讓厭氧消化工藝技術重新煥發(fā)活力

唐建國（上海市水務局）

傳統(tǒng)的厭氧消化存在的主要問題：

問題一，消化效率低。5%進泥含固率，消化池體積龐大，時間長，污泥有機質含量低；

問題二，沼氣產物中H₂S含量高。除硫不容易，沼氣利用難；

問題三，設計和運行考慮不周。污泥中高含砂量，磨損、沉積；高浮渣含量。

——實際運行運行往往達不到設計規(guī)模，上海白龍港僅能夠達到設計規(guī)模的80%。

問題四，消化后的污泥產物無出路。處理后國內基本上還是填埋。

上述問題導致了對厭氧消化工藝技術的“畏懼”，使這一在國外為主流的污泥處理技術，在國內并不受青睞。

問題產生的原因：

原因一：沒有從污泥處理、處置的全過程來考慮污泥處理，導致處理后的產物沒有出路。——處置決定處理，處理失去了實際意義。

原因二：沒有充分認識到厭氧消化后，處理產物的價值，沼氣是能源、生物碳土含有珍貴的腐殖酸（胡敏酸和富里酸等）。——沒有真正認識到生物質利用的重要性，被重金屬嚇怕。

原因三：厭氧消化工藝操作比較復雜。——沒有沉下心來，研究設計和運行中存在的問題，專業(yè)人才匱乏，運行管理的水平不高。

原因四：沒有深入研究厭氧消化和物質轉化機理，硫酸鹽、重金屬等形態(tài)變化、pH變化規(guī)律等。——掌握機理，對做好厭氧消化非常重要。  

厭氧消化技術發(fā)展：

以高溫熱水解為厭氧消化預處理技術，是解決工藝系統(tǒng)問題的良策。

——國外將“高溫熱水解——厭氧消化”稱之為“高級厭氧消化”。

——英國：目前土地利用：只允許高級厭氧消化后這種深度處理后的處理產物。

水解的作用

作用一：水解以改善厭氧消化反應條件為目標，是一個預處理過程；

作用二：分解不可降解，或者難降解的物質，如胞外聚合物（EPS）。

該預處理技術是本世紀初由挪威CAMBI公司發(fā)明。

目前全球范圍已有20多個項目使用了這項技術，據資料介紹每年處理420000t污泥（以干重計），按照含水率80%計，相當于每天5800m3。

其目的是利用高溫和高壓迫使污泥分子結構發(fā)生變化（俗稱：破壁），以加快整個消化過程和脫水性能，并優(yōu)化污泥轉化為沼氣的有機物質比例。

熱水解處理過程包括以下階段：

——脫水污泥（含水率15~20%）進入混合預熱罐（也稱漿化罐），與從高溫熱水解污泥換熱和閃蒸罐回收蒸汽混和，將污泥預加熱至約100 ℃；

——預熱后的污泥進入高溫熱水解罐進行熱水解反應，在0.6~0.7MPa和150~170℃情況下，（熱水解）反應30min，一般采用序批式方法工作，即通過罐體準備、進料、反應、出料的四步輪換，實現(xiàn)連續(xù)運行；

