宜温度范围,污泥厌氧消化可以分为中温( 35 ~ 40 ℃) 消化过程和高温( 50 ~ 60℃) 消化过程,高温消化速度快、负荷高、容积小,国外使用较多,而我国受经济水平所限更多地使用中温消化[2]。根据厌氧消化的工艺运行形式,分为两相消化( 两个反应器) 和两级消化( 一个反应器两环节) ,现阶段国内外仍以两级厌氧消化运行为主。

1. 1. 2 预处理+ 厌氧消化

传统厌氧消化普遍存在消化速率小、停留时间长( 20 ~ 30 d) 、处理效率低( 挥发性固体VS 的去除率为30% ~ 40%) 等不足,为改善以上问题,近年来人们对污泥的预处理技术开展了大量研究。厌氧消化的过程一般包括水解、产酸发酵和产甲烷3 个步骤,其中水解过程是限速步骤,水解过程将颗粒有机物变为可溶解有机物,污泥预处理的目的是加速和提高水解效果[3]。污泥的预处理方法包括加热处理、热化学处理、碱处理和超声处理等。

污泥高温预处理技术具有强化污泥降解、杀灭部分病原菌的作用,具有良好的应用前景。Hariklia等[4]采用70℃高温预处理研究发现厌氧消化产甲烷速率最大可达145%、甲烷产量提高20% ~ 26%;Li 等[5]发现活性污泥的最佳热处理条件是170℃下加热60 min,小试结果表明经热解污泥只需5 d 停

留时间,COD 去除率即可达到60%; Stuckey 等[6]发现活性污泥的最佳热解温度为175 ℃左右,温度再高效果会出现下降。不过高温预处理技术能耗高、运行管理较复杂,有待进一步完善。

此外,林志高等[7]、Cai 等[8]发现,在污泥中加入NaOH 或Ca( OH) 可以改善污泥的消化性能,通常污泥固体浓度为0. 5% ~ 2%,碱的用量为8 ~ 16 gNaOH/100 TS; 曹秀芹等[9]在实验室条件下污泥经超声处理后,污泥絮体被分解,絮体尺寸变小,超声波处理30 min,SCOD/TCOD 提高3 倍左右; 英国COS Technik 公司研发的Biogest Crown 污泥降解系统是一种通过利用压力差来溶解污泥的设备[10],可使污泥降解程度提高20%,产气量提高30%,该反应器处理污泥的浓度范围为3% ~ 8%。

1. 2 国内外发展历程

1. 2. 1 国外发展情况

目前在整个欧洲共有超过36 000 座厌氧消化反应器,对污泥的处理量占欧洲总产泥量的40% ~50%[11]。其中欧盟对厌氧消化技术最为推崇,厌氧消化也是该地区最为常见的处理方式[12],如表1 所示。德国每年产生污泥( 干重) 220 万t 且大于5 000 t的污水厂均设厌氧消化处理,英国和法国每年产生的污泥近120 万t 和85 万t。根据美国环保署1998 年的调查,厌氧消化是美国污水厂采用最普遍的污泥稳定方法,占60%。日本大多数污水处理厂也是采用厌氧消化来处理污泥,而且近年不断改进消化技术,如通过机械浓缩产生更高浓度污泥进行厌氧消化及对搅拌技术和热效的改善等。

版权、出处:《净水技术》

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