典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨_肖先念

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。
有机质含量
厌氧温度
污泥处理量或池容
沼气利用方式
北京高碑店污泥消化处理工程 天津纪庄子污水处理厂 杭州四堡污水处理厂 郑州王新庄污泥厌氧消化系统 大连东泰夏家河污泥处理厂 青岛麦岛污水处理厂 北京小红门污泥消化技术 上海白龙港污泥厌氧消化工程 襄阳污泥处理项目
圆柱形 圆柱形 卵形 圆柱形 圆柱形 圆柱形 卵形 卵形 圆柱形
44
0
0
卢森堡
81
0
5
0
荷兰
44
35
0
0
西班牙
65
5
—
Hale Waihona Puke Baidu26
注： —表示未知
厌氧消化技术在发达国家应用较为广泛，除了 有机质含量（ 60% ～ 80% ） ［13］和分解率较高外，另一 个重要原因就是沼气利用途径较为发达，其中沼气 发电更是受到广泛重视和积极推广，如美国的能源 农场、德国的可再生能源促进法的颁布、日本的阳光 工程、荷兰的绿色能源等［14］，而且早在 20 世纪 80 年代，发达国家的城镇污水处理厂污泥厌氧消化产 生沼气转化的电能即可满足污水厂处理时所需电力 的 33% ～ 100%［15］。美国波士顿鹿岛污水厂、马里 兰州后河污水厂、华盛顿蓝原高级污水厂等均对污 泥采用“厌氧消化 + 热电联产”技术，取得重大的经 济效益，其中马里兰州后河污水厂年产电力近 300 万 kW，相当于该厂 30% 以上的基本电负荷。 1． 2． 2 国内发展情况
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。
Investigation and Discussion on Technological Processes of Anaerobic Digestion for Typical
Urban Sludge
Xiao Xiannian，Li Biqing，Tang Xia，Zhu Lei，Pang Bo，Hu Liya （ Guangzhou Water Sewage Purification Co． ，Ltd． ，Guangzhou 510000，China）
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。
关键词 典型城市污泥 高温预处理 厌氧消化 资源化利用 探讨
中图分类号： X703
文献标识码： B
文章编号： 1009-0177（ 2015） 03-0017-05
DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2015.03.004
我国污泥厌氧消化技术起步较早，但技术应用发
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净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
Vol． 34，No． 3，2015
June 25th，2015
展较慢，与发达国家相比差距较大。目前建立污泥厌 氧消化系统的污水处理厂数量并不多，仅在北京、上 海、天津、重庆、青岛、石家庄、郑州、沈阳、南京、济南、 襄阳等城市的约 50 座大中型污水处理厂中建设了一 批污泥消化设施，目前仍可使用的只有 20 余处（ 部分 典型污泥厌氧消化项目如表 2 所示） ，其中运行效果 较为突出的有上海白龙港污泥厌氧消化工程、大连东
表 1 欧盟各国采用的污泥处理方法 Tab． 1 Treatment Method of Sludge Applied in EU
国家
厌氧消化
污泥处理方法比率 /%
好氧消化
堆肥
石灰法
比利时
67
22
0
2
丹麦
50
40
1
5
英国
60
—
—
—
法国
49
17
—
0
德国
64
12
3
0
希腊
97
3
0
0
爱尔兰
19
8
0
0
意大利
56
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
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肖先念，李碧清，唐 霞，等． 典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨
Vol． 34，No． 3，2015
檶殞
典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨
肖先念，李碧清，唐 霞，朱 蕾，庞 博，胡丽娅
（ 广州市净水有限公司，广东广州 510163）
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
Abstract Two kinds of techniques including “direct anaerobic digestion” and “pretreatment + anaerobic digestion”，and the applications of anaerobic digestion techniques at home and abroad was expounded systematically in this paper． The present problems were analyzed on the basis of sludge anaerobic digestion system，operation management and policy guidelines． Then through the analysis of successful cases at home and discussion of economic feasibility，it is concluded that the process of “high temperature preconditioning + anaerobic digestion”could be used as an effective way of typical urban sludge disposal in China． Keywords typical urban sludge high temperature preconditioning anaerobic digestion resource utilization investigation and discussion
我国典型城市污泥有机质含量普遍偏低，大部
［收稿日期］ 2014 -10 -21 ［基金项目］ 国家住建部 2014 年科学技术项目计划（ 2014-K7-003） ；
广州市科技计划项目科技惠民专项 （ 2014Y2-00174 ） ； 广州市水务科技项目（ 穗水科信字 2014-2 ） ； 天河区科 技计划项目（ 201305YG023） ［作者简介］ 肖先念（ 1986— ） ，硕士，研究方向为污水处理和污泥 处理处置。电话： 15989104585，E-mail： beijixiongqwe@ 163． com。
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。
泰夏家河污泥处理工程、青岛麦岛中温厌氧消化工 程、襄阳污泥综合处置示范工程等，其他大部分未运 行或中途停运。究其原因，除了消化污泥土地利用政 策和管理支撑力度不足、沼气利用缺少激励机制外， 我国已建污水厂多采用低负荷处理工艺（ 泥质有机质 含量低） 也是重要的影响因素［16］。
项目名称
表 2 国内部分典型污泥厌氧消化项目 Tab． 2 Some Typical Projects of Anaerobic Sludge Digestion at Home
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。
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 g NaOH /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% 。
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
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。
净水技术 2015，34（ 3） ： 17-21
净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
Vol． 34，No． 3，2015 Water PurifJiucnaeti2o5nth，Te20c1h5nology
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科研成果与理论创新
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