——熱水解后的污泥會被急速送到閃蒸罐，由于壓力的釋放，在壓力差的作用下，污泥細胞得到破壞；

——經熱水解和閃蒸罐釋放壓力后的污泥溫度100~110℃，經熱交換器進行冷卻，換熱后污泥溫度在40~50℃，以滿足后續(xù)厭氧消化的要求。

——整個批次4~5小時。

高溫熱水解的效果：可提高可生化利用的物質；提高降解率，意味著能源——沼氣產量的提高；可改善脫水效果，實現(xiàn)污泥減量；可提高衛(wèi)生化水平。

對策措施：

對策一，從工藝系統(tǒng)上加以完善。

通過高溫熱水解預處理，解決了如下問題：

1、提高了消化效率：消化池進泥含固率從傳統(tǒng)的5%，可以提高的10~12%；消化溫度40℃左右，消化時間從20~25天，可以縮短到15~20天。

2、改善了污泥性能。污泥粘滯性得到改善，經高溫熱水解處理后污泥含固率降至11%左右。其粘滯性與含固率5%的污泥粘滯性相近。

——正因為如此，原有輸送和攪拌設備不用更換，就能夠實現(xiàn)能力翻倍。

——歐洲在厭氧消化設施擴容時，首選高溫熱水解作為預處理。

3、提高了沼氣產量。水解后，有機成分中能夠厭氧消化降解的成分增多，使沼氣產量增加；處理一立方米污泥（含水率80%）沼氣產量：

傳統(tǒng)厭氧消化為：30~40立方米。

高級厭氧消化為：50~60立方米。

——沼氣產量提高的另外一個意義是：有機物降解更加充分，污泥穩(wěn)定化成度更好。

4、改善了消化環(huán)境。高溫熱水解后，消化液的高銨氮濃度，使得消化液為弱堿性，有利于甲烷菌生長。

——甲烷菌較水解和酸化微生物對環(huán)境條件更加敏感，故其最易受到破壞。一旦甲烷菌受到破壞，消化的中間產物——有機酸就會富集。

——有機酸含量增加到2000毫克/升以上時，傳統(tǒng)消化的pH值就會降低到7.0以下（與消化液堿度有關）。

——pH值降低，又會導致非離解性酸含量和CO2增加，而使沼氣產量下降。

5、降低了硫化氫含量。傳統(tǒng)厭氧消化沼氣的硫化氫含量數百，乃至數千ppm，而高溫熱水后，往往不足100ppm。

——消化池中H2S的含量與pH有關，pH越低對消化反應的抑制作用就越大。

——高溫熱水后，消化池內的pH值為7.5~8.0。

——pH值7.3意味著比pH值為7.8溶液的H 摩爾濃度高3倍多。氫離子濃度低了，也就降低了形成硫化氫的可能性。

——硫化氫含量低是沼氣利用的福音。

6、降低了重金屬的溶解性。由于氫離子濃度的降低，為硫與重金屬離子的結合創(chuàng)造了條件，形成難溶解的硫化與重金屬的化合物，而且是難溶解的。

——離子態(tài)重金屬，成為非離子態(tài)的重金屬。

——這就是“固定”或者“鈍化”作用。

——重金屬的毒性——一定要結合重金屬的形態(tài)變化來講。

7、提高穩(wěn)定化水平。熱水解厭氧消化后的污泥有機物降解率高，消化后的“污泥”不粘手，也沒有令人作嘔的氣味。

——德國DIN4045定義：穩(wěn)定化處理是指減少氣味物質和有機物含量的處理，與此同時改善脫水性能，減少病原菌的污泥處理過程。

——穩(wěn)定化的實質是：微生物不再具有發(fā)生作用條件。

對策二，從裝備和運行上予以應對。

1、積極應對砂和渣。我國污泥中高砂和高渣含量直接影響著輸送和消化設施的安全運行。

——美國旋流沉砂池可以做到對0.07mm砂子的去除率達到85%。

——彌補措施，采取對進泥進行分離的辦法。

2、設備形式要改進。主動從設備形式上和設備配備上進行改進，適應我國的泥性。

——不同的高溫熱水解罐形式。

3、強化消化池攪拌。攪拌好了就能夠有效避免浮渣和沉砂。

對策三，從生物質利用高度解決出路

1、了解一下日本。日本最近更改了下水道的定義，新的下水道定義是：收集從城市排放出的資源、能源并進行再生的設施。

2009年3月日本《社會資本建設重點計劃》進行了修改，將下水污泥循環(huán)利用率進行了修改，采用新的指標——生物質循環(huán)利用率。

生物質循環(huán)利用率的定義是：下水道污泥中的有機物被有效用于氣體發(fā)電等能源利用和綠農地利用的比例。

——這一定義的修改，更加體現(xiàn)了日本對下水污泥生物質資源化利用的重視。

——目標是由2008年的23%，提高到2012年的39%。

2、看看我們自己。差距在哪里？

——把好氧發(fā)酵和厭氧消化處理后產物，仍然稱為污泥，才有了污泥處置。

——污泥處置，提法科學嗎？

——處理后的產物，為什么不能夠叫“生物碳土”。

——處置是處理后產物的利用。

——處理是滿足產物利用的要求。

3、如何有出路。有機物、氮、磷進入水體——富營養(yǎng)化；進入大氣——溫室氣體、PM2.5；

只有把有機物、氮、磷變成生物質——能源和生物碳土加以利用才有出路，而且不會污染。

可借鑒的經驗：

1、充分注重與污泥實情相結合。不但要應對砂子，還要應對“老泥”的處理。

——魚梁洲污水處理廠日產污泥約150~200噸/d（含水率80%），在該污泥處理廠建成之前，由于污泥未加處理，導致近15萬噸的污泥（含水率80%）堆積在廠內，所以該污泥處理廠除要處理每日脫水的新鮮污泥外，在近期還要承擔堆積污泥的處理任務，目前每天約處理堆積污泥100噸。

2、充分利用高溫熱水解帶來優(yōu)勢。襄陽工程沼氣的硫化氫含量為50-100ppm（消化池出泥pH為7.8）?，F(xiàn)厭氧消化池每天約產生沼氣8000~10000m3，除系統(tǒng)自用外，其余提純處理——約為1000~15000 m3，達到國家壓縮車用天然氣標準，用于加氣站，供汽車使用，售價4.5元/ m3。

——上海市白龍港污水處理廠沼氣的硫化氫含量為350~800ppm（消化池出泥平均pH為7.34）。

——除硫的簡化——省事、省錢。

3、充分挖掘設施潛力。積極利用設施潛力，積極探索餐廚垃圾的同步處理。

4、充分實踐“生物碳土”的利用。獨到的“可移動式”苗木栽培技術，讓處理后的產物——生物碳土有了出路。

（根據中國給水排水雜志2014年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會報告速記內容刪減，未經報告人審核。）

實現(xiàn)低碳綠色循環(huán)終極目標——污泥熱水解高級消化處理

2016-05-05 廖足良 

編者按

目前，康碧污泥熱水解高級消化技術占國際市場份額85%以上，該技術致力于變問題為產品，變廢物為價值，實現(xiàn)低碳綠色循環(huán)終極目標。2015年該技術在北京城區(qū)污泥處理的三年行動計劃中（共5座污泥處理設施）得到推廣應用，在國內日益受到關注，有必要對該技術進行全方位的了解。

廖足良 康碧集團 亞太地區(qū)技術銷售及

             業(yè)務拓展總監(jiān) 博士

（本文根據作者在“第七屆中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用”會議報告整理）

熱水解對市政污泥和有機垃圾處理帶來價值見下圖。

能效高而可靠的熱水解蒸汽爆破工藝

熱水解工藝描述

熱水解預處理系統(tǒng)由一個漿化罐、四個到六個反應罐和一個卸壓閃蒸罐組成。污泥經螺桿泵從儲泥罐連續(xù)不斷地送入漿化罐、再經過螺桿泵以批次方式送入各個反應罐、在批次加入蒸汽進行高壓蒸煮后、在反應罐自身壓力推動下污泥進入閃蒸罐卸壓閃蒸。閃蒸后釋放的蒸汽回到漿化罐，對污泥進行預熱漿化。閃蒸后的熱水解污泥在閃蒸罐停留一定時間，并通過螺桿泵連續(xù)不斷地送出到下一步冷卻工藝中。熱水解預處理系統(tǒng)按照預定程序周而復始運行。

