近年來(lái)，隨著我國(guó)污泥問(wèn)題的凸顯和國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日漸重視，城鎮(zhèn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化處理處置被提上了日程，一批污泥處理處置設(shè)施得到了建設(shè)。在污泥處理處置的各技術(shù)中，厭氧消化由于能在實(shí)現(xiàn)污泥常規(guī)處理處置的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源化(產(chǎn)甲烷)，被列入我國(guó)政府主推的幾種污泥處理處置主導(dǎo)技術(shù)。在我國(guó)污泥厭氧消化設(shè)施的實(shí)際運(yùn)行中，污泥處理處置設(shè)施運(yùn)行效率受制于低有機(jī)質(zhì)、高含砂量等泥質(zhì)特性的影響，整體運(yùn)行和產(chǎn)甲烷效率明顯低于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家同等規(guī)模的厭氧消化設(shè)施。為保證污泥厭氧消化系統(tǒng)的高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化和無(wú)害化，合理的預(yù)處理技術(shù)勢(shì)在必行。污泥熱水解技術(shù)作為污泥厭氧消化主要的預(yù)處理技術(shù)之一，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的破壁、有機(jī)物的溶出和病原體的殺滅，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。

本文在綜述污泥厭氧消化和高溫?zé)崴饧夹g(shù)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前工業(yè)中主流的裝備進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)裝備運(yùn)行效能進(jìn)行了分析，以期為實(shí)際污泥厭氧消化設(shè)施的運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

1  技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1污泥熱水解技術(shù)

污泥熱水解技術(shù)的工作原理是將脫水污泥(一般含水率在85%~90%左右)和溫度為150~260℃、壓力為1.4~2.6MPa的飽和蒸汽加入密閉的反應(yīng)釜，通過(guò)蒸汽對(duì)污泥進(jìn)行間接加熱，使污泥菌膠團(tuán)、內(nèi)部微生物和有機(jī)物水解破壁，從而使細(xì)胞失活，同時(shí)胞內(nèi)部分有機(jī)物如蛋白質(zhì)和多糖等，得以釋放并進(jìn)入上清液。

該技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代，起初用于改善污泥脫水性能;70年代末開(kāi)始用于污泥預(yù)處理，以提高污泥厭氧消化性能;90年代后被開(kāi)發(fā)用于反硝化碳源的獲取和活性污泥的減量研究;1995年Cambi公司在挪威哈馬爾的HIAS污水處理廠(chǎng)首次建造熱水解裝置作為污泥處理工藝的一部分，在此基礎(chǔ)上形成了污泥熱水解——厭氧消化技術(shù)體系。需要說(shuō)明的是，熱水解技術(shù)自身能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的無(wú)害化、減量化、穩(wěn)定化：熱水解使污泥含固率提高、脫水性能增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)污泥處理的減量化;高溫高壓過(guò)程使病原菌滅活，實(shí)現(xiàn)污泥處理的無(wú)害化;熱水解后有機(jī)物通過(guò)固液分離轉(zhuǎn)移至濾液中，使得干污泥中可生化降解的有機(jī)物減少50%以上，從而達(dá)到穩(wěn)定化。

污泥熱水解過(guò)程包括固體物質(zhì)溶解液化和有機(jī)物水解兩個(gè)過(guò)程。污泥經(jīng)熱水解處理后，污泥上清液中的溶解性物質(zhì)濃度大幅提高，尤其以污泥中蛋白質(zhì)和糖類(lèi)的溶出最為突出，能改善污泥的脫水性能和厭氧消化性能。相較于傳統(tǒng)的超聲和臭氧氧化法，熱水解技術(shù)對(duì)污泥有機(jī)物胞外聚合物的破壁能力更強(qiáng)，有利于后續(xù)的污泥生化處理，熱水解后污泥通過(guò)固液分離裝置分離為干化污泥和濾液。

1.2污泥厭氧消化技術(shù)

