德国E+B环保：不同的污泥预处理技术对污泥厌氧消化的影响当前位置：首页 > 新闻动态 > 企业动态 > 正文

随着全球污水产量的增加，污泥作为污水处理的副产物，产量也在急剧增长，污泥处理需求也随之进一步加大。然而，单纯大范围地扩充消化池容量需要大量的成本投入，所以研究人员及污水处理公司正在探索一系列优化的工艺。污泥厌氧消化由于处理成本低、动力消耗小等优点，越来越得到广泛关注。

 

近日，由《中国给水排水》杂志社有限公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司等多家单位联合主办的2024年城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会在广州举办，大会围绕污泥处理处置与资源化等主题，共商行业发展，分享创新技术，解锁污泥处理之道。

 

德国E+B环保科技公司总经理、技术总监安平林博士受邀出席大会，并做题为《不同的污泥预处理技术对污泥厌氧消化的影响》的主旨报告，从污泥厌氧在未来污水处理厂的作用、污泥厌氧预处理的不同技术、超声波污泥预处理技术三个方面对污泥厌氧预处理进行深入剖析。

 

 

污泥厌氧在未来污水处理厂的作用

 

安平林总经理首先从今年水务行业的一件大事开篇，介绍了中国未来污水概念厂理念。他说，2024年8月11- 15日IWA国际水协国际大会在加拿大多伦多召开，中国污水资源概念厂获得2024年全球唯一的创新大奖金奖。

 

2014年年初，中国工程院院士、中国科学院生态环境研究中心研究员曲久辉，清华大学环境学院副院长、教授王凯军，中国人民大学环境学院副院长、教授王洪臣，清华大学环境学院教授余刚，中国21世纪议程管理中心副主任柯兵，中国科学技术大学化学与材料科学学院环境工程教授俞汉青这六位国内知名专家联合提出了《建设面向未来中国污水处理概念厂》。

 

中国的城市污水资源概念厂将污水处理厂从污染物削减基本功能扩展至城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等多种应用场景，实现水质永续、资源循环、能量自给、环境友好的追求目标。

 

安总强调，目前，“水质永续、资源循环、环境友好”这三个目标不难实现，但国内能实现能量自给的污水厂还是寥寥无几的。我们努力的方向就是未来建设一批实现“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”的四个可持续城市污水处理厂。

 

因此，安总介绍了几个国外未来水厂的理念，值得国内的从业者学习。

 

1、荷兰未来污水处理新框架（NEWs）理念

 

2008年，荷兰应用水研究基金会用“NEWs”概括了未来污水厂理念的组成框架，包括Nutrient

（营养物）+Energy（能源）+Water（水）三部分。即在可持续理念下将污水处理厂打造成包括有营养物、能源和再生水三位一体的生产工厂。

 

 

2、新加坡未来绿色水厂（Greenfield）理念

 

新加坡水务局PUB制定出3个关键评价标准：出水水质、能源可持续性、环境可持续性。

 

基于此标准，分析相关污水处理技术水平和节能降耗效果，已制定出污水处理工艺能源自给率三阶段目标：

 

近期目标（2017年）——改造棕色水厂（Brownfield）。

 

短期目标（2022年）——关闭部分棕色水厂，新建绿色水厂（Greenfield）。

 

长期目标——未来绿色水厂（Greenfield）。利用目前实验室中试技术（或建议技术），使能源自给率超过100%，并降低剩余污泥产量。

 

 

 

3、美国未来污水厂“能源零消耗”理念

 

2002 年美国希博伊根污水厂参与了“威斯康辛聚焦能源”项目，确立了“能源零消耗”运行目标与实施计划。

 

2013 年美国清洁水机构国家协会、水环境研究基金会和水环境联盟三大机构联合发布了《未来的污水处理设施--行动蓝图》，同时美国水环境研究基金制定出到2030 年实现碳中和运行目标。

 

 