參數對比: 傳統(tǒng)消化和Cambi熱水解消化的區(qū)別

康碧消化后脫水產生類似堆肥的達到美國A級生物固體標準要求的產品

生物固體品質——并不需要進行任何的堆肥作用，作為肥料的原料，可以直接運用到土地上去。

1 顆粒狀，多孔

2 松散，透氣，微氧后整理

3 自然堆肥現(xiàn)象

4 全面殺滅病原菌

5 A級生物固體

華盛頓特區(qū)水務高級消化脫水泥餅衛(wèi)生學指標——達到美國A級生物固體標準

該項目目標是變每年7百萬美元的沼渣處置成本為3百萬美元的有機碳土收益

康碧集團和北排建設戰(zhàn)略合作，實施北京北排五個項目——高碑店，小紅門，清河第二，鄭王墳（槐房），高安屯

高碑店污水廠

2014原狀：傳統(tǒng)消化—16個罐，4組 ，每組4個，單罐7800 m³，直徑21米

2015年改造，采用熱水解 厭氧消化，效果圖如下。

小紅門污水廠污泥升級改造采用康碧熱水解的現(xiàn)場圖片，該廠處理約180噸干固體/天

  不斷采用各種成熟的新工藝，實現(xiàn)再生能源最大化，污泥產量最小化。

  確保安全和可持續(xù)的循環(huán)利用，為農戶和食品生產商提高信心，同時通過其他形式的處理和能源化減少對農用的依賴。

  從2010年來，確定投入2.5億英鎊，通過建設8個熱水解項目（Beckton, Crossness, Riverside, Basingstoke, Oxford, Crawley, Long Reach, Chertsey）提高污泥處理能力。服務大倫敦區(qū)域和周邊地區(qū)，人口一千五百萬人，350余污水廠站，污泥總量1000tDS/d.

  有20余座消化焚燒設備（含Beckton和Crossness 2座焚燒），到2015年有7座有熱水解THP設備，共約520 tDS/d,發(fā)電318 GWh

  2020年前，還有約400tDS/d熱水解擴能，基本處理所有污泥。

泰晤士水務的污泥處理（焚燒設備2009）

其中Beckton和Crossness占全國37%的能力，原需要補充天然氣才能焚燒。

解決方法是提高進爐的含固濃度，減少水分。

熱水解高級消化后采用高干度脫水，達到40%以上（40%到45%）,大幅度改善焚燒的能量平衡。

Crossness污泥焚燒

流化床焚燒爐

污泥處理工藝

  在采用熱水解高級消化前提下，消化污泥較容易脫水。

  采用以膜壓過濾工藝為主，達到更高的干度。

  板框壓濾 Bucher脫水。

  THP泥餅建議和初沉污泥泥餅混合送燒。

Crossness擴建中——熱水解高級消化高干度脫水土地利用和部分焚燒

擴建中——兩條熱水解工藝線，6個消化罐，單體3500立方米

擴建中——污泥壓濾， 高干度脫水

4曼切斯特地區(qū)Davyhulme污泥資產平衡方案，處理能力250噸干固體/天，歐洲最大項目：

污泥通過脫水送到消化地點

興建高級消化中心達到以下目標:

1)提高污泥脫水性能提高能值

2)污泥轉化為更多沼氣，減少污泥總量

3)通過回用更多的優(yōu)質A級泥餅回到土地，減少焚燒的負荷

預處理工藝必須同時達到以上三個目標

三、低碳綠色循環(huán)——減少碳足跡

熱水解高級厭氧消化位居低碳前列——熱水解-高級消化-沼氣能源利用-沼渣土地利用

實現(xiàn)優(yōu)質生物固體處理的碳足跡比較—熱水解中溫高級厭氧消化的碳足跡是最低的

康碧的碳減排綠色循環(huán)目標的實踐——變問題為產品，變廢物為價值

  21個國家54個項目年處理一百四十八萬噸干固體。

  年產六億立方沼氣，相當于三十六億度電能，碳減排一百五十萬噸二氧化碳當量。

  替代五百七十萬噸煤

  污泥處理過程和最終優(yōu)質生物固體產品實現(xiàn)低臭味，達到綠色生產工藝過程

  沼氣利用替代化石能源，生物固體土地利用替代肥料和微量元素，大幅度減少填埋焚燒，實現(xiàn)循環(huán)經濟的目標。 

四、結語

1.熱水解高級厭氧消化以能源化資源利用為核心，全面達到穩(wěn)定化、減量化、安全衛(wèi)生化、能量利用、資源利用的五大目標。

2.熱水解高級厭氧消化為傳統(tǒng)消化的升級擴容改造提供了一條有效的途徑。

3.熱水解高級厭氧消化為利用一個廠現(xiàn)有消化罐建設區(qū)域污泥及有機垃圾處理中心提供有效途徑。

4.熱水解高級厭氧消化為新建項目提供低碳節(jié)能的整體解決思路。

5.熱水解高級消化及高干度脫水為結合焚燒的處理處置路線提供優(yōu)化的能源平衡，降低焚燒量，并提供消化后脫水的生物固體的土地利用途徑，形成污泥多途徑處置戰(zhàn)略。

6.在現(xiàn)有焚燒設備前端結合高級消化，全面優(yōu)化項目的能耗、運行、投資、經濟和環(huán)境效益，為現(xiàn)有污泥焚燒項目轉化為能量自持低碳提供更優(yōu)化的解決方案。

7.熱水解高級消化為污泥處理處置鋪平一條實現(xiàn)低碳綠色循環(huán)目標的大道。

來源：中國給水排水雜志

天津津南污泥處理廠能源自平衡示范項目介紹

原創(chuàng) 2016-05-12 李玉慶 

主持人楊向平： 下面請?zhí)旖騽?chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司總工程師李玉慶介紹津南污泥處理廠項目，他報告的題目是《津南污泥處理廠工程（循環(huán)經濟示范工程）項目介紹》，大家歡迎！

李玉慶：各位專家、各位領導上午好！下面我就津南污泥處理廠能源自平衡示范項目做一個介紹。介紹分三塊內容，分別是：項目概況、項目特點和項目進展。

    一、項目概況

津南污泥處理廠的設計單位是華北設計院，項目規(guī)模是800噸/天（80%含水量），占地6公頃，采用的處理工藝是高效厭氧消化 板框脫水 干化工藝，污泥的出路是綠色土地（或稱土地改良），其總投資是5.96個億，建設成本是330.99元/噸（含水率80%污泥），經營成本是207.58元/噸，處理后達到國家相應的技術標準，其中污泥處理后的含水率達到40%到60%，惡臭氣體排放、噪聲控制以及生產廢水處理均符合相應的技術標準，這里生產廢水的處理包括總磷的去除和總氮的去除等這些輔助工藝。這是津南污泥廠的位置（PPT）平面圖，在天津的南部，這是津沽污水廠，津沽污泥廠的規(guī)模是55萬噸。

