2014年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会专家系列报告
让厌氧消化工艺技术重新焕发活力
唐建国（上海市水务局）
传统的厌氧消化存在的主要问题：
问题一，消化效率低。5%进泥含固率，消化池体积庞大，时间长，污泥有机质含量低；
问题二，沼气产物中H2S含量高。除硫不容易，沼气利用难；
问题三，设计和运行考虑不周。污泥中高含砂量，磨损、沉积；高浮渣含量。
——实际运行运行往往达不到设计规模，上海白龙港仅能够达到设计规模的80%。
问题四，消化后的污泥产物无出路。处理后国内基本上还是填埋。
上述问题导致了对厌氧消化工艺技术的“畏惧”，使这一在国外为主流的污泥处理技术，在国内并不受青睐。
问题产生的原因：
原因一：没有从污泥处理、处置的全过程来考虑污泥处理，导致处理后的产物没有出路。——处置决定处理，处理失去了实际意义。
原因二：没有充分认识到厌氧消化后，处理产物的价值，沼气是能源、生物碳土含有珍贵的腐殖酸（胡敏酸和富里酸等）。——没有真正认识到生物质利用的重要性，被重金属吓怕。
原因三：厌氧消化工艺操作比较复杂。——没有沉下心来，研究设计和运行中存在的问题，专业人才匮乏，运行管理的水平不高。
原因四：没有深入研究厌氧消化和物质转化机理，硫酸盐、重金属等形态变化、pH变化规律等。——掌握机理，对做好厌氧消化非常重要。
厌氧消化技术发展：
以高温热水解为厌氧消化预处理技术，是解决工艺系统问题的良策。
——国外将“高温热水解——厌氧消化”称之为“高级厌氧消化”。
——英国：目前土地利用：只允许高级厌氧消化后这种深度处理后的处理产物。
水解的作用
作用一：水解以改善厌氧消化反应条件为目标，是一个预处理过程；
作用二：分解不可降解，或者难降解的物质，如胞外聚合物（EPS）。
该预处理技术是本世纪初由挪威CAMBI公司发明。
目前全球范围已有20多个项目使用了这项技术，据资料介绍每年处理420000t污泥（以干重计），按照含水率80%计，相当于每天5800m3。
其目的是利用高温和高压迫使污泥分子结构发生变化（俗称：破壁），以加快整个消化过程和脱水性能，并优化污泥转化为沼气的有机物质比例。
热水解处理过程包括以下阶段：
——脱水污泥（含水率15~20%）进入混合预热罐（也称浆化罐），与从高温热水解污泥换热和闪蒸罐回收蒸汽混和，将污泥预加热至约100 ℃；
——预热后的污泥进入高温热水解罐进行热水解反应，在0.6~0.7MPa和150~170℃情况下，（热水解）反应30min，一般采用序批式方法工作，即通过罐体准备、进料、反应、出料的四步轮换，实现连续运行；
——热水解后的污泥会被急速送到闪蒸罐，由于压力的释放，在压力差的作用下，污泥细胞得到破坏；
——经热水解和闪蒸罐释放压力后的污泥温度100~110℃，经热交换器进行冷却，换热后污泥温度在40~50℃，以满足后续厌氧消化的要求。
——整个批次4~5小时。
高温热水解的效果：可提高可生化利用的物质；提高降解率，意味着能源——沼气产量的提高；可改善脱水效果，实现污泥减量；可提高卫生化水平。
对策措施：
对策一，从工艺系统上加以完善。
通过高温热水解预处理，解决了如下问题：
1、提高了消化效率：消化池进泥含固率从传统的5%，可以提高的10~12%；消化温度40℃左右，消化时间从20~25天，可以缩短到15~20天。
2、改善了污泥性能。污泥粘滞性得到改善，经高温热水解处理后污泥含固率降至11%左右。其粘滞性与含固率5%的污泥粘滞性相近。
——正因为如此，原有输送和搅拌设备不用更换，就能够实现能力翻倍。
——欧洲在厌氧消化设施扩容时，首选高温热水解作为预处理。
3、提高了沼气产量。水解后，有机成分中能够厌氧消化降解的成分增多，使沼气产量增加；处理一立方米污泥（含水率80%）沼气产量：
传统厌氧消化为：30~40立方米。
高级厌氧消化为：50~60立方米。
——沼气产量提高的另外一个意义是：有机物降解更加充分，污泥稳定化成度更好。
4、改善了消化环境。高温热水解后，消化液的高铵氮浓度，使得消化液为弱碱性，有利于甲烷菌生长。
——甲烷菌较水解和酸化微生物对环境条件更加敏感，故其最易受到破坏。一旦甲烷菌受到破坏，消化的中间产物——有机酸就会富集。