污泥厭氧消化是指利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng)，分解污泥中有機(jī)質(zhì)的一種處理工藝。厭氧消化一般包括水解、酸化和產(chǎn)甲烷等階段。通過(guò)厭氧消化，污泥體積減少為原來(lái)的30%~50%，脫水效果提高，水分與固體易于分離，穩(wěn)定性增強(qiáng)，無(wú)明顯的惡臭;同時(shí)厭氧消化過(guò)程能有效減少有毒病菌并產(chǎn)生大量的甲烷氣體。衡量污泥的厭氧消化性能和產(chǎn)氣性能的2個(gè)指標(biāo)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量揮發(fā)性固體(VS)產(chǎn)氣量和分解單位質(zhì)量揮發(fā)性固體產(chǎn)氣量，美國(guó)污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中這2項(xiàng)指標(biāo)的最佳范圍分別為0.5~0.75L/g和0.75~1.12L/g，國(guó)內(nèi)無(wú)明確規(guī)定。雖然污泥厭氧消化過(guò)程具有有效降解污泥有機(jī)物、殺死污泥中病原體、減小污泥體積及回收能源等優(yōu)勢(shì)，但厭氧消化系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在著水力停留時(shí)間長(zhǎng)(10~20d)和有機(jī)物去除率較低(20%~40%)等缺陷。

2  工藝配套裝備

2.1污泥熱水解裝備

目前污泥熱水解常用的裝備為水熱反應(yīng)釜，水熱反應(yīng)釜大多為圓柱形罐體，內(nèi)部設(shè)換熱裝置和機(jī)械攪拌裝置等。長(zhǎng)沙市污泥處理處置工程采用污泥熱水解-厭氧消化系統(tǒng)，其中熱水解的關(guān)鍵設(shè)施為污泥漿化裝備，主要包括1套污泥漿化罐、8套污泥熱水解罐(圖1(a))、1套混合及儲(chǔ)泥罐和2套熱交換器。各裝置規(guī)格如下：污泥漿化罐流量為20m3/h;污泥循環(huán)泵4臺(tái)，流量為20m3/h(2用2備);污泥熱水解罐直徑1.6m，高4m;熱交換器2套，電機(jī)功率為5.0kW，混合及儲(chǔ)泥罐電機(jī)功率為7.5+22kW。

各裝備運(yùn)行示意如圖2所示，具體運(yùn)行過(guò)程及參數(shù)如下。

(1)漿化裝備——污泥從料倉(cāng)柱塞泵提升至漿化裝備，在漿化裝備中利用閃蒸蒸汽加熱漿化至70~80℃，然后泵送至熱水解反應(yīng)罐。漿化裝備運(yùn)行時(shí)為連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料，反應(yīng)罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽通過(guò)漿化裝備內(nèi)部分配管和閥門(mén)通至漿化裝備的不同部位。在漿化裝置內(nèi)部，通過(guò)壓力表、安全閥、安全水封等動(dòng)態(tài)調(diào)整保證漿化裝備內(nèi)的壓力安全。

(2)熱水解反應(yīng)罐——熱水解反應(yīng)罐中利用鍋爐蒸汽加熱至130~150℃，保壓一段時(shí)間后泄壓，泄壓蒸汽進(jìn)入閃蒸蒸汽罐后再進(jìn)入漿化裝備預(yù)熱生泥，泄壓后反應(yīng)罐內(nèi)的污泥通過(guò)出漿泵排至熱交換器。熱水解反應(yīng)罐一個(gè)周期為90min，分為進(jìn)泥(15min)、加熱(15min)、保壓(30min)、泄壓(15min)、排泥(15min)5個(gè)過(guò)程，各反應(yīng)罐可聯(lián)動(dòng)工作。

2.2污泥厭氧消化裝備

污泥厭氧消化裝備主要包括污泥厭氧消化池(罐)主體(圖1(b))、進(jìn)料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、沼氣收集裝備、沼氣凈化裝備和沼氣安全裝備。各裝備的主要特征如下。

(1)消化池(罐)——可分為常規(guī)混凝土建造設(shè)施和一體化裝備。

常規(guī)的混凝土建造設(shè)施一般由池底、池體和池頂三部分組成，池底為倒圓錐形;池體主要有圓柱形、卵形和龜甲形等幾種(圓柱形應(yīng)用最廣泛);池頂可分為固定蓋式和浮動(dòng)蓋式兩種。整體而言，柱形消化池的反應(yīng)罐直徑在6~40m之間，罐體內(nèi)有一坡度為15%的錐底以及一個(gè)位于反應(yīng)罐中心的排泥出口，運(yùn)行時(shí)需保證罐體的污泥深度最低達(dá)到7.5m，以保證反應(yīng)器內(nèi)物料的充分混合，部分消化池也會(huì)配置格子狀的底部來(lái)減少罐體底部的不均勻沉砂，進(jìn)而減少反應(yīng)器的清洗次數(shù)。相對(duì)應(yīng)的，卵形污泥消化器是一種改進(jìn)的池形，該形狀的池體可降低砂石和浮渣積累，缺點(diǎn)為基建費(fèi)較高，且缺少足夠的氣體貯存空間。

編輯：汪茵