污泥热水解厌氧消化与常规厌氧消化的比较

热水解厌氧消化技术是近年来国内外污泥处理新的发展应用方向。选取小红门污泥处理中心项目的运行数据，比较热水解厌氧消化与常规厌氧消化的运行操作、进泥泥质、消化效果、产气量、沼气成分、附属系统等的差异，分析项目运行中存在的负荷、余热利用问题，总结热水解厌氧消化的运行特点，提出建议及进一步优化的方向。

1 工程基本情况

热水解厌氧消化是近年来国内外污泥处理技术新的应用方向。国外美国华盛顿特区Blue Plains污水处理厂、英国泰晤士水务Davyhulme项目，国内北京的小红门、高碑店、槐房、高安屯、清河第二污泥处理中心项目，均采用热水解厌氧消化技术。其中，华盛顿特区Blue Plains污水处理厂和北京的小红门、高碑店污泥处理中心项目为现况污泥区域升级改造。本文以国内最早运行的热水解厌氧消化小红门污泥处理中心项目（以下简称小红门项目）为例，通过比对改造前后的消化系统运行情况，分析总结热水解厌氧消化与常规厌氧消化的区别与特点。

小红门污泥热水解厌氧消化项目位于小红门污水处理厂厂区东北部，污水处理厂建设规模为60万m³/d（Kz=1.3），峰值流量为78万m³/d。污泥处理系统包括5座卵形消化池、3座沼气柜、2套干式脱硫塔、1座湿式脱硫设备间、1座沼气锅炉房、2套废气燃烧器等。其中5座消化池均为一级消化池，采用卵型池型，单座池容为12 000 m³。

小红门项目于2008年11月12日首次启动，产生的沼气用于驱动水区的鼓风机和冬季供暖，多余的沼气通过废气燃烧器烧掉。2015年9月，该系统停止运转，开始实施热水解厌氧消化工程的升级改造。改造内容为增加热水解预处理装置，热水解采用Cambi技术，消化池仍采用原有消化池。2016年4月，改造完成后，消化系统（消化池运行组数减少为4座消化池）重新启动。2016年7月18日，随着热水解系统开始调试，常规厌氧消化调整为热水解厌氧消化。2017年3月9日，系统开始承接外来污泥的处理。

表1为2012年（改造前为常规厌氧消化的代表）和2017年（改造后为热水解厌氧消化的代表）污水处理厂进水水质、水量及消化系统情况说明。

2 基本操作比较

常规厌氧消化的基本操作有进泥、排泥、换热和搅拌等，热水解厌氧消化的不同之处是换热方式由升温调整为降温。尤其是夏季，要密切关注消化池的换热情况。

2.1 进泥

2.1.1 来源

2012年消化池的进泥比较单一，全部为水区的初沉污泥，平均2 258 m³/d；2017年消化池进泥为经热水解预处理后的混合污泥，平均1 429 m³/d，进入热水解预处理的污泥情况比较复杂，包括本厂污泥和外接污泥两部分。3月9日前，只处理本厂污泥，即初沉污泥和浓缩后的剩余污泥经预脱水而成的混合污泥。3月9日后，热水解系统既处理本厂污泥也处理外接污泥。外接污泥主要为吴家村、卢沟桥、五里坨、肖家河等污水处理厂的脱水泥饼，平均200 t/d（含水率83%)。对于热水解厌氧消化系统而言，需考虑外接污泥成分对消化池的影响。

2.1.2 进泥有机分与含水率

2012年消化池进泥主要为初沉污泥，进泥有机分平均值为63%，进泥含水率平均值为96%；2017年消化池进泥为混合污泥，进泥有机分平均值为56%，进泥含水率平均值为92%。

从图1可看出，随着外接污泥量、来源等发生变化，混合污泥中的有机分等波动较明显。3月9日前，污泥来源单一，有机分平均为67%；承担外接污泥处理后，整体消化池进泥有机分降低。但是，消化池进泥含固量明显增加，2017年较2012年进泥含固量提高2倍。

2.1.3 进泥中的挥发性脂肪酸（VFA）和碱度（ALK）

改造前后进泥中VFA和ALK的变化见图2。2012年消化池进泥中VFA平均值为513 mg/L，ALK平均值为2 107 mg/L；改造后2017年，消化池进泥中VFA平均值为915 mg/L，ALK平均值为1 881 mg/L，与2012年比较，VFA增加78%， ALK降低11%。

2.2 排泥

2012年消化池排泥采用顶部溢流排泥+泵辅助排泥。2017年消化池采用顶部溢流排泥或底部电动调节阀排泥，原有辅助泵系统拆除。从运行效果看，采用顶部溢流排泥方式，排泥比较顺畅，运行一年多的时间，没有出现溢流排泥堵塞现象。

2.3 换热

2012年消化池运行需加热，加热热源来自沼气拖动鼓风机的余热，不够的情况下由锅炉房的热水作为热源补充。2017年升级改造后，由于热水解预处理后出泥温度较高，消化池利用原有换热器进行降温换热，降温冷源为污水处理厂二沉池出水。

2.4 搅拌

2012年消化池采用压缩机进行搅拌。2017年，拆除原有压缩机，并进行压缩机进出气管的改造，更新替换为大功率压缩机。沼气搅拌方式不变，搅拌气量由1.67 m³/(min·m³池容)升至3.4 m³/(min·m³池容）。

3 消化效果比较

消化效果一般从消化污泥的泥质、有机物分解率、产气能力等指标进行衡量。

3.1 泥质

3.1.1 酸碱比

酸碱比为VFA和ALK的比值，改造前后消化池内酸碱比变化见图3。2012年消化污泥酸碱比平均值为0.025；2017年消化污泥酸碱比平均值为0.128。酸碱比增加的原因是热水解厌氧消化池进泥中VFA较常规厌氧消化进泥的VFA有明显的增加。

3.1.2 氨氮与游离氨

选取历史同期1～3月数据，进行消化污泥中氨氮含量对比(见图4)。2012年消化池污泥中氨氮含量在214～709 mg/L，平均值为503 mg/L；2017年消化池污泥中氨氮含量在1 360～2 140 mg/L，平均值为1 808 mg/L。热水解厌氧消化较常规厌氧消化，污泥中氨氮含量有明显增加。