——有机酸含量增加到2000毫克/升以上时，传统消化的pH值就会降低到7.0以下（与消化液碱度有关）。
——pH值降低，又会导致非离解性酸含量和CO2增加，而使沼气产量下降。
5、降低了硫化氢含量。传统厌氧消化沼气的硫化氢含量数百，乃至数千ppm，而高温热水后，往往不足100ppm。
——消化池中H2S的含量与pH有关，pH越低对消化反应的抑制作用就越大。
——高温热水后，消化池内的pH值为7.5~8.0。
——pH值7.3意味着比pH值为7.8溶液的H+摩尔浓度高3倍多。氢离子浓度低了，也就降低了形成硫化氢的可能性。
——硫化氢含量低是沼气利用的福音。
6、降低了重金属的溶解性。由于氢离子浓度的降低，为硫与重金属离子的结合创造了条件，形成难溶解的硫化与重金属的化合物，而且是难溶解的。
——离子态重金属，成为非离子态的重金属。
——这就是“固定”或者“钝化”作用。
——重金属的毒性——一定要结合重金属的形态变化来讲。
7、提高稳定化水平。热水解厌氧消化后的污泥有机物降解率高，消化后的“污泥”不粘手，也没有令人作呕的气味。
——德国DIN4045定义：稳定化处理是指减少气味物质和有机物含量的处理，与此同时改善脱水性能，减少病原菌的污泥处理过程。
——稳定化的实质是：微生物不再具有发生作用条件。
对策二，从装备和运行上予以应对。
1、积极应对砂和渣。我国污泥中高砂和高渣含量直接影响着输送和消化设施的安全运行。
——美国旋流沉砂池可以做到对0.07mm砂子的去除率达到85%。
——弥补措施，采取对进泥进行分离的办法。
2、设备形式要改进。主动从设备形式上和设备配备上进行改进，适应我国的泥性。
——不同的高温热水解罐形式。
3、强化消化池搅拌。搅拌好了就能够有效避免浮渣和沉砂。
对策三，从生物质利用高度解决出路
1、了解一下日本。日本最近更改了下水道的定义，新的下水道定义是：收集从城市排放出的资源、能源并进行再生的设施。
2009年3月日本《社会资本建设重点计划》进行了修改，将下水污泥循环利用率进行了修改，采用新的指标——生物质循环利用率。
生物质循环利用率的定义是：下水道污泥中的有机物被有效用于气体发电等能源利用和绿农地利用的比例。
——这一定义的修改，更加体现了日本对下水污泥生物质资源化利用的重视。
——目标是由2008年的23%，提高到2012年的39%。
2、看看我们自己。差距在哪里？
——把好氧发酵和厌氧消化处理后产物，仍然称为污泥，才有了污泥处置。
——污泥处置，提法科学吗？
——处理后的产物，为什么不能够叫“生物碳土”。
——处置是处理后产物的利用。
——处理是满足产物利用的要求。
3、如何有出路。有机物、氮、磷进入水体——富营养化；进入大气——温室气体、PM2.5；
只有把有机物、氮、磷变成生物质——能源和生物碳土加以利用才有出路，而且不会污染。
可借鉴的经验：
1、充分注重与污泥实情相结合。不但要应对砂子，还要应对“老泥”的处理。
——鱼梁洲污水处理厂日产污泥约150~200吨/d（含水率80%），在该污泥处理厂建成之前，由于污泥未加处理，导致近15万吨的污泥（含水率80%）堆积在厂内，所以该污泥处理厂除要处理每日脱水的新鲜污泥外，在近期还要承担堆积污泥的处理任务，目前每天约处理堆积污泥100吨。
2、充分利用高温热水解带来优势。襄阳工程沼气的硫化氢含量为50-100ppm（消化池出泥pH为7.8）。现厌氧消化池每天约产生沼气8000~10000m3，除系统自用外，其余提纯处理——约为1000~15000 m3，达到国家压缩车用天然气标准，用于加气站，供汽车使用，售价4.5元/ m3。
——上海市白龙港污水处理厂沼气的硫化氢含量为350~800ppm（消化池出泥平均pH为7.34）。
——除硫的简化——省事、省钱。
3、充分挖掘设施潜力。积极利用设施潜力，积极探索餐厨垃圾的同步处理。
4、充分实践“生物碳土”的利用。独到的“可移动式”苗木栽培技术，让处理后的产物——生物碳土有了出路。
（根据中国给水排水杂志2014年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会报告速记内容删减，未经报告人审核。）
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