 二、項目特點

下面我簡單介紹一下津南污泥處理廠項目的主要特點，該項目污泥處理工藝是應用高濃度厭氧消化工藝，處理的污泥來源主要是中心城區(qū)的四座污水處理廠的污泥，其中包括東郊、咸陽路、北辰和津沽污水廠的污泥，污泥處理量大約在700多噸每天。進泥情況分別是，東郊廠、咸陽路廠和北辰污水廠等三廠的80%脫水污泥，和津沽污水廠濃縮后污泥直接進入津南污泥廠污泥接收調配站，調配站里的污泥有80%是從東郊、咸陽路、和北辰三廠運來的。污泥經過調配達后含水率在90%左右，目前是91%到92%，之后進行高濃度厭氧消化，消化之后的污泥進行高干度脫水，再進行薄層干化，繁華之后出來的廢液進行磷回收和厭氧消化，產生的氣分別用于薄層干化，給污泥廠厭氧消化池進行加溫和為污泥熱干化提供熱能，目前津南污泥廠是全國唯一沒有引進外部能源進行熱干化的污泥處理廠，這樣一來項目存在相當大的風險。

項目的關鍵環(huán)節(jié)就是：能源能不能自平衡？如果達不到自平衡將來滿足不了脫水要求。針對這個問題，在脫水階段我們現(xiàn)在采用兩種解決辦法，一種辦法是前一階段盡量將脫水之后的泥的水率降到65%以內。另外一個辦法就是，在污泥干化部分和產氣部分，使系統(tǒng)盡量多產氣。在這里我們引入了兩部分研究，一個是在項目前期的預研的時候我們做了一部分的污泥破壁，發(fā)現(xiàn)只利用高電壓脈沖破壁，其破壁效果率并不是特別高，維持在3%以內，但它的能耗和輸入比還是很好的，因為它的能耗只有幾千瓦/800噸。另外我們將生物制劑投入加溫之后的污泥中，讓它自然的進行分離，分離效率會提高很多。通過這兩部分研究，經過理論計算，能量能夠達到自平衡，在春季和秋季還有部分的沼氣富余，運營成本低于干化的成本。

下面簡單介紹一下高濃度厭氧消化系統(tǒng)，普通的厭氧消化系統(tǒng)，其污泥濃度是3%到5%，津南污泥廠高濃度厭氧消化系統(tǒng)的消化污泥濃度有5%提高到10%。系統(tǒng)本身含水率就低，其自身消耗能源也會降低。與普通消化池相比，減少消化池熱損50%以上，節(jié)省沼氣約11000Nm³/d。占地面積小，節(jié)省消化池池容50%以上，約2.4萬m³.另外，系統(tǒng)加入的這部分生物復合制劑，通過復合菌劑通過促進反應體系中的有效反應底物生成，強化污泥固形物水解，提高可溶性有機質和可溶性COD含量，加快厭氧消化反應速率，提高產氣量。系統(tǒng)利用脈沖高電壓污泥破壁撞匙，使細胞壁破裂，細胞內有機質流出，有利于后續(xù)污泥消化，提高可消化的有機物量，從而提高有機物分解率約5%到10%。

關于高壓板框脫水系統(tǒng)，我們采用的是中壓，工作壓力是24公斤，工作壓力相對來講比傳統(tǒng)的板框壓力提高了將近一倍，這樣一來出來的含固率較高，含水率較低。采用這種方式比較安全，消化效果越好，脫水效果就會越好，這是成正比的。消化廢水處理采用先進磷回收除磷技術-磷酸銨鎂（鳥糞石）工藝，減小了高濃度磷對污水處理廠的沖擊，減少化學污泥量約1600噸/年（含水80%），產生鳥糞石（磷肥）量約490噸/年。另外消化廢水還采用先進的厭氧氨氧化技術，其氮去除率遠高于傳統(tǒng)脫氮工藝的氮去除率，無需外加碳源，需氧量小，大大降低生物脫氮的運行費用，避免溫室氣體排放，污泥量少，減排效果明顯。

三、項目進展

項目土建和設備安裝已經完成，2015年7月份正式啟動污泥調配和消化系統(tǒng)調試運行，目前各系列運行基本正常，調試過程中整個系統(tǒng)包括污泥調配、輸送、脫水等工藝狀況表現(xiàn)良好，沼氣收集處理系統(tǒng)的管線、過濾、脫硫裝置、沼氣儲罐和沼氣增壓風機均輔助參與運行，工藝狀況表現(xiàn)基本正常。

關于高濃度厭氧消化系統(tǒng)，在啟動初期每天投泥140噸，從去年8月份開始，每天投泥200~300噸，到12月份每天投泥達到400~500噸，目前每天投泥達到600噸左右，進泥含固率10%左右。目前消化罐區(qū)16座消化罐已經全部啟動。

目前從產氣量來看，投加增效菌劑后，消化系統(tǒng)產氣量增大。在啟動后23天左右的時間內，投入0.6‰的處理組共產生沼氣2萬m³，投入1‰的處理組共產生沼氣2.4萬m³，不加增效菌劑組共產生沼氣1.4萬m³ 。以按0.6‰投入增效菌劑和未投入菌劑產氣數據對比來看，產氣率大概提升43%。

從產氣速度上來看，投加增效菌劑后，消化系統(tǒng)啟動時間快。投加增效菌劑封罐大約3天左右，即開始產生沼氣，沼氣中甲烷純度達到70%以上，各位專家可能會存在一部分質疑，產生的甲烷含量為什么這么高，污泥原有機份約50%，同時通過投加增效菌劑將部分難降解的蛋白質進行了分解，提高了甲烷含量。

污泥破壁可以提高有機物分解率。高電壓使細胞壁破裂，細胞內有機質流出，有利于后序污泥消化，提高可消化的有機物量，從而提高有機物分解率約5%以上，提高產氣量10%~15%。津南污泥廠應用污泥預處理裝置3臺，每臺功率1.8kW，總功率5.4kW，電耗比較低。