 

4、奥地利 Strass 污水处理案例

 

 

 

奥地利的Strass污水厂电耗自给效率由1996年的49%，到2006年，就已经达到108%的能耗自给率。

 

5、德国科隆污水处理厂案例

 

德国科隆Stammheim 污水处理厂规模157万人口当量，处理规模水量旱季约40万m³/d，雨季约80万m³/d。

 

 

德国科隆Stammheim 污水处理厂5座蛋形消化池，单池池容11050m³ ，高度45米，直径22米

 

有周围小厂的部分污泥及少量有机废弃物共同厌氧，沼气产量：47000 m3/d；发电量： 119000 kwh/d；沼气发电可以覆盖污水厂用电约 85%-100%。

 

由此，安总扩展介绍了德国污水处理厂数量及规模分类。他说，德国共计5300多座污水处理厂，其中：人口当量小于10,000的污水厂占大约66%左右；人口当量大于10,000的污水厂占34%。

 

 

 

6、国内提高污泥厌氧消化的措施

 

结合上述国外案例，安总总结了国内污泥厌氧消化技术应用与运行水平与发达国家差距。

 

 

 

他指出，污泥有机质含量高低不同及排放标准不同，污泥厌氧发电大概能覆盖全厂的用电30-70%左右。有个别通过其他有机废弃物引入可以实现超过100%。

 

 

 

安总强调，从泥质来看，国内污泥有机质含量低，微细砂含量高。因此国内污泥处理难点为生物转化难、消化效率低、运行效益差。由此，可以得出结论，国内污泥厌氧消化瓶颈在于有机质降解率低、甲烷含量低、反应时间长。

 

安总提出提高污泥厌氧消化的措施：加强管网的投资，提高雨污管网分流的比例和管理水平，通过提质增效提高污水厂的进水浓度，进而保证污泥有机质提高。

 

（1）取消化粪池

 

化粪池是一种简单的初级污水处理分散设施，能够起到一定的污水处理作用，因此在城区内未建有污水处理厂时，很多居民区兴建化粪池处理生活污水，某种程度上可以减轻对水体的污染。但污水处理厂建立完善后，化粪池内污水营养物进行厌氧反应，也直接降低了进入污水处理厂的COD（BOD），损失碳源约40%。

 

（2）排水管道及管网系统

 

 

 

德国与国内的传统排水管道相比，旱天、雨天有不同的截面。2、5、6、7、8型断面能够适应近远期降雨大小、在地形平坦的地区，上述断面均有较好的适用性；对于合流和雨水干管则宜采用9和4的断面形式；带有平底座的排水管道突出的优点是旱季仍可以保持不淤流速，减少污水中营养物在管道内的缺氧反应消耗的COD。

 

排水管网系统影响污水厂进水水质的因素很多，大致有以下几种：污水厂收集区域范围广，管网较长；雨污合流；外水入渗；管道质量及外因损坏。

 

（3）通过其他有机质协同及预处理措施提高污泥产气率

 

可以通过投加其他有机废弃物协同厌氧消化的产气率，欧洲有很多污水厂能够满足自身甚至超出100%的用电，大都是通过引进餐厨等其他有机废弃物实现的。通过对污泥进行预处理，可以提高产气率15- 30%左右。

 

 

不同的污泥预处理技术

 

通过污泥破解的预处理，可以有效破坏污泥的絮体结构、细胞壁，从而改变其物理、生物和化学性能。常用的用于污泥破解的预处理技术主要分为物理法、化学法和生物法三种。在这里，安总介绍了几种污泥预处理的新工艺。

 

1、物理热法为代表的高温高压热水解的工艺

 

污泥热水解技术的工作原理是将脱水污泥（一般含水率在85%~90%左右）和温度为150~260 ℃、压力为1.4~2.6 MPa的饱和蒸汽加入密闭的反应釜，通过蒸汽对污泥进行间接加热，使污泥菌胶团、内部微生物和有机物水解破壁，从而使细胞失活，同时胞内部分有机物如蛋白质和多糖等，得以释放并进入上清液。

