咯夫人热水解处理技术及其应用.doc

蒈莆螁膈膈蚁蚇螅芀蒄薃螄莂蚀袂螃肂蒂螈螂膄蚈蚄袁芇蒁薀袁荿芄衿袀聿葿袅衿芁节螁袈莃薇蚇袇肃莀薃袆膅薆袁袅芈莈螇羅莀薄蚃羄肀莇蕿羃膂薂薅羂莄蒅袄羁肄蚁螀羀膆蒃蚆罿芈虿薂罿莁蒂袀肈肀芄螆肇膃蒀蚂肆芅芃蚈肅肅薈薄肄膇莁袃肃艿薆蝿肃莂荿蚅肂肁薅薁膁膄莈衿膀芆薃螅腿蒈莆螁膈膈蚁蚇螅芀蒄薃螄莂蚀袂螃肂蒂螈螂膄蚈蚄袁芇蒁薀袁荿芄衿袀聿葿袅衿芁节螁袈莃薇蚇袇肃莀薃袆膅薆袁袅芈莈螇羅莀薄蚃羄肀莇蕿羃膂薂薅羂莄蒅袄羁肄蚁螀羀膆蒃蚆罿芈虿薂罿莁蒂袀肈肀芄螆肇膃蒀蚂肆芅芃蚈肅肅薈薄肄膇莁袃肃艿薆蝿肃莂荿蚅肂肁薅薁膁膄莈衿膀芆薃螅腿蒈莆螁膈膈蚁蚇螅芀蒄薃螄莂蚀袂螃肂蒂螈螂膄蚈蚄袁芇蒁薀袁荿芄衿袀聿葿袅衿芁节螁袈莃薇蚇袇肃莀薃袆膅薆袁袅芈莈螇羅莀薄蚃羄肀莇蕿羃膂薂薅羂莄蒅袄羁肄蚁螀羀膆蒃蚆罿芈虿薂罿莁蒂袀肈肀芄螆肇膃蒀蚂肆芅芃蚈肅肅薈薄肄膇莁袃肃艿薆蝿肃莂荿蚅肂肁薅薁膁膄莈衿膀芆薃螅腿蒈莆螁膈膈蚁蚇螅芀蒄薃螄莂蚀袂螃肂蒂螈螂膄蚈蚄袁芇蒁薀袁荿芄衿袀聿葿袅 蒀袇艿莀蝿羆罿膃蚅羆肁荿薁羅膄膁蒇羄羃莇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薃羀羀蒃葿肀肂芆螈聿膅蒂蚄肈芇芅蚀肇肆薀薆蚄腿莃蒂蚃芁薈螁蚂羁莁蚇蚁肃薇薃螀膅荿葿蝿芈膂螇螈羇莈螃螈膀膁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄螀螄膆芇蚆袃艿蒃薂袂羈芅蒈袂肁蒁莄袁芃芄螂袀羂蕿蚈衿肅莂薄袈膇薇蒀袇艿莀蝿羆罿膃蚅羆肁荿薁羅膄膁蒇羄羃莇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薃羀羀蒃葿肀肂芆螈聿膅蒂蚄肈芇芅蚀肇肆薀薆蚄腿莃蒂蚃芁薈螁蚂羁莁蚇蚁肃薇薃螀膅荿葿蝿芈膂螇螈羇莈螃螈膀膁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄螀螄膆芇蚆袃艿蒃薂袂羈芅蒈袂肁蒁莄袁芃芄螂袀羂蕿蚈衿肅莂薄袈膇薇蒀袇艿莀蝿羆罿膃蚅羆肁荿薁羅膄膁蒇羄羃莇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薃羀羀蒃葿肀肂芆螈聿膅蒂蚄肈芇芅蚀肇肆薀薆蚄腿莃蒂蚃芁薈螁蚂羁莁蚇蚁肃薇薃螀膅荿葿蝿芈膂螇螈羇莈螃螈膀膁虿螇节蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄螀螄膆芇蚆袃艿蒃薂袂羈芅蒈袂肁蒁莄袁芃芄螂袀羂蕿蚈衿肅莂薄袈膇薇蒀袇艿莀蝿羆罿膃蚅羆肁荿薁羅膄膁蒇羄羃莇蒃羃肆芀螂羂膈蒅蚈羁芀芈薃羀羀 咯夫人热水解处理技术及其应用张晶晶、于振滨、宋美芹（青岛思普润水处理有限公司）摘要：本文简单介绍了热水解处理技术（THP）的原理、工艺流程，并通过与传统热处理的比较总结出THP的特点，讨论了THP与厌氧消化的组合工艺与传统厌氧消化工艺的区别，总结了THP与传统厌氧消化组合工艺的优势。THP目前已广泛应用，文中简单介绍了THP在新建工程、改造工程和大型工程中的应用情况，说明THP有突出的技术优势，是一项成熟、高效、稳定的污泥处理技术。关键词：热水解处理技术（THP） 污泥处理 厌氧消化 工程实例污泥的热处理（heat treatment）技术能够提高污泥的脱水性能和厌氧消化性能，是一项有效的污泥预处理技术1，早在1939年就有所应用。到20世纪70年代初，热处理主要用于提高脱水性能2,3。70年代开始，热处理的高能耗、臭气、腐蚀等缺点3导致热处理的应用减少。Cambi公司经过近20年的研究，开发出克服传统热处理缺点的热水解处理技术（Thermal Hydrolysis process，THP），并成功的应用到实际工程中3,4。1、 THP的简介1.1 THP的原理5THP是污泥经高压蒸汽预处理，溶解污泥中的胶体物质，破碎细胞物质，水解大分子物质，使污泥性质发生相应的变化，原理图如图1：图1 THP的原理示意图1.2 THP的工艺流程6THP的工艺流程主要包括混匀预热，水解反应和泄压闪蒸三个步骤，流程图如图2。