污泥厌氧消化技术现状及应注意的问题

    1. 厌氧消化技术概述

    1.1技术来源

厌氧消化是利用兼氧菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机质的一种污泥处理工艺。

1881年法国Mouras净化器是污水（污泥）厌氧生物处理的雏形；1905年，德国的Imhoff池的出现，第一次将泥水分离进行厌氧处理；1927年，首次在厌氧消化池中加上了加热装置，使产气速率显著提高；随后，又增加了机械搅拌器，反应速率进一步提高；20世纪50年代初又出现了利用沼气循环的搅拌装置。多种形式的厌氧消化池形成了现代污泥厌氧消化技术的核心工艺体系。

    1.2技术原理

厌氧消化的作用机理有两段论、三段论、四段论之分，就两段论可以分为产酸阶段和产甲烷阶段，其中产酸阶段又可细分为水解阶段、酸化阶段、酸性衰退阶段。

水解酸化阶段（酸性发酵）：污水中不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺、多肽等。

产甲烷阶段（碱性发酵）：产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸。

全部反应可以概括为：

淀  粉——水解——葡萄糖——产酸菌——乙酸——甲烷菌——甲烷

脂  肪——水解——甘  油——产酸菌——乙酸——甲烷菌——甲烷

蛋白质——水解——氨基酸——产酸菌——乙酸——甲烷菌——甲烷

    1.3厌氧消化池分类

厌氧消化池从构造上一般分为池顶、池体和池底三部分：池顶主要起到收集沼气的作用；池体主要起到容纳作用；池底一般主要起到排泥的作用。

按照消化池形状可以分为：圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形等。

按照池顶结构形式可以分为：固定盖式和移动盖式。

按照搅拌形式可以分为：机械搅拌和沼气搅拌两种形式；机械搅拌又分为泵搅拌、桨叶搅拌、水射器搅拌等；沼气搅拌又可分为气提式搅拌、竖管式搅拌和气体扩散式搅拌等。

    1.4国内应用情况

2000年，建设部、国家环保局、科技部联合发布《城市污水处理及污染防治技术政策》规定：“处理能力达于10万m3/d的污水处理二级设施产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理”。截至2011年，国内已建成市政污水处理厂3078座，其中配套建设厌氧消化系统的50余座，这其中稳定正常运行不超过10座。2010、2011年污泥处理处置十大推荐案例中共列入6个厌氧消化项目，其中还包括当时“尚未进行24小时连续运行和冬季运行”的上海市白龙岗污水厂污泥处理工程。

以下主要依据中国水网2010、2011年度污泥处理处置推荐案例评选资料及部分国内公开发表文献资料摘录列举国内正常运行的主要厌氧消化工程实例情况：

    1.4.1大连东泰夏家河污泥处理厂

夏家河项目占地2.47公顷，日处理市政污泥600吨。采用LIIP消化罐12个（圆柱形平底形式），直径16m，高度15m，有效高度11.2m，单位有效容积2230m3，污泥停留时间22~25d，进泥含固率10%，污泥投配率4~5%，消化温度37℃，沼气日产量30000-32000 m3，池容产气率1.12~1.20m3/m3，经提纯处理后CH4 日产量16500立方米供应市政燃气。电耗15000~18000 kW.h/d（搅拌强度19.5W/m3）。沼渣脱水后含水率降至70%左右，送至垃圾填埋场晾晒填埋；沼液排至夏家河污水处理厂处理排放。

项目工程总投资14913万元，运行成本130-150 元/吨。

项目于2007年开工建设，2009年4月正式运行。

    1.4.2青岛麦岛污水厂污泥处理项目

麦岛项目为青岛麦岛140，000 m3/d污水处理厂扩建工程配套子项目，污水厂占地3.9公顷，污泥系统处理规模48tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥240t/d）。采用圆柱形消化池2座，直径29.3m，高度25.7m，有效高度18m，单位有效容积12700m3，污泥停留时间20d，进泥含固率3.8~4%，污泥投配率1.9kgDS/m3.d，消化温度35±2℃，沼气日产量14400~15000 m3，池容产气率0.59m3/m3，产品首先用于4台500kVA沼气发电机能源，剩余的沼气通过火炬燃烧。搅拌强度0.9W/m3。沼渣脱水后含水率降至78%以下，送至垃圾填埋场或堆肥处理；沼液由污水处理厂处理排放。

