
更新时间:2013-10-30 来源:给水排水动态
摘要:着重阐述了序批式污泥热水解技术——Biothelys®工艺和连续式污泥热水解技术——ExelysTM工艺的系统构成、工艺原理及其优越性。工程实践证明,污泥热水解技术是一种污泥减量化程度高、能源回收率大、安全可靠、清洁和环保的污泥处理工艺。
关键词:污泥 热水解 减量化
目前,在全世界范围内厌氧消化仍然是普遍采用的污泥处理技术。然而,厌氧消化工艺生物可降解性差、消化时间长,挥发性固体( VS)去除率低等不利因素,在一定程度上制约了厌氧消化工艺的推广。有资料表明,对厌氧消化污泥采用不同的预处理方法,在一定程度上可以加快污泥水解、缩短消化时间和提高沼气产量。近10年来,技术人员一直致力于污泥中温厌氧发酵预处理——热水解技术的研究,并成功研发了两种污泥热水解工艺,分别是序批式的Biothelys®工艺和连续式的ExelysTM工艺。
06/2012
污泥减量化处理新技术
污泥热水解工艺
宫曼丽 赵 欣 刘 洋 平文凯 丁明亮 陈晓华
(威立雅水务工程(北京)有限公司,北京 100004)
摘 要 着重阐述了序批式污泥热水解技术——Biothelys®工艺和连续式污泥热水解技术——ExelysTM工艺的系统构
成、工艺原理及其优越性。工程实践证明,污泥热水解技术是一种污泥减量化程度高、能源回收率大、安全可靠、清洁和
环保的污泥处理工艺。
关键词 污泥 热水解 减量化
目前,在全世界范围内厌氧消化仍然是普遍采用的污
泥处理技术。然而,厌氧消化工艺生物可降解性差、消化
时间长,挥发性固体( VS)去除率低等不利因素,在一定程
度上制约了厌氧消化工艺的推广。有资料表明,对厌氧消
化污泥采用不同的预处理方法,在一定程度上可以加快污
泥水解、缩短消化时间和提高沼气产量。近10年来,技术
人员一直致力于污泥中温厌氧发酵预处理——热水解技术
的研究,并成功研发了两种污泥热水解工艺,分别是序批
式的Biothelys®工艺和连续式的ExelysTM工艺。
1 污泥热水解技术
污泥热水解技术是在150~170ºC,<12.5 bar工作条
件下,将待水解污泥与190ºC饱和蒸汽在密闭压力容器中
充分混合反应,使污泥中的部分微生物细胞体受热膨胀
而破裂,释放出蛋白质、矿物质以及细胞膜碎片(见图
1)。该方法是目前研究较多、应用较广泛的污泥预处理
技术之一。其目标是通过污泥中有机固体的水解,强化
污泥的可生物降解性能。污泥中一部分悬浮固体( SS)水
解成为更容易生物降解的溶解性物质,使后续处理工艺
表现出更高的挥发性物质(VM)去除率。
2 污泥热水解工艺
2.1 Biothelys®工艺
2.1.1 Biothelys®工艺构成
Biothelys®工艺是特定反应条件下的污泥热水解工艺
与中温厌氧消化工艺的结合。污泥厌氧消化的目的是为了
去除热水解污泥中的VM,使污泥减量最大化并发挥其二
次利用价值。由于热水解反应使得污泥的可生物降解性大
大改善,因此后续的中温厌氧消化工艺效率也得到相应提
高,即在更短的水力停留时间( HRT)条件下得到了更高的
VM去除率。
2.1.2 工艺描述
B i o t h e l y s ®工艺可由多条线组成, 每条线由两
个或三个反应器并联间歇运行。运行条件为: 高温
(150~170℃),高压(<12.5 ba r)条件下,反应
20~60min。根据反应器配置和反应条件的不同,每个循
环持续约150~165min。热水解后污泥储存在密闭的缓冲
池中,热水解后的污泥进入消化池,在38℃的条件下进
行中温厌氧消化反应15d。和中温厌氧消化工艺联合,保
证了热水解工艺自平衡的能量需求。除此之外,还有更
多的沼气产出,实现了能量需求的自平衡调节和能量产
出最大化。
2.1.3 Biothelys®业绩
从2006年至今,共有6座应用Biothelys®工艺的污泥
处理设施在建或已投入使用(见表1)。其中,Saumur污
水厂中Biothelys®工艺已经连续稳定运行超过20 000h。意
大利Monza的污泥处理项目污泥处理量为43.2tDS/d,其
中生物污泥28tDS/d使用Biothelys®工艺进行处理,剩余
的15.2tDS/图1 热水解前后污泥特性变化d初沉池污泥经过旁通与热水解污泥一起进入
WATER & WASTEWATER INFORMATION
热点聚焦
22 给水排水动态
06/2012
厌氧消化池。英国Esholt污泥热水解项目日处理污泥量为
90tDS/d,采用单体容积为22.3m3的热水解反应器6座,这
是Biothelys®工艺目前最大的工程合同,项目预计于明年建
成并投入运行。
表1 威立雅 Biothelys®工艺在建和已运行业绩
项目建设地点泥质
处理能
力tDS/y
