全面解析污泥厌氧消化池

　   原则和功能

　　厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应分解污泥中的有机物，很好地实现污泥稳定化。其厌氧消化作用主要表现在：

　　(1)污泥的稳定。降解有机物质，使其稳定，无腐臭现象，避免在运输和最后处理过程中对环境产生不利影响；

　　(2)减少污泥量。采用厌氧法降解有机物质，减少污泥体积，同时可改善污泥脱水性能，减少污泥脱水用药，降低污泥含水量；

　　(3)消化时产生沼气。可回收生物质能源，降低污水处理厂的能耗，减少温室气体的排放。

　　厌氧消化处理后的污泥能达到国家GB18918《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918中有关稳定污泥的指标。

　　2应用原则

　　采用厌氧消化技术，可对污泥进行减量处理，稳定化、无害化、资源化，降低温室气体排放量。本发明适用于污水厂污泥就地集中处理。一般处理规模越大，厌氧消化工艺的综合效益越显著。

　　3.厌氧消化过程。

　　3.1无氧消化的分类。
                                                                                     

　　1、厌氧消化。

　　中温厌氧消化温度保持在35℃±2℃，固体停留时间应大于20天，一般容积负荷为2.0~4.0kg/m3？有机质分解率可达35%~45%，气体产率一般在0.75~1.10Nm3/kgVSS(去除)。

　　2、高温厌氧消化。

　　利用高温厌氧消化温度控制在55℃±2℃，适宜于甲烷菌生长。高温厌氧消化有机物分解迅速，能有效杀灭各类致病菌及寄生虫卵。有机质的分解率可达35%~45%，且停留时间可减少到10~15天。其缺点是能耗大，运行费用高，对系统的运行要求高。

　　3.2传统的厌氧消化流程及系统组成。

　　图4-1介绍了传统厌氧消化系统的组成和工艺过程。在没有足够场地建污泥厌氧消化系统的情况下，可将脱水污泥集中至其它施工现场，经适当的浆液液化处理，然后进行污泥厌氧消化，系统组成和工艺流程图，见图4-2。

　　常规污泥厌氧消化系统主要有：污泥进入系统.污泥加热系统.消化池搅拌系统和沼气收集净化利用系统。

　　消化池一般呈蛋状、柱状等池形，可按搅拌系统.投资费用及景观要求选择。池内可以采用混凝土或钢结构。对常年高温的南方地区，可考虑不采取保温措施，以节约投资。根据系统需要，沼气搅拌系统可以选择沼气搅拌或机械搅拌。

　　3.3厌氧消化新工艺。

　　通过微生物细胞壁的破壁和水解，在污泥消化过程中，可以提高有机物的降解速率和系统的产气量。近几年来，开发了大量使用的破壁法和强化水解法，主要有物化强化预处理和生物强化预处理工艺。

　　1)采用高含固性污泥厌氧消化工艺对高温热水解(THP)进行预处理。

　　本发明采用高温高压热水解法(ThermalHydrolysisPre-Treatment)，将厌氧消化技术应用于高含固性脱水污泥(含15%~20%)。技术采用高温(155℃~170℃)处理污泥(6bar)的热水解和闪蒸处理污泥，使得污泥中的胞外聚合体和大分子有机物水解，打破污泥中微生物的细胞壁，增强物料的可生物化学特性。提高物料的流动度，提高污泥厌氧消化池的容积利用率.厌氧消化后的有机物降解和产气量；通过高温高压预处理，可改善污泥卫生性能和沼渣脱水性能，进一步降低沼渣含水量，该方法有助于沼渣厌氧消化后的资源化。

