孫飛，徐興

（江蘇雨田環(huán)境工程有限公司，江蘇宿遷 223800）

隨著我國(guó)污水處理率的提高，污泥產(chǎn)量也在迅速增加，截至2020 年底，全國(guó)城市污水處理廠污泥年產(chǎn)量超過(guò)6 000 萬(wàn)噸[1]。污泥厭氧消化工藝可將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成沼氣能源，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化和資源化，但存在停留時(shí)間長(zhǎng)、消化效率低等缺陷。熱水解高級(jí)消化、分級(jí)分相厭氧消化、高含固厭氧消化等工藝已經(jīng)被逐漸應(yīng)用于污泥處理處置工程[2]。熱水解處理后的污泥溶解性有機(jī)質(zhì)含量提高、可生化性好，可提高后續(xù)厭氧消化工藝效率，縮短停留時(shí)間[3]。

熱水解與厭氧消化工藝結(jié)合形成了新型高級(jí)消化工藝。對(duì)于國(guó)內(nèi)污泥有機(jī)質(zhì)含量普遍較低的現(xiàn)狀，熱水解工藝對(duì)低有機(jī)質(zhì)污泥預(yù)處理前后的理化性質(zhì)及對(duì)厭氧消化工藝的影響還需深入研究[4]。本文采用高級(jí)消化工藝對(duì)低有機(jī)質(zhì)污泥進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，并與傳統(tǒng)厭氧消化工藝對(duì)比，探討熱水解工藝對(duì)污泥理化性質(zhì)和后續(xù)厭氧消化工藝的改善作用。

1 材料與方法

1.1 進(jìn)料與接種物

熱水解工藝進(jìn)泥采用脫水污泥；厭氧消化罐進(jìn)料包括濃縮污泥和熱水解處理后的污泥。

1.2 污泥性質(zhì)

試驗(yàn)期間，每天取剩余污泥和濃縮污泥分別檢測(cè)含固率和有機(jī)質(zhì)含量，結(jié)果取平均值，剩余污泥平均含固率為1.39%，有機(jī)質(zhì)平均含量38.31%；濃縮污泥平均含固率為5.04%，有機(jī)質(zhì)平均含量35.73%。本次試驗(yàn)過(guò)程中污泥有機(jī)質(zhì)含量偏低，主要有3 方面原因：（1）6—9 月屬于夏季，雨水較多，污水廠進(jìn)水負(fù)荷較低；（2）污水廠進(jìn)水中工業(yè)污水的比例占75%以上，污泥中的無(wú)機(jī)顆粒較多；（3）生化池采用長(zhǎng)泥齡的處理工藝，活性污泥中有機(jī)質(zhì)在工藝流程內(nèi)消耗[5]。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

熱水解設(shè)備為序批式反應(yīng)器，處理能力4 L/批次，反應(yīng)溫度和壓力可設(shè)定；厭氧消化設(shè)備有效容積60 L，配有自動(dòng)控溫系統(tǒng)和pH 在線測(cè)定，消化液溫差控制在±0.5 ℃范圍內(nèi)。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 污泥脫水處理

取適量濃縮污泥置于濾布內(nèi)，按1 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心脫水20 min，將污泥含固率由5%脫水至9%～10%備用。

1.4.2 熱水解處理

熱水解反應(yīng)溫度160 ℃，壓力0.6 MPa，停留時(shí)間30 min。

1.4.3 厭氧消化

厭氧消化溫度（40.0±0.5）℃，機(jī)械攪拌速度20～30 r/min；半連續(xù)式進(jìn)料，投配率6.7%，停留時(shí)間15 d。

1.4.4 檢測(cè)方法

污泥含固率、有機(jī)質(zhì)含量采用CJ/T221-2018 城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)，COD 采用GB11914-89 水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定_重鉻酸鉀法進(jìn)行檢測(cè)，沼氣成分及各組分含量采用氣相色譜檢測(cè)方法（GB/T10410-2008 人工煤氣和液化石油氣常量組分氣相色譜分析法；GB/T14678-1993 空氣質(zhì)量 硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測(cè)定 氣相色譜法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱水解工藝降低污泥粘度

不同含固率的污泥粘度差異較大，對(duì)比含固率分別為2.8%、6.1%、8.8%的剩余污泥和含固率為8.4%的熱水解后污泥的粘度，結(jié)果如圖1 所示。由圖可知，剩余污泥含固率2.8%時(shí)粘度為185 MPa·s，含固率6.1%時(shí)粘度為10 750 MPa·s，含固率8.8%時(shí)粘度為22 755 MPa·s；經(jīng)熱水解處理后，含固率為8.4%時(shí)粘度僅為4 550 MPa·s。