目前每日產氣量達到1.8~2.1萬m3，沼氣中甲烷平均濃度為72%，脫硫前硫化氫濃度20~40ppm，基本上不用經過脫硫工藝就可以直接輸送至鍋爐房，為物料加熱、保溫和脫水污泥熱干化供熱使用，目前產氣量可滿足全工藝段自身使用，實現(xiàn)全工藝能量平衡的設計目標，多余的沼氣通過沼氣火炬進行燃燒處理。設計上，多余的沼氣提純成天然氣后進行銷售，目前還沒有辦完相關的手續(xù)，只能進行火炬燃燒處理。

關于高壓板框系統(tǒng)，自去年8月底起以每天50~100 m3處理量進行調試啟動，到11月份處理量提升至每天200 m3以上，并不斷增長，目前每天處理量穩(wěn)定在800 m³以上，出泥含水率65%以下。

設計要求板框脫水后污泥含水率達到65%以下，板框脫水后污泥含水率越低對后期的干化越節(jié)省能源。

污泥廠厭氧氨氧處理工藝系統(tǒng)正在進行調試，還沒調試完畢。

干化車間設計進泥量346噸每天，進泥含水率65%，出泥含水率為40%，采用薄層干化工藝。設二級換熱系統(tǒng)，一級換熱：污泥熱干化熱水通過廠區(qū)內的熱力管溝進入地下管廊，通過多級高效換熱器與消化池進泥作間壁式換熱，以余熱完成污泥進料加熱和消化罐保溫；二級換熱：熱水通過管道流入污水處理站水源熱泵，為生物池、磷回收等生化、物化反應提供熱能。

本項目采用將污泥消化產生的沼氣用作污泥干化的熱源，同時污泥干化處理中的余熱回收用于進行消化加熱的污泥綜合處理工藝，整體工藝熱能可實現(xiàn)自平衡，節(jié)約干化處理能耗，污泥綜合處理的運行成本低。

同時厭氧增效菌劑對于厭氧消化具有顯著的增效作用，可提高產氣率及產氣量。脈沖高電壓污泥預處理裝置可有效的使污泥破壁，從而提高有機物分解率約5%~10%，提高產氣量10%~15%。

經測算冬季、夏季產氣量能滿足該項目的能量自平衡，春季、秋季略有盈余，每天可節(jié)約10%沼氣用于提純利用。

津南污泥能源自平衡項目目前的情況匯報完畢，歡迎各位專家去參觀指導。謝謝！

主持人 楊向平：謝謝李總給我們介紹了一個大型項目，該項目主要采用的是傳統(tǒng)工藝，同時工藝細節(jié)又包含了很多新的技術，例如前端的高壓破壁，中間的增效劑、氮磷的回收，最后還有沼氣的利用和污泥的綜合利用。后期我們會組織參觀津南污泥處理廠，該項目目前已經取得了初步的成果，它的穩(wěn)定運行將會對全國污泥處理處置工作起到重大的啟發(fā)和推動作用。

天津津南污泥處理廠工程（循環(huán)經濟示范工程）項目簡介

2016-02-28 中國給水排水 

1、項目概況

津南污泥處理廠工程（循環(huán)經濟示范工程）是天津市節(jié)能環(huán)保重點工程項目，建設在天津市津南區(qū)大孫莊津南污水處理廠廠區(qū)內，用于處理津南污水處理廠(紀莊子污水處理廠遷建項目)以及咸陽路、北辰、東郊、大寺污水處理廠產生的污泥。項目由天津城市基礎設施建設投資集團有限公司投資，由天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司負責建設，核心技術設備--高濃度污泥中溫厭氧消化系統(tǒng)由安陽艾爾旺新能源環(huán)境有限公司提供并建設實施，設計單位為中國市政工程華北設計研究總院有限公司。

項目規(guī)模為日處理污泥800噸（按含水率80%計），污泥處理采用“AAe高濃度高效率厭氧消化 板框脫水 干化”工藝。產生的沼氣用于脫水后污泥深度干化、廠區(qū)自身用能和壓縮天然氣輸出，廢水回津南污水處理廠處理達標排放，消化后的脫水干化污泥（40%含水率）作為園林綠化土利用。

項目于2014年6月開始建設，2015年7月底開始投料運行，一次調試啟動成功。

本項目是目前國內最大的市政污泥厭氧消化處理項目之一，也是目前國內污泥處理工藝領先、處理工段最全的污泥處理廠。整體工藝體現(xiàn)了低碳環(huán)保、節(jié)能減排、資源能源循環(huán)利用的特點，在國內具有很強的循環(huán)經濟示范效應。

2、工藝技術特點

污泥處理整體工藝主要由污泥接收及預處理系統(tǒng)、AAe污泥厭氧消化系統(tǒng)、沼氣凈化利用系統(tǒng)、污泥板框脫水系統(tǒng)、污泥熱干化系統(tǒng)、磷回收系統(tǒng)和沼液濾液的厭氧氨氧化處理系統(tǒng)等組成。 磷回收系統(tǒng)核心技術設備由宜興華都琥珀環(huán)保機械制造有限公司提供并建設實施。

污水處理廠產生的脫水污泥635t/d（含水率80%）及初沉污泥1100 t/d（含水率約97%）在接收及預處理系統(tǒng)進行混合調配，使混合后的污泥含水率達到約90％（約1780t/d），并進行除雜、增溫等預處理后滿足厭氧消化系統(tǒng)的進料要求，經物料泵送至AAe組合式高效厭氧消化反應器，污泥經過中溫消化處理后，每天產生沼氣約36000m³，沼氣經過脫硫等處理后用于鍋爐，鍋爐產生的熱量供給厭氧消化過程用熱和污泥熱干化使用，剩余沼氣提純壓縮天然氣外運。

厭氧后的消化液約1730t/d經過消化混合液貯池調解后，進入消化液脫水間進行脫水處理，脫水采用板框壓濾工藝。脫水污泥送熱干化系統(tǒng)進一步干化至含水率40%以下，每天產生干化污泥約200噸，干化污泥作為園林綠化土/生物肥原料外運。脫水產生的廢水回流至津南污水處理廠進行處理達標排放。 

