典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨

2.2 成功案例解析

2.2.1大连东泰夏家河污泥处理厂

大连夏家河污泥处理厂项目引进德国利浦公司的高浓度厌氧消化技术，于2009年4月29日~2010年4月30日共处理污泥及其它可降解有机废物65000 t，其中包括工业类似污泥8 380 t、粪便130 t、餐饮垃圾90 t及海关查没食品50 t。产沼气394万m3、外售天然气110万m3;产沼渣2.5万t，外售腐殖土1.5万t。

计算可知该厂污泥产气率高达60.6 m3沼气/t湿泥，远远高于传统厌氧消化产气率。而城市污泥与工业类似污泥混合有机质含量约40%~60%，由此可知在污泥中添加少量有机质含量较高的餐厨、粪便等有机废物将极大提高污泥厌氧消化效率。

2.2.2襄阳污泥处理厂

襄阳污泥处理厂采用高温热水解预处理和厌氧消化工艺技术，每天处理100 t堆积污泥(有机质含量35%~45%)和200 t污水厂污泥(有机质含量40%~60%)，每天产生沼气约16 500 m3、一部分用于自身污泥加热系统，其余沼气经提纯后制作车用CNG。

计算可知，该厂污泥产气率可达到55 m3沼气/t湿泥，在有机质含量相对较低的情况下已属不易。而高温热水解预处理的目的是利用高温高压使污泥结构和性状发生变化以提高其生物可降解性。因此，高温热水解也是提高污泥厌氧消化的一个重要技术手段。

2.3 应用启示

鉴于国内城市污泥有机质较低的现状，结合以上成功案例，厌氧消化工艺可参考以下技术路线：

(1)通过向污泥中掺加部分餐厨、粪便等有机垃圾以提高污泥整体有机质含量及营养比值，从而得到较高的消化效率，但需政府大力支持及统筹协调，难度较大;

(2)由于污泥固体的生物可降解性低(30%~50%)，污泥固体细胞分解和胞内生物分子水解是厌氧消化的限速步骤，因此提高厌氧消化效率的一个主要途径是促进污泥细胞的分解、增强其生物可降解性，常用技术包括热水解、机械破碎、超声波破碎、酶处理及酸、碱处理。

作为研究最多的污泥预处理技术，高温热水解由于具备高效的水解效率、良好的灭菌除臭效果及充足的能量来源等优势，成为新型厌氧消化工艺重要组成而得到广泛推崇。而对于我国典型城市污水厂而言，污泥有机质含量普遍偏低是一个固有事实，污泥处理处置走向市场化也是一个必然趋势，因而通过预处理提高厌氧降解率以实现资源利润最大化就显得尤为重要。

3 “高温预处理+厌氧消化”工艺经济性探讨

目前国内污泥厌氧消化工程多采用“中温厌氧消化+热电联产”工艺，一则可以发电用于厂内生产节能或并网产生效益，二则也能利用发电余热保温提高厌氧消化效率。

根据国外相关工程经验，高温热水解作为一个行之有效的预处理方法应用较多，故尝试将该工艺改进为“高温热水解+中温厌氧消化+热电联产”，其中一部分沼气用于锅炉热水解供热，剩余用作发电，发电余热再回补于锅炉。文章以南方某污水厂污泥为例进行“热电联产”能量衡算。

假设条件：

污泥(含水率80%、有机质含量50%)处理速率1t/h，沼气(CH4含量60~65%)产量约为50 m3/h，沼气发电能力1.6~1.9度/m3沼气(计算取1.6)，发电机组发电效率26%~33%(计算取30%)，1 t污泥热水解需约210kg高温水蒸气(沼气锅炉供给)，沼气能量2.3×104 kJ/m3。设当x m3用于发电、(50-x) m3用于沼气锅炉时，能量刚好达到最佳平衡，计算过程如下。

沼气锅炉连续运行需求热量(常温水为25 ℃，锅炉热效率为80%)：Q总={210×[4.2× 75+(2767.1-419.1)]+20×4.2×75}/0.8=7.07×105 kJ/h

沼气燃烧提供热量：Q1=(50-x)×2.3×104=2.3×104(50-x)kJ/h

发电可利用余热：(1)烟气可利用热量占总热量24%~30%(取27%)，Q余1=2.3×104x×27%=6.20×103x kJ/h(进锅炉);(2)冷却水可利用热量占总热量20%，Q余2 =2.3×104x×20%=4.6×103x kJ/h(进到230 kg锅炉补充水)，提升温度△t=4.6×103x/(230×4.2)=4.76x(当常温水为25 ℃时，△t≤65℃)。

Q总= Q1+ Q余1 +Q余2

7.07×105=2.3×104(50-x) +6.2×103x+4.6×103x

x=36.3≈36 m3

校验：当x=36 m3时，△t=171>65 ℃，故可知Q余2 仅有一部分热量可用，即为将常温水加热至90℃的热量Q余2 (可用) =230×4.2×(90-25)=6.28×104kJ/h，重新列计算式如下。

7.07×105=2.3×104(50-x) +6.2×103x+6.28×104

故校正后，x=30 m3

综上所述，每处理1t有机质含量50%的湿污泥(80%含水率)，可产生50 m3沼气，其中20 m3及部分发电余热用于高温热水解供热，30 m3用于发电产出，电能产出率60%。由此可知“高温预处理+厌氧消化”工艺经济效益明显，可作为我国典型城市污泥处置与利用的一种有效途径。

4 总结与展望

厌氧消化是能真正实现污泥“减量化、稳定化、无害化、资源化”的技术手段之一，但我国目前尚处于摸索阶段，大部分工艺及设备均由国外引进，实际应用中仍存在着较多问题，如一次性投资高、技术复杂、大部分设备依赖进口、关键设备故障率高等。因此，加快厌氧消化工艺本土化及设备国产化发展进程将是我国未来一段时间亟需解决的难题。

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