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图7 Simplified Process Flow Diagram for SAS only THP.
该工艺的产气量大约为421m3/TDS,可挥发性固体去除率约为54%。污泥经带式脱水之后的含固率可达28%。能量流桑基图见图8。
图8 Energy Flows for SAS-only THP AD and Land Recycling (1 kgDS/hour) electricity input is not shown.
初级AD+ITHP+二级AD工艺
因为污泥经过初级消化后体量减小,所以该工艺占地只有常规工艺的2/3,并且由于是两级厌氧消化,因而沼气产量更大,沼气总产量可达500m3/TDS,可挥发性固体去除率可达65%,电能产率为1200kWh/TDS。产能增加意味着通过热电联产工艺产生的热能将有可能满足热水解工艺本身的热量需求。图9为ITHP工艺路线图,图10为能量流桑基图。
图9 Simplified Process Flow Diagram for ITHP.
图10 Energy Flows for I-THP AD and Land Recycling (1 kgDS/hour) electricity input is not shown.
采用CapEX模型和OpEx模型,对ITHP工艺的资本性输出和运营成本进行分析比对。ITHP+两级AD、传统THP+AD、SAS-only-THP都优于传统AD工艺。相较于传统AD工艺,ITHP+两级AD工艺的沼气产量增加10%,净收益可达17%。
ITHP工艺的投资回收期最短,只需不到6年。传统THP工艺和SAS-only-THP工艺的内部收益率相同,但由于SAS-only-THP的工艺成本略低,所以其净现值相对优于传统THP工艺。如果厌氧消化的能力充裕,SAS-only-THP和ITHP工艺的资金回报还能进一步提高。
总结
热水解是目前应用最广泛的厌氧消化预处理工艺,但由于高耗能等限制因素,导致其并没有被普遍接受。改进型热水解工艺是目前研究的热点之一。本研究中提到的嵌入式热水解工艺(ITHP)、只针对剩余活性污泥进行热水解的工艺(SAS-only-THP)等都属于改进型热水解工艺。ITHP工艺和SAS-only-THP工艺是通过对系统结构的调整和工艺路线的重置对传统THP工艺进行的改良与优化。
ITHP工艺可以显著提高沼气产量、降低能耗,但由于ITHP工艺需要嵌入在两级厌氧消化工艺之间,所以其投资成本相对略大。贝辛斯托克污水处理厂的研究表明,ITHP+两级厌氧消化工艺的沼气总产量大约为505+ -81 m3/TDS,可挥发性有机物去除率为64+ -9%。经过Bucher®脱水之后,污泥含固率可达44%,都显著高于传统THP工艺+厌氧消化工艺。泰晤士水务集团目前拥有9座THP工艺的污泥处理中心,未来有可能逐渐被ITHP工艺接替。
SAS-only-THP工艺的投资成本低于传统THP和ITHP工艺,但沼气产量也有所降低。如果由于现有设施厌氧消化能力或者资金方面存在限制,SAS-only-THP工艺也是一个相对合适的工艺选择。
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