項目采用生物厭氧消化技術，利用微生物降解污泥中的有機污染物并產生生物質能源沼氣，部分供給污泥處理系統(tǒng)作為自身用能，消化后污泥經過脫水及深度干化后，作為園林綠化/生物肥原料。 在污泥無害化處理的過程中，實現(xiàn)最大程度的資源化利用，不產生二次污染，同時可實現(xiàn)二氧化碳減排約17.78萬噸/年，對減輕溫室效應具有重大意義。

項目核心厭氧消化工藝段采用了具有國際先進技術和具有豐富工程業(yè)績的AAe厭氧消化技術及核心設備，解決了傳統(tǒng)污泥厭氧消化技術設備在運行過程中存在的攪拌不均勻、沉砂淤積、浮渣結殼、泡沫堵塞、溫度不恒定等一系列技術問題，實現(xiàn)項目的持續(xù)、穩(wěn)定、高效運行。

3、工程照片

津南污泥處理廠工程——鳥瞰圖

津南污泥處理廠工程——污泥預處理間

津南污泥處理廠工程——AAe厭氧消化系統(tǒng)

津南污泥處理廠工程——自動化控系統(tǒng)

津南污泥處理廠工程——熱干化系統(tǒng)出泥，含水率40%

AirPrex磷回收處理系統(tǒng) 

目前,在德國和荷蘭等國家已有多個市政污水處理廠也采用了這一多功能磷回收處理工藝 (即污水處理廠在原來生物除磷的工藝上補充增加 MAP-沉淀處理工藝)，運轉情況同樣十分成功:

德國柏林 Wa?mannsdorf 污水廠(2000 m3 消化污泥/d)

德國 MG-Neuwerk 污水廠(1500 m3 消化污泥/d)

荷蘭 Echten 污水廠 (400 m3 消化污泥/d)

荷蘭 Amsterdam 污水廠 (2500 m3 消化污泥/d)

德國 Steinhof 污水處理廠(2014年投產)

德國 Uelzen 污水處理廠(2014年投產)

德國 Lingen 污水處理廠(2014年投產)

來源：water8848

 長沙市污水處理廠污泥集中處置工程項目 
（中國市政工程華北設計研究總院 設計）

項目名稱:長沙污水廠污泥集中處理處置項目
項目設計規(guī)模500噸／天，其中脫水污泥434噸／天，餐廚66噸／天
主體工藝采用高溫高壓熱水解 高含固高溫協(xié)同厭氧消化 板框脫水 熱干化處理，沼渣用于填埋廠覆蓋土和園林利用。沼液經DEMON厭氧氨氧化和AO處理后，再經膜處理后廠區(qū)回用及達標排放。產生沼氣凈化后用于發(fā)電和產熱，部分供廠區(qū)使用。
項目建設地點為長沙市望城縣橋驛鎮(zhèn)壽字石村長沙市黑糜峰垃圾填埋場內。干化后的污泥按照《城鎮(zhèn)污水處理污泥處置 混合填埋用泥質》（GB/T23485-2009）的要求，作為垃圾填埋場覆蓋土的添加料。項目估算總投資37836萬元。

2014年9月14日，參加中國給水排水雜志社主辦的“2014年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會（第五屆）”的約300多名代表參觀了長沙市污水處理廠污泥集中處置工程，這一國內領先的污泥處理處置項目為污泥的資源化利用開辟了一條新的綠色之路。

項目全景圖

長沙市污水處理廠污泥集中處置工程，由國家污泥處理處置技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟會員單位，上海同濟普蘭德生物質能股份有限公司牽頭負責建設與調試。該項目坐落于長沙市黑糜峰垃圾填埋場內，四周綠樹環(huán)繞，具有很好的地理位置。走近廠區(qū)，占地面積不大的工程現(xiàn)場，各工藝環(huán)節(jié)的設備安放井然有序，緊湊而美觀，尤其是兩個巨大的橙色厭氧消化罐，格外引人注目。廠區(qū)秩序井然，管理嚴格，污泥實現(xiàn)全密閉處理，運行實現(xiàn)了全程自動化。

參觀人員從觀景平臺參觀熱水解系統(tǒng)

該項目處理規(guī)模500噸/日，其中脫水污泥434噸/日，餐廚66噸/日。主體工藝采用熱水解 高含固高溫厭氧聯(lián)合消化 板框脫水 熱干化處理。

來自長沙市內污水廠脫水后的污泥被集中收運至此，脫水污泥進入料倉后，由泵輸送至污泥螺旋漿化機，再由漿化機進入污泥熱水解系統(tǒng)進行熱水解預處理，反應后的污泥經熱交換后，進入儲泥罐，與餐廚垃圾一起被送入橙色厭氧消化罐進行反應，進料含固率可高達12%以上。充分厭氧消化后的污泥經高壓板框壓濾機脫水，形成含固率約40%的泥餅和高負荷的濾液。泥餅經污泥干化設備后被制成顆粒，用于填埋場堆體覆蓋土。濾液經DEMON厭氧氨氧化脫氮處理后，經由兩級AO池進行進一步處理，出水經膜工藝處理后，一部分用于廠區(qū)回用，一部分達標排放。沼氣經凈化后，主要用于發(fā)電機發(fā)電或余熱鍋爐產蒸汽，補給整個系統(tǒng)熱源。

高溫厭氧消化系統(tǒng)

該項目的主要優(yōu)點有：

• 實現(xiàn)脫水污泥集中熱水解預處理

• 保障后續(xù)污泥高含固厭氧消化的效率

• 有效去除系統(tǒng)的砂

• 實現(xiàn)污泥與餐廚垃圾共發(fā)酵

• 提高污泥降解率和產氣率

• 實現(xiàn)系統(tǒng)徹底衛(wèi)衛(wèi)生化

• 實現(xiàn)高效節(jié)能脫氮

• 實現(xiàn)了城市污泥的資源化利用技術路線

來源：water8848

白龍港污水處理廠污泥厭氧消化系統(tǒng)的運行分析

2014-12-12 中國給水排水

白龍港污水處理廠污泥厭氧消化系統(tǒng)的運行分析

蔣玲燕

(上海城投污水處理有限公司  白龍港污水處理廠，上海 201201)

上海市白龍港污水處理廠污泥厭氧消化工程是目前國內最大的污泥厭氧消化工程。該工程于2011年5月完成啟動調試，其工程運行數據對污泥厭氧消化系統(tǒng)的工程設計與調試運行具有非常重要的借鑒意義。