污泥首先经过离心脱水机或压滤机进行脱水到含固率到14%-18%，用泵输送到搅拌罐中进行混匀预热，预热后的污泥约为100。然后污泥输送到主反应罐中，用热蒸汽对反应罐中的污泥进行加热加压，达到温度为180左右，压力约为10bar时反应约30min，经热水解反应能够溶解污泥中的胶体物质降低粘度，并且将复杂的有机物水解为易于生物降解的简单有机化合物。最后一步为泄压闪蒸，利用反应罐中的压力和闪蒸罐中的压力差，将污泥输送到闪蒸罐中闪蒸，将闪蒸罐中产生的蒸气回送到搅拌罐中与新污泥混匀加热，实现热回收降低能耗。图2 THP的工艺流程图1.3THP与传统热处理的对比传统热处理的缺陷如处理温度较高，一般在200250，造成能耗较大，臭气问题，高浓度的水解液处理困难，腐蚀性及运行中易堵塞等导致热处理逐渐被淘汰，而THP克服了传统热处理的缺点而得到广泛应用，THP与传统热处理的对表见表1。表1 THP与传统热处理的对比传统热处理存在的问题THP的优势需在高压条件下用泵输送污泥利用压力差输送污泥，不需要泵热交换器易堵塞蒸汽直接加热，解决热交换器的易堵塞机械零件易受腐蚀很少的可活动部件，用高质量的材质，无腐蚀问题含难降解的高COD的上清液处理困难水解后的污泥直接厌氧消化，无上清液处理问题设备损耗严重，尤其是阀门能耗高两步降压实现设备损耗降到最低回用蒸汽预热污泥，实现回收余热，降低能耗臭气问题封闭无臭气问题 1.4 THP的特点THP污泥处理技术特点简单归纳为以下几点：1）THP破碎污泥中的细胞物质，释放细胞内的非自由水而改善污泥的脱水性能。2）THP能够溶解污泥中一部分固体有机物，能够一定程度上减少干污泥量。3）THP能够将大分子物质水解为易生物降解的小分子物质，处理后的水解液中含有丰富的C1C5的挥发性脂肪酸，提高污泥的厌氧消化性能，缩短厌氧消化的停留时间，增加生物气产量。4）THP杀灭污泥中的病菌等有害微生物，初步实现污泥的无害化。2、THP与厌氧消化的组合工艺在当前碳减排形势严峻的情况下，从经济、资源回收和可持续发展各个角度来看，厌氧消化都是一项优势技术，但实际应用中厌氧消化处理存在处理效率低，产气速率低，发酵周期长（2030 d），发酵装置容积大等不足，限制了厌氧消化处理在我国污泥处理处置中的广泛应用，所以应采取有效措施，如增加前处理等，来推广该项技术的应用。20世纪90年代，Cambi公司经研究成功将THP与厌氧消化技术有效组合的工艺，实现提高后续厌氧消化效率7，增加甲烷产量，同时也能够减少污泥厌氧消化的处理量和消化反应器的建造、运营成本，并在世界范围实现工程化应用。虽然THP也可以与其他的污泥处理工艺组合如干化焚烧等，但从能量回收方面考虑，THP与厌氧消化的组合工艺是最佳的组合工艺，两种工艺可以较好的协作，不仅可以提高厌氧消化性能，增加产气量，还能减少污泥量。2.1 “THP+厌氧消化”组合工艺与传统厌氧消化工艺的对比“THP+厌氧消化”组合工艺从产气量、停留时间及运行稳定性方面较传统厌氧消化工艺都有较大的提高，两者的对比如表2。表2 “THP+厌氧消化”组合工艺与传统厌氧消化工艺的对比参数“THP+厌氧消化”组合工艺传统厌氧消化停留时间15天20天所需消化罐容积传统消化罐容积的传统消化罐容积消化污泥的含固率9%-12%4%-6%有机负荷5Kg/m3/d2-3Kg/m3/dPh7.5-8.06.8-7.5温度38-4235-37沼气质量65%-68%的CH4，少H2S65%-68%的CH4，少H2S泡沫问题无有时会出现2.2 “THP+厌氧消化”组合工艺的优势“THP+厌氧消化”组合工艺与传统的厌氧消化工艺相比具有如下的特点：1、增加污泥的可生物降解性，污泥中50%-65%的有机物质（VS）可转化成生物沼气，增加了产气量，产生的生物沼气质量高(多CH4，少H2S)，是理想绿色能源；2、THP预处理后的污泥成为厌氧消化理想的供料，并且能提高碱性缓冲能力，消除丝状菌引起的泡沫问题，从而强化厌氧消化过程，并且能消除臭气问题；3、降低污泥的粘度，添加到消化罐中的干污泥浓度是普通消化反应器的两倍；提高消化速率，缩短厌氧消化的停留时间，消化罐的有效容积增加2-3倍。