项目于2008年6月正式运行。

    1.4.3北京小红门污水厂污泥处理项目

小红门项目为北京小红门600，000 m3/d污水处理厂工程配套子项目，污泥系统处理规模132.5tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥662.5t/d）。采用卵形消化池5座，单位有效容积12300m3，污泥停留时间20d，进泥含固率3.2%，污泥投配率5%，消化温度35℃，沼气日产量30000m3，池容产气率0.49m3/m3，产品用于沼气拖动鼓风机。搅拌强度3W/m3。沼渣脱水后含水率降至83%左右，送至石灰干化车间干化外运填埋；沼液由污水处理厂处理排放。

项目工程总投资20000万元，运行费用1464万元/年。

项目于2008年11月竣工正式投入运行。

    1.4.4上海白龙岗污水厂污泥处理项目

白龙岗项目为上海白龙岗污水厂2，000，000 m3/d污水处理厂升级改造工程配套子项目，污泥系统处理规模204tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥1020t/d）。采用卵形消化池8座，池体最大直径25m，垂直高度44m（地上32m，地下12m），单位有效容积12400m3，设计污泥停留时间24.3d，进泥含固率5%，污泥投配率4.1%，消化温度33~35℃，沼气日产量44512m3，池容产气率0.45m3/m3，产品用于消化池加热保温和后续污泥干化。搅拌强度4.7W/m3。沼渣脱水后含水率降至75%左右，送至流化床干化工序处理至含固率70%外运；沼液由污水处理厂处理排放。

项目工程总投资63000万元，运行成本约120 元/吨脱水污泥。

项目于2010年10月建成，2011年4月12日进入调试运行。

    1.4.5新疆乌鲁木齐河东污水厂污泥消化及热电联产项目

新疆乌鲁木齐河东污水厂污泥消化及热电联产项目为新疆乌鲁木齐河东污水厂原污泥厌氧消化系统维修改造项目。污泥系统处理规模79tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥395t/d）。采用圆柱形消化池4座，直径20m，高度30.2m，期中柱体高度20m，单位有效容积7164m3，污泥停留时间16d，进泥含固率4%，消化温度35℃，沼气日产量41225 m3。产品首先用于沼气发电机能源，剩余的沼气通过火炬燃烧。电耗60000kW.h/d（搅拌强度0.94W/m3）。沼渣脱水后含水率降至78%左右，送至垃圾填埋场或堆肥处理；沼液由污水处理厂处理排放。

注：按照0.85Nm3/kgVSS产气率估算，上述污泥系统处理规模与沼气日产量对应100%的有机质含量和60%的降解率，显然失实。

项目于2006年由于设备问题停用，2009年经改造后恢复运行使用，2010年底开始4座消化池正常运行。

    1.4.6郑州王新庄污水厂污泥厌氧消化及沼气利用项目

郑州王新庄污水厂污泥厌氧消化及沼气利用项目为郑州王新庄污水厂工程配套子项目，污泥系统处理规模相当于含水率80%脱水污泥330t/d。采用圆柱形消化池，一级3座，二级1座，直径28.8m，高度20.2m，期中柱体高度14.5m，单位有效容积10000m3，污泥总停留时间24d，进泥含固率5%，污泥投配率5%，消化温度35±1℃，沼气日产量20000 m3左右，池容产气率0.5m3/m3，经提纯处理后CH4 日产量10000立方米供应市政燃气。沼渣脱水后含水率降至78%左右，送至垃圾填埋场或堆肥处理；沼液由污水处理厂处理排放。

项目于2001年正式运行，根据2006.3.14~3.23运行数据记录（平均值）：生污泥量1205m3/d，进泥含水率94.89%，沼气产量17625m3/d，基本达到设计指标。

表1.1厌氧消化典型案例主要技术参数对比

    2.处理过程应注意的问题

    2.1泥质

中国城镇污水处理厂水质与发达国家存在差异，在污水处理工艺选择和优化方面已经积累了丰富的经验，在污泥处理处置方面同样可以借鉴污水处理经验，在充分分析掌握中国泥质特点的前提下，引入国外成熟技术时，应在本土化改良后谨慎适度推广，否则将只能是事倍功半，甚至无功而返。

    2.1.1有机质含量

中国城镇污水处理厂污泥有机质含量呈现地域和季节不均匀特点，总体水平较发达国家明显偏低。我国2001年抽样调查数据较美国2000年统计数据低28%，这主要是由于我国市政污水进水浓度偏低造成的；2009年抽样数据较2001年低25%，这主要是由于新建大量中小污水处理厂，较大中城市污水处理厂进水浓度更低。下表清楚地反映了上述情况。

表2.1城市污水处理厂有机质含量统计表（单位：g/kg）