1          工藝流程

白龍港廠厭氧消化系統(tǒng)工藝流程見圖1。該厭氧消化系統(tǒng)設計日處理量204 tDs/d，進泥流量4080 m³/d，日產沼氣44512m³/d。

圖1   污泥厭氧消化處理工藝流程示意

2   工程調試情況

系統(tǒng)共有8座單體容積12400m³的消化池，從成本控制及經驗積累的角度出發(fā)，采用了原始培養(yǎng)和接種培養(yǎng)兩種啟動模式。第一批啟動的消化池為1^#和3^#，采用原污泥啟動；第二批啟動的消化池為2^#和4^#，通過1^#和3^#消化池內厭氧污泥進行接種啟動，接種量約1000~2000m³。剩余4組消化池（5^#~8^#）采用第二批同樣的方法啟動。

3    運行控制措施

3.1   進泥及排泥系統(tǒng)

在運行過程中，由于消化池浮渣較嚴重，主要采用頂部進泥方式，通過進泥與攪拌同時作用擊碎浮渣，使浮渣層不易形成。排泥則采用重力排泥。

3.2   加熱系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)的控制（35~36℃）主要是通過在線溫度計測定池內溫度，通過啟停熱水循環(huán)泵對相應消化池進行加熱。在每條獨立的消化池管線中都安裝了一個套管式熱交換器，原污泥和消化池內的循環(huán)污泥并入同一根污泥管道進入套管式熱交換器與熱水進行熱交換。熱水通過鍋爐供給，鍋爐使用的燃料則是厭氧消化產生的沼氣。

3.3   攪拌系統(tǒng)

攪拌系統(tǒng)采用池內導流式和池外泵循環(huán)相結合的水力循環(huán)攪拌。目前消化池采用連續(xù)攪拌方式，池頂攪拌機可正轉和反轉，由于正轉后存在嚴重的泡沫問題，僅在攪拌效果不佳的情況下通過正轉改善消化池攪拌效果。

3.4   沼氣收集處理儲存系統(tǒng)

沼氣收集系統(tǒng)主要包括集氣罩以及沼氣管路。沼氣處理設施主要由礫石粗過濾器、濕式脫硫塔和干式脫硫塔組成。

3.5   指標監(jiān)測與分析

主要化驗指標及檢測頻率如表1所示。進泥指標主要用以控制消化池運行負荷，出泥指標則用來分析消化池內微生物情況及其對有機物的處理能力，并通過控制VFA、堿度和pH以防止消化池過負荷并預防嚴重酸化現(xiàn)象的發(fā)生。

表1   白龍港污水處理廠消化池檢測項目及頻率

4    消化池運行情況

4.1   進泥量

2012年進泥體積量和絕干量平均值分別為3062.4±454.0m³/d和156.3±23.8 tDS/d。

4.2   產氣量

沼氣產率最大值和最小值分別出現(xiàn)于5月和8月，為1.04和0.64 m³/kgVSS，年平均值為0.82±0.11m³/kgVSS。

4.3   堿度與VFA

VFA與堿度的比值可用于判斷厭氧消化系統(tǒng)是否穩(wěn)定，一般控制在0.20以下。2012年白龍港廠厭氧消化系統(tǒng)堿度控制在2400mg/L以上，VFA的控制范圍為123~313 mg/L，兩者比值為0.057，厭氧消化池運行良好。

4.4   沼氣利用分析

系統(tǒng)所產生的沼氣作為能源供鍋爐使用，優(yōu)先保證消化系統(tǒng)的自身加熱需求，富余沼氣作為污泥干化系統(tǒng)能源。厭氧消化池在滿負荷條件下（進泥量4080m³/d）時，設計日平均產氣量44512 m³/d，折合單位污泥產氣量為10.91m³/m³污泥，日平均耗氣量為21106m³/d。根據需熱情況不同，夏季與冬季日平均耗氣量分別為16275m³/d和28805m³/d。

單位污泥實際年均產氣量為10.73 m³/m³污泥，與設計值較為接近。但由于污泥性質的季節(jié)性變化，產氣量范圍為7.24~13.82 m³/m³污泥。

5    問題及對策

5.1   浮渣及泡沫

采取的主要措施為：(1) 加強消化池池頂的巡視力度，通過觀察窗對池內泡沫情況進行判定，并及時采取措施；(2) 機械除泡無法滿足需求時，添加除泡劑提高除泡效果；(3) 通過頂部進泥的方式擊碎浮渣層；(4) 定期安排消化池頂部浮渣排放作業(yè)，使浮渣通過頂部浮渣門排出池外。

5.2   鳥糞石結晶

在實際運行中已發(fā)現(xiàn)較為嚴重的鳥糞石結垢問題。目前的應對措施是定期進行管路維護保養(yǎng)，根據經驗對易發(fā)生鳥糞石結晶的消化池管路及外圍管路進行定期疏通，尤其是彎頭部位。

5.3   砂粒積累

主要采取的措施是開展污泥雜質前端分離研究，對含砂量較大的初沉污泥通過雜質分離器進行分離。

本文榮獲《中國給水排水》2013年度“得利滿”優(yōu)秀論文二等獎

西安市第五污水處理廠卵形消化池的調試及運行

2015-03-19 中國給水排水

西安市第五污水處理廠卵形消化池的調試及運行

馬明華¹，李立軍²，石鑫¹，程曉波²，張文婷¹，盧江畔¹，夏靜¹，

劉曉鵬¹，武少華¹,杜欣³

(1.西安市第五污水處理廠，陜西西安710021；2.西安建筑科技大學環(huán)境與市政工程學院，陜西西安710055;3.西安市自來水有限公司,陜西西安710082)

1    工程概況

西安市第五污水處理廠一期工程設計規(guī)模為20×104  m³/d，采用改良A²/O二級生物處理工藝，污泥處理采用濃縮、中溫厭氧消化和機械脫水工藝（見圖1）。其中厭氧消化采用單池容量為12 000 m³的雙曲線、無粘結預應力張拉結構的卵形消化池，共3座，其總高為53 m，地下部分深為4 m，最大內徑為43 m。

