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传统污泥热水解是首先将混合污泥(初沉污泥与剩余污泥)从含固率约3%脱水至16%左右,然后进行热水解,以Cambi工艺为例,该技术主要由三个阶段组成,首先污泥进入浆化罐,工艺的废热对污泥进行加热,通常污泥会加热到90℃然后进入反应罐;反应罐的数量会根据处理厂规模大小而有所不同,在反应罐内污泥加热到165℃左右,压力维持在6.5巴,反应30min左右。
反应之后的污泥进入闪蒸罐迅速泄压,细胞壁大量破碎,闪蒸罐的蒸汽返回浆化罐预热下一批污泥,污泥然后冷却、稀释到9%~10%的含固率。挪威的Hias污水处理厂最早于1995年应用了污泥热水解工程,英国泰晤士水务的Chertsey污水处理厂在1999年应用了污泥热水解技术,是英国最早的案例,此后在英国和爱尔兰有数十个项目应用了这一技术。美国华盛顿BluePlains污水处理厂的污泥热水解工程在2014年投入运行,这是迄今为止全球最大的污泥热水解工程。除了Cambi之外,还有威立雅的Biothelys、Exelys以及荷兰开发的Turbotec等热水解技术。
(a)热水解装置
(b)换热器图5美国华盛顿BluePlains污水处理厂热水解工程
污泥热水解+厌氧消化的工艺有着诸多的技术优点,首先污泥经过高温、高压的热水解后可以达到A级污泥的标准;其次,污泥热水解使得胞内的物质释放,提高了消化VSS分解率,沼气产量会有一定程度的提高;由于细胞壁的破碎,污泥的脱水效果会大为改善,泥饼含固率会提高6%左右;最后,由于污泥经过热水解后消化池的进泥含固率在10%左右,这样会大幅度降低消化池的池容,减少投资。当然热水解也有其自身的弱点,主要是技术复杂、初期投资高、滤液中含有较高的氨氮和SCOD。
由于世界各地污泥消化在发展的侧重点上的不同,污泥热水解技术在近年来也出现了多种技术组合形式,主要有以下几种:(1)初沉污泥与剩余污泥全部进入热水解,然后再厌氧消化;(2)剩余污泥进行热水解后与初沉污泥混合后进入消化池消化;(3)初沉污泥与剩余污泥全部先进行消化,然后进行热水解,最后再进入消化池消化。如图6所示a、b、c。
图6污泥热水解+消化的不同组合形式
上述三种技术组合的应用侧重点不同,(a)路线适合于对处理后污泥泥质有较高的场合,出泥可以达到A级污泥的标准,同时所需消化池的池容较小,但是热水解单元的占地面积较大;(b)路线的出泥达不到A级污泥的标准,可以达到B级污泥的标准,热水解单元的占地面积最小;(c)路线的消化池占地面积和热水解的占地面积都较前两者略大,但能量的回收率较高,同时可以达到A级污泥的标准。因此,具体的选择哪一种方式取决于当地的实际情况。
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