污泥处理研究：城市污泥厌氧消化产沼气资源化分析-第2页-北极星水处理网

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4污泥厌氧消化产沼气工艺

污泥厌氧消化产沼气工艺流程如图1。

4.1厌氧消化产沼气的优化技术

早在20世纪80年代，国外就有研究者[12，13]指出，水解是厌氧消化的限制步骤，污泥细胞壁的结构对胞内易降解物质的水解有抑制作用，所以，污泥消化产气往往需要较长的时间发酵。以下两种方法在一定程度上能够加快水解、产气速度，提高产气量。

4.1.1污泥的超声波预处理

用超声波技术处理污泥，就是利用其在液体中产生的“空穴”作用，形成极端的物理和力学条件，将微生物细胞壁击破，同时释放出酶，酶使其余未被击破的微生物细胞失去对污泥罐中发酵环境的适应能力，迅速成为厌氧微生物的营养物而被消耗，大大加速发酵过程，提高沼气产量。需要进行超声处理的只是其中的一小股污泥，一般取剩余污泥的30%左右。从运行成本的角度考虑，也不必将其中的微生物细胞全部击破，而只是一小部分，因为被击破的微生物细胞释放出的酶等物质可以使整个水解过程加速[6]。

此项技术在我国还处于研究阶段，没有工程实例。国外有研究表明，使用超声波(3.6kW，31kHz，64s)预处理污泥，污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)由630mg/L上升到2270mg/L，而且可以使污泥消化的停留时间缩短至8d[14]。

在20kHz下，0.12W/cm3的超声波处理4h将可溶性COD占总COD的比值(SCOD/TCOD)从36%提高到89%，可溶性N的比值从34%提高到42%，基本取代了污泥水解过程，从而缩短污泥厌氧发酵时间并提高了污泥可生化性[15]。

污泥发酵时间与超声波处理时间对沼气产率也有很大影响，有研究表明在15d的发酵时间下，超声波预处理2h可以提高沼气产量61%，而在12d发酵时，几乎没有变化[16]。而超声波处理40min比10min的处理提高沼气产量59%[17]。值得注意的是有机物释放通常滞后于菌胶团的破坏，因此超声波促进污泥脱水所需时间很短，而促进污泥发酵通常需要较高的超声波强度(>0.3W/cm3)和较长的处理时间(>10min)。据估算[7]，在我国如果使用超声波污泥处理设备，沼气发电满足自用电力的比例可达到37%。此外，根据Yoon等人的研究，通过处理剩余污泥并将之回流到生物池，有可能实现污泥的零排放[18]，但是该研究目前还处在实验室阶段，没有工程实例。

4.1.2臭氧增加产气量

臭氧是一种十分活跃的强氧化物质，能破坏污泥的细胞壁，使细胞壁中的易降解物质释放出来，并且能够将难降解的大分子物质分解成易降解的小分子物质，从而提高了水解速率，促进污泥厌氧消化。

比利时的M.Weemaes等人[19]对消化罐进泥采用臭氧预处理，泥样为初沉池污泥和剩余污泥的混合物，臭氧投加量(O3/COD)为0.1g/g，最终，污泥的产气量为未经臭氧处理的污泥的1.8倍，产气速率为未经臭氧处理的污泥的2.2倍。

在我国，利用臭氧降解污泥处于初步研究阶段，没有工业化应用。王琳等人研究表明[20]，在相同臭氧投量下，通入低浓度臭氧可增加臭氧与污泥的接触反应时间，提高污泥分解的效果;综合考虑系统的效率和经济性，O3/SS为0.1g/g是最佳投量点。上海市城市排水有限公司与奥地利VATECHWABAG公司合作，采用臭氧与厌氧消化组合工艺进行了实验室小试试验，结果如下：当臭氧投量O3/DS为0.06g/g，有机物平均降解率从不加臭氧的45%提高至65%，沼气产量增加了30%40%[5]。所以，在污泥厌氧消化工艺中适当的结合臭氧氧化技术，是一种非常有前景的污泥处理工艺。

4.2沼气脱硫

在沼气产生的过程中伴随着H2S气体的产生，H2S气体不仅对人的身体健康有很大的危害，对管道、仪表及设备还具有很强的腐蚀性。因此，必须采取措施进行沼气脱硫。可以用于沼气脱硫的方法有两种，即生物法和物化法。以往物化法广泛地用于硫化氢的去除中，且累积了丰富的经验，但却存在着运行费用高、投资大、产生二次污染等缺点。生物法以其设备简单、能耗低、产生二次污染少，尤其适合处理低浓度气态污染物的特点受到人们的广泛重视。

根据生物处理反应器中使用的介质性质不同，生物法主要分为生物洗涤和生物过滤两种方式。早在1941年，M.Pruss等人便在德国取得了生物过滤去除H2S气体的专利。

20世纪80年代在德国、日本、荷兰等国家有相当数量工业规模的各类生物净化装置投入使用[21]。目前，许多发达国家如日本、德国、美国、荷兰等对生物脱硫技术和设备的开发已经商品化。2004年5月，宜兴协联热电有限公司引进了帕克公司的生物脱硫技术并率先用于沼气脱硫，将沼气的硫化氢含量从14g/Nm降到200μg/m3，为沼气的综合利用提供了技术保证。

我国这方面的研究才刚起步，方士等人[22]利用反应塔外曝气、介质循环供氧处理沼气中的H2S，结果表明：当进气H2S质量浓度为1.1g/m3，进气量为0.34L/min时，去除率可达98.6%;当进气H2S质量浓度为2.44g/m3，进气量为0.17L/min时，去除率为100%。系统运行的最佳酸度为pH1.92.0，尾气中残留氧的浓度不超过0.56g/m3，远远低于国家标准，且具有较强的抗冲击负荷能力。此外，国内许多高校如：同济大学、昆明理工大学、河北科技大学等对生物脱硫做了大量的实验室研究，恶臭气体生物净化的发展也为生物法沼气脱硫提供了依据，为该方法的应用开辟了广阔的空间。

延伸阅读：

水圈大讲堂 | 污泥厌氧消化深度解析不可不看!

污水处理技术篇：污泥厌氧消化池深度解析系列之一

原标题：城市污泥厌氧消化产沼气资源化研究

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