該工程于2012年5月建成，2013年8月正式啟動調試。

圖1    污泥處理工藝流程

 存在的問題以及對策

   進水水質

第五污水處理廠實際進水水質見表２。

表2    進水水質對比

由表2可以看出：實際進水BOD₅/COD與設計值相差較大，可生化性能有所下降，同時也是導致污泥有機分相對較低的直接原因。SS遠遠高于設計指標，如果除砂效果不好，必將加劇設備的磨損。

污泥有機物

第五污水處理廠實際運行檢測的污泥有機質含量總體較低，初沉污泥有機物占39.4%,剩余污泥有機物占43.4%，混合污泥有機物僅占41.9%,這將直接影響沼氣產量。為了提高產氣量，應考慮提高進池污泥有機物含量。

 影響產氣量的原因以及對策

污泥厭氧消化運行的好壞，最直觀地體現(xiàn)在產氣量上，當產氣量減少時，說明系統(tǒng)可能出現(xiàn)了問題，主要原因可能有：

①    pH值降低或升高

進泥量過大，VFA大量積累，pH值降低，產甲烷菌活性降低，產氣量自然下降。對策:減少進泥量或不進泥，必要時可向系統(tǒng)注水。進泥量過小，污泥停留時間過長，堿度增大，pH值升高，產氣量降低。對策是在一定的負荷內適當增大進泥量。

②    有機物投配負荷太低

由于濃縮池運行不佳，濃縮效果較差，大量有機固體隨濃縮池上清液流失，導致進入消化池的污泥濃度降低，即相同體積進泥的情況下有機物數量減少。此時可通過加強對污泥濃縮工藝的控制，保證達到合格的濃縮效果。

③    甲烷菌活性降低

水力負荷過大、有機物投配負荷過大、溫度波動過大、攪拌不均勻、進水存在毒物等因素均可使甲烷菌活性降低，要分析具體原因，采取相應的對策。

④    消化池有效容積減少

由于池內液面浮渣的積累和池底泥沙的堆積使消化池有效容積減小，整體消化效果下降，產氣量也隨之降低。此時應排空消化池進行清理，同時檢查浮渣消除設施的運行情況和預處理設施沉砂池的除砂效率，對存在的故障及時消除。

⑤    沼氣泄漏

消化池和輸氣系統(tǒng)的管道或設施出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,使計量到的產氣量比實際產氣量小，此時應立即查找漏點并予以修補，以防止出現(xiàn)沼氣爆炸等重大事故。

⑥    消化池內溫度降低或升高

進泥量過大或加熱設施出現(xiàn)故障使消化池內溫度下降，產氣量也隨之降低。此時對策是把消化池內的污泥加熱到規(guī)定的溫度，同時減少進泥量和排泥量；進泥量過小或加熱設施出現(xiàn)故障，產氣量下降。解決方法是檢查加熱設施恢復正常，同時加大進泥量。

⑦    攪拌不均或攪拌過度

攪拌未能使污泥顆粒與厭氧微生物均勻地混合接觸，造成產氣量下降。對策是攪拌設計是否合理，延長攪拌時間，增設水力攪拌或沼氣攪拌；污泥顆粒在高強度的攪拌下破裂，甲烷菌群受到破壞，氣量下降。對策是縮短攪拌時間，改機械攪拌為水力或沼氣攪拌。

⑧    營養(yǎng)物和微量元素不足

消化污泥菌群缺少必要的營養(yǎng)物和微量元素，造成菌種間的中間產物不能生成，影響后續(xù)反應，導致氣量下降。對策是增加營養(yǎng)物和微量元素(Fe、Co、Ni)。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第6期“運行與管理”欄目）

大連東泰夏家河污泥處理廠

是國內第一座以BOT方式建設的污泥處理廠，項目于2007年開建，2009年4月正式投產運行，2009年12月沼氣脫碳及天然氣并網一次試車成功。日處理城市污泥600噸，項目占地2.47公頃。將大連市中心城區(qū)污水處理廠產生的脫水污泥進行集中化的厭氧消化處理，沼氣經提純處理后，可日供生物燃氣（天然氣品質）16500立方米，同時每年生產6萬噸腐殖土，可作為園林綠化營養(yǎng)土或填埋場覆蓋土。該項目既治理了環(huán)境污染，又實現(xiàn)了節(jié)能減排，其建設方式、技術水平引起了建設部和環(huán)?？偩值母叨戎匾?，為我國的城市市政污泥的處理起到了良好的示范作用。

 奧地利Strass污水處理廠

處理規(guī)模約3.8萬噸/日，處理工藝采用AB工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產，號稱是世界第一個實現(xiàn)能量自給的污水處理廠，Strass污水廠以實踐主流厭氧氨氧化而聞名于世。

美國EBMUD污水處理廠

處理規(guī)模65萬噸/日，處理工藝采用二級處理，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產，該廠是美國乃至全球污泥協(xié)同厭氧消化的典范。

 德國漢堡污水處理廠

處理規(guī)模44萬噸/日，處理工藝為AB工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產，同時污泥干化并焚燒。

 荷蘭Apeldoorn污水處理廠

處理規(guī)模4.5萬噸/日，處理工藝采用脫氮除磷工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產，該廠在側流應用了DEMON，并進一步準備實踐污泥熱水解。

 丹麥Ejby Molle污水處理廠

處理規(guī)模5萬噸/日，處理工藝采用氧化溝工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產，該廠的曝氣自控非常出色。

美國Sheboygan污水處理廠

處理規(guī)模4.3萬噸/日，處理工藝為傳統(tǒng)脫氮除磷工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產，該廠的一個特色是熱電聯(lián)產設備采用了微型燃氣輪機。

德國Steinhof污水處理廠

處理規(guī)模6萬噸/日，處理工藝為A2O工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產。

 匈牙利North Pest污水處理廠

處理規(guī)模13萬噸/日，采用脫氮除磷工藝，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產。

 匈牙利South Pest污水處理廠

處理規(guī)模5萬噸/日，生物處理，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產。

美國Gloversville-Johnstown污水處理廠

處理規(guī)模5.3萬噸/日，污泥厭氧消化并熱電聯(lián)產。