圖1 污泥含固率與粘度

2.2 熱水解工藝提高污泥溶解性有機(jī)質(zhì)含量

將脫水后污泥進(jìn)行熱水解處理，分別檢測(cè)處理前后污泥含固率、溶解性固體、有機(jī)質(zhì)和溶解性有機(jī)質(zhì)含量。其中，剩余污泥含固率為10.45%，溶解性固體含量為4.13%，有機(jī)質(zhì)含量為38.31%，溶解性有機(jī)質(zhì)含量為8.70%；經(jīng)熱水解處理后，污泥含固率變?yōu)?.03%，溶解性固體含量為28.90%，有機(jī)質(zhì)含量為35.73%，溶解性有機(jī)質(zhì)含量為52.18%。經(jīng)熱水解處理后的污泥溶解性有機(jī)質(zhì)含量提高了6 倍。

2.3 熱水解工藝提高厭氧消化產(chǎn)氣效率

本實(shí)驗(yàn)厭氧消化污泥含固率調(diào)節(jié)至9%和6%，消化罐其他運(yùn)行參數(shù)保持相同，對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)組的產(chǎn)氣效率，結(jié)果如圖2 所示。經(jīng)熱水解處理后含固率為9%的污泥厭氧消化產(chǎn)氣效率為0.26 m3/(kg VS·d)；未經(jīng)熱水解處理含固率9%的污泥消化產(chǎn)氣效率為0.15 m3/(kg VS·d)。在相同厭氧消化條件下，含固率為9%的熱水解污泥實(shí)驗(yàn)組與含固率為9%的剩余污泥實(shí)驗(yàn)組相比，污泥減量提高0.1 kg DS/(m3·d)，與含固率為6%的剩余污泥（傳統(tǒng)厭氧消化）實(shí)驗(yàn)組相比，污泥減量提高了50%。

圖2 不同含固率污泥實(shí)驗(yàn)組的沼氣產(chǎn)率和污泥減量對(duì)比

2.4 熱水解工藝加強(qiáng)厭氧消化后污泥穩(wěn)定性

厭氧消化試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，分別取消化罐進(jìn)泥和排泥5 mL，稀釋后分別檢測(cè)總化學(xué)需氧量（TCOD）。高級(jí)消化實(shí)驗(yàn)進(jìn)泥TCOD 平均值為625.84 mg/g DS，出料TCOD 平均值為502.48 mg/g DS，TCOD 平均去除率為19.21%；傳統(tǒng)厭氧消化實(shí)驗(yàn)進(jìn)料TCOD 平均為628.68 mg/g DS，出料為579.64 mg/g DS，平均去除率為7.80%。

實(shí)驗(yàn)前后TCOD 變化數(shù)據(jù)表明：經(jīng)熱水解處理后的剩余污泥更容易被厭氧消化，TCOD 去除率達(dá)到傳統(tǒng)厭氧消化的2.46 倍。厭氧消化過(guò)程必須先經(jīng)過(guò)污泥水解酸化階段，將固體有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，熱水解預(yù)處理可以強(qiáng)化污泥中固體有機(jī)物溶解效率，提高消化液中溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）含量[6]。采用熱水解工藝對(duì)剩余污泥處理后，提高了厭氧消化后的污泥穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）熱水解工藝降低污泥粘度，改善污泥流動(dòng)性能。熱水解處理后污泥的粘度降低80%，流動(dòng)性好，可以減小污泥傳送和攪拌過(guò)程中的能耗，節(jié)約運(yùn)行成本。

（2）熱水解工藝提高污泥中溶解性有機(jī)質(zhì)含量。污泥經(jīng)熱水解處理后，溶解性有機(jī)質(zhì)含量由8.70%提高至52.18%，提高近6 倍。

（3）熱水解工藝提高了厭氧消化工藝沼氣產(chǎn)率，強(qiáng)化污泥資源化效果。進(jìn)泥含固率為9%時(shí)經(jīng)熱水解預(yù)處理后的厭氧消化與未熱水解預(yù)處理的厭氧消化試驗(yàn)相比，產(chǎn)氣效率分別為0.26 m3/(kg VS·d)和0.15 m3/(kg VS·d)。

（4）熱水解工藝提高了厭氧消化工藝有機(jī)物削減量，與未進(jìn)行熱水解厭氧消化相比，TCOD 去除率提高了2.46 倍。消化后的污泥有機(jī)質(zhì)含量降低，污泥穩(wěn)定性更好。