 

高温热水解的工艺特点：

 

·污泥破壁效果明显，产气提高大；

·进厌氧消化的污泥浓度高，反应罐容积减少；

·温度较高进入污泥厌氧单元前需要进一步降温；

·市政运营管理存在安全担忧；

·高温高压耗能高，设备投资高。

 

2、化学热减法为代表的高温高压热碱的工艺

 

通过投加NaOH提高pH值在60-100℃温度环境下，碱解处理可有效地将胞内硝化纤维溶解转化为溶解性有机碳化合物,使其容易被微生物利用。

 

热碱的工艺特点：

 

·污泥破壁效果明显，产气提高大；

·设备占地面积大，投资高；

·温度和pH值较高进入污泥厌氧单元前需要进一步降温调节pH值；

·进厌氧消化的污泥浓度高，反应罐容积减；

·高温常压耗能略低。

 

3、物理空心化法为代表的超声波工艺

 

超声波促使液体中产生微米级的空化气泡。空化气泡破裂时，能在极短时间内产生,高达高温（5000℃）高压（1000 bar）的巨大的剪切力来破坏细胞壁、

 

超声波的工艺特点：

 

·污泥破壁效果明显，产气提高大

·进厌氧消化的污泥浓度高，反应罐容积减少

·无污染,能量密度高,分解速度快

·占地少，运行管理安全简单

·常温常压耗能高，设备投资高

 

 

 

安总对上述三种新工艺做了对比。他强调，三种工艺各有优缺点，应用时应因地制宜。

 

 

 

 

超声波污泥预处理技术

 

超声波的用途很广，如超声清洗、超声焊接及超声切割等，针对不同客户的需求，韦伯超声可提供创新的超声解决方案。

 

安总介绍了超声消解原理。超声波的频率范围一般为20 k～10MHz，高效频率范围大于100 kHz。这种高频促使液体中产生微米级的空化气泡。空化气泡破裂时，能在极短时间内产生高温（5000℃）、高压（1000 bar）及巨大的剪切力。

 

空化泡内爆可产生四种效应。一是高温高压：额外释放的OH自由基，加速化学反应；二是巨大剪切力：破坏生物质细胞壁，释放酶，加速生物降解过程；三是促进混合：均匀混合可增加反应表面，促进更高效的物质交换和能量传输；四是降低粘度：减少设备磨损，降低运营成本。

 

安总指出，从实际应用来看，超声波污泥预处理技术可提高污泥产气量及发酵料降解效率，沼气产量平均提高15%，提高发酵料降解速率及降解程度，改善发酵料流动性，降低运营成本及发酵原料成本。

 

 

 

 

从未经处理污泥样本与超声裂解处理后的样本对比可以看出，经超声波反应器BioPush处理后，物料粘度降低（据某实际案例，客户 Lipperland提供的数据来看，粘度降低28.3 %），物料流动性增加，能耗降低（泵、搅拌），系统稳定性提高，提高物料中难降解物料的比例。

 

安总指出，传统的超声技术，声场不均匀，而且直接与物料接触，物料易被腐蚀，易堵塞，运行及维护成本高，运行不稳定，性能随使用时间下降。

 

而创新技术——韦伯环保超声波，克服了传统超声技术的缺点，均匀的声场，精准的能量密度，使物料获得最佳能量输入，设备不堵塞，稳定性高，免维修，使用寿命长。

 

该技术目前已在瑞士、法国、俄罗斯、立陶宛、新加坡等国家得以应用，获得了满意效果。

 

最后，安总总结了超声波处理的优势：超声波可处理生物质，升级污水和沼气厂，超声波处理生物质，可提高物料流动性；应用于沼气厂，可提高产气量，降低发酵料费用。