热水解反应
器容积/m3
消化池容
积/m3
运行
时间
Saumur,法国
延时曝气污
泥
1 600 4.6×2 500×1 2006
Château
Gontier,法国
延时曝气污
泥+油脂
1 000 3.1×2 300×1 2007
Le Pertuiset,
法国
延时曝气污
泥
2 000 4.9×2 940×1 2008
Tergnier,法国
延时曝气污
泥
1 500 3.9×2 588×1 2009
Monza,意大利
延时曝气污
泥
10 200 12.5×4 7 000×2 2010
Esholt,英国
延时曝气污
泥
32 730 22.3×6 - 2013
2.2 ExelysTM工艺
2.2.1 系统构成及工艺简介
ExelysTM工艺是一种连续运行的污泥热水解工艺,能
够处理含固量高达25%的生物污泥,工艺流程见图2。
根据不同污泥性质,采用不同的工艺能够通过将
ExelysTM系统应用于预处理,有效地强化厌氧消化过程。
其中,ExelysTM-DLD工艺作为效率最高的方案,采用两座
标准消化池相连,其总体积与传统消化工艺相同,但能够
产生更多沼气。
2.2.2 DLDTM业绩介绍
自2010年10月起,一座应用ExelysTM-DLD 系统的生产
性试验装置在位于丹麦首都哥本哈根附近的Hillerød污水处
理厂投入实验性生产运行。截止目前为止,共有4个应用
DLDTM构型热水解工艺的生产性和工程合同已经签订执行
(见表2)。
表2 DLDTM工艺在建和已运行业绩
项目建设地点
处理能力
tDS/y
热水解反应器数
量及直径/mm
运行时间
Hillerød,法国1 140 1×DN125 2009
Bonneuil,法国365 1×DN100 2010
Carré-de-Réunion,法国8 250 2×DN400 2015
Marquette-lez-Lille,英国22 000 4×DN450 2013
3 结语
污泥热水解技术的成功应用实现了真正意义上的污泥
质量和体积的双重减量化,稳定化和卫生化。污泥热水解
预处理可以促进污泥水解和胞内物质的释放,提高了污泥
的消化性能,加快了消化速率,提高了沼气产量。从而,
减少了消化池体积,无需消化池加热系统,降低了工程投
资。热电联产实现了沼气的综合利用。实践证明,污泥热
水解技术是一种污泥减量化程度高、能源回收率大、安全
可靠、清洁和环保的污泥处理工艺。
‘DL’构型‘DLD’构型
Dreying
Incineration
Land
Spreading
Sludges
at
30% ~ 35%
of
dryness
Dewatering
Exelys
Biogas
Digester
Biogas vapour
Motor
Hot water
Thickening
Thickening
Biagas
Biagas
Dewatering
Digester
1
Hot water
vapour
Hot water
Digester
2
Motor
Exelys
EP
EP
图3 ExelysTM-LD和ExelysTM-DLD构型
图2 ExelysTM工艺流程
去蒸汽发生器
反应器换热器
换热器
能量回收
稀释水
蒸汽混合器
+冷凝器
静
态
混
合
器
蒸汽
污泥>25%DS
污泥
60~100℃
20%DS
水解污泥
至消化池
具有高含固率的脱水污泥在压力下被连续泵送入管
状反应器,与此同时,蒸汽也被注入反应器,蒸汽在被冷
凝的同时也加热了污泥。污泥在管状反应器内呈柱塞流状
态,在165ºC和9bar的压力下,反应时间至少为30min。这
一反应条件满足了生物污泥水解的要求,大大提高了进入
厌氧消化池的污泥的产沼气能力。在管状反应器末端,水
解污泥先通过换热器回收热能,再通过加水稀释,进一步
降低温度,同时降低含固率,使其可以直接被送入厌氧消
化工艺。
同传统的序批式热水解技术相比,ExelysTM能够提供
相同的操作条件和水解产物,但这种方式的能量利用效率
更高。由于采用了连续的运行方式,高含固率的污泥可以
被直接送入系统,在高效控制系统的帮助下,ExelysTM热
水解工艺水解单位质量的固体所消耗的能量更低,节省了
水解所需的蒸汽消耗,连续运行实现了能量的优化回收。
同时,在该工艺的下游,产生的排放固体量减少,一
定程度上降低的固体废物处置的成本。由于ExelysTM采用
模块化设计,该系统具有更高的灵活性,能够降低投资成
本和运行维护成本。在高温高压的管式反应器内,污泥得
到了完全的杀菌处理。
在ExelysTM工艺的基础上,与现有工艺相结合开发
了不同的组合工艺,如“DL”工艺(即消化-水解)、
“DLD”工艺(消化-水解-消化)和“LD”工艺(水解-
消化)工艺,见图3。