　　过程处理过程，如图4-3所示。这一过程已经在欧洲各国大规模的工程中得到应用。

　　图示4-3基于高温高压热水解预处理的高含固城市污泥厌氧消化流程。

　　2)其它强化厌氧消化预处理工艺的其它强化厌氧消化预处理工艺如下：

　　预处理生物强化工艺。该方法主要是采用高效厌氧水解菌，在高温条件下，强化水解污泥，或者在较高温度下使用好氧或微氧嗜热溶胞菌对污泥进行强溶胞和水解。

　　超声预处理。采用超声空穴产生的水动力及声化作用，使细胞破裂，引起细胞内物质释放，提高污泥厌氧消化过程中有机物的降解和产气速率。

　　碱前处理工艺其主要作用是通过调整酸碱度，加强污泥的水解，提高有机物的脱除效率和产气量。

　　预处理化学氧化法。直接或间接地通过氧化剂，例如臭氧等，破坏污泥中微生物的细胞壁，使细胞质进入溶液，增加污泥中溶解性有机物质的浓度，改善其厌氧消化性能。

　　高压力喷射预处理工艺。即利用高压泵产生的机械力，破坏污泥中的微生物细胞结构，使胞内物质释放出来，从而增加污泥中有机物的含量，增强水解效果。

　　微波炉预处理。微波炉预处理是一种快速的细胞水解法，在微波作用下，表面会产生大量的“热点”，破坏微生物细胞壁，使胞内物质溶解，从而达到分解污泥。

　　4沼气的收集、储存和利用。

　　4.1沼气特性。

　　甲烷的成分包括诸如CH4、CO2、H2S等气体。含气量为60%~70%，决定了沼气的热值，CO2含量为30%~40%;H2S一般是0.1~10g/Nm3，会产生腐蚀和臭味。甲烷热值一般在21000~25000kWh/Nm3、5000~6000kcal/m3、6.0~7.0kWh/Nm3、Nm3/Nm3、净化处理后可作为优质清洁能源。

　　4.2收集沼气，净化和净化。

　　1)收集和贮存沼气。

　　甲烷是一种强腐蚀性很强的高湿混合物，收集系统应使用高防腐蚀等级的材料。

　　在气流方向上，沼气管道应设置一定的坡度.沼气压缩机.沼气锅炉.沼气发电机.废气燃烧器.脱硫塔等设备的沼气管路入口.干式气柜的进口及湿式气柜的进出口处均需设置除冷器。水封罐安装于消化池及储气柜的适当位置。考虑到沼气产量的波动和对沼气利用的要求，要求在系统中设置沼气储罐，以调节产气量波动和系统压力。储气室有高压(~10bar)、低压(30~50mbar)及无压力3种。根据沼气产量和需求量变动情况，确定储气室容量。一般贮存6~24小时。为确保安全，可以根据沼气利用单元的压力要求，将压力提升装置安装到沼气收集系统中。

　　2)沼气的净化。

　　通过除湿、除浊、脱硫等措施，沼气得到充分利用。

　　除湿除浊处理通常采用沉淀物捕集装置和水沫分离器(过滤器)来除去沼气中的水沫和沉淀物。

　　针对沼气利用设备的要求，可采用沼气脱硫方式。脱硫的方法有物理方法和生物方法。物理法脱硫主要分为干法和湿法。干燥的脱硫剂通常是氧化铁。湿法吸附剂以NaOH和Na2CO3溶液为主。生物脱硫是在合适的温度.湿度和微氧条件下，通过脱除细菌对H2S进行代谢，使H2S变为单质硫。

　　3)沼气净化。

　　厌氧消化过程中，沼气中有60%~70%的甲烷，经净化处理，可制得天然气中90%~95%的甲烷，成为清洁的可再生能源。

　　精制工艺一般是对沼气进行初步除水后，进入脱硫系统，烟气经过脱硫除尘，在特定的反应条件下，完全或部分去除CO2.氨.氮氧化物硅氧烷等多种杂质，使甲烷浓度达90%~95%。

　　4.3沼气的利用

　　一般消化过程中产生的沼气可用于沼气锅炉、沼气发电、沼气拖动。该沼气锅炉采用沼气制热，热效率可达90%~95%，沼气发电机以沼气为动力，同时回收发电过程中的余热。正常情况下，1Nm3的沼气能产生1.5~2.2kWh，以补充污水处理厂的电力消耗；内燃机热回收系统可回收40%~50%的能量，供消化池加热。本发明利用沼气直接驱动风机，对曝气池进行氧气供给，是一种新的技术。

      经净化处理后的沼气达到了天然气质量要求，可用作汽车燃料.民用燃气和工业煤气。