4、蒸汽在绝热的容器中得到最大限度的循环利用，消化罐可投加较高干固体浓度的污泥从而实现污泥处理过程的高节能；直接的蒸汽喷射实现稳定可靠的操作。5、改善污泥的脱水性能，脱水后污泥的达40%DS，提高有机物的降解率，减少污泥泥饼的体积，可节省运输费用和能量消耗。6、THP可杀灭污泥中的病原菌，提高厌氧消化过程中有机物转化率，获得稳定的泥无菌饼。3、工程实例目前，世界上已有20多个大小规模的使用THP的工程实例，且现在都运行良好，说明THP技术已是一项成熟的工艺技术。THP的工程实例主要分为三类：在污泥处理厂新建工程中的应用；在污泥升级改造工程中的应用；在大型工程中的应用。 3.1 THP在污泥处理厂新建工程中的应用3THP应用的第一个工程实例是新建的工程，从1995建成运行到现在已成功运行15年以上，目前仍能正常运行，事实证明THP工艺是一种成熟、稳定的工艺。此工程处理规模为2650吨DS/年，由于污泥量的增加，2005年处理规模增加到3600吨DS/年，污泥的处理流程图如图3，1997年到2000年污泥处理系统的数据见表3。THP+厌氧消化段污泥处理系统2000年的运行数据见图4。污泥中TS的去除率仍可到达40%以上，产气量约为106m/年，甲烷占70%以上，厌氧消化后的污泥经脱水后含固率达35%以上。新建混合污泥污泥浓缩污泥脱水THP处理厌氧消化污泥脱水沼气发电残渣用做覆盖土图或其他土地利用上清液回到污水处理设施图3污泥处理流程图表3 THP+厌氧消化新建处理系统稳定运行4年的数据指标1997199819992000处理量（吨DS/年）2711270927812942DS降解率（%）44414040产气量（m）9.411051.011061.011061.08106沼气的百分比（%）70737272图4 THP+厌氧消化段污泥处理系统2000年的运行数据3.2 THP在污泥处理厂改造中的应用8THP设计简单、应用灵活，不仅可以用于新建的污泥处理厂，还可以用于原有污泥处理厂的升级改造，目前用于升级改造并成功运行的工程实例很多。而Fredericia污水处理厂是第一个将新建的THP与原有的厌氧消化污泥处理系统成功组合的工程实例，原有的污泥处理系统是污泥浓缩后进行厌氧消化，厌氧消化系统的处理能力为4000吨DS/年，由于污泥处理量的增加，需要处理的污泥量为8000吨DS/年，在无需新建厌氧消化处理设施的基础上，新加了处理规模为8000吨DS/年的THP预处理系统的改造不但能够增加了污泥的处理系统的处理能力，还改善了污泥的处理效果，改造前后污泥处理的比较如表4。THP污泥处理前后的污泥形态如图5。表4 改造前后的污泥处理比较指标改造前改造后污泥待处理量（TDS/年）77457745污泥处理量（TCOD/年）98919891是否新建厌氧消化是否厌氧消化的污泥浓度4%9%停留时间（天）1317COD去除率30%62%产气量（m/年）15607403188528厌氧消化残渣量（TDS/年）55913994脱水后的含固率24%30% （a）原污泥 （b）THP处理后污泥图5 THP污泥处理前后的污泥形态3.3 THP在大型污泥处理工程中的应用THP的大型污泥处理工程实例也已有很多，如某污水处理厂的污水处理规模为97.6万m/d， 需要处理的污泥量为36000吨DS/年，2002年污新建了THP处理系统， 处理后的污泥进行厌氧消化在进行脱水和干化。由于污泥量的增加导致污泥的脱水能力降低，加了THP的改造后脱水干燥能力提升了50%，所需的厌氧消化容积减小，厌氧消化罐的负荷为6kgVS/m/d，VS的降解率到达60%，每天产气量为45000m。污泥厌氧消化产生的沼气进行发电，系统的能量图如图4。改造后的工艺优点为：（1）处理效率高；（2）节约传统消化罐1/2-1/3的体积；（3）所需的干燥器容积减少一半；（4）消化脱水后的污泥达欧洲A级标准，能直接土地利用。热损失1.6%其他用10.4%预热泥10.4% 用于产蒸汽的沼气11. 97%沼气产量 11700KW电能 35.2% 热损失 15.9%用于产电能的沼气88.03%其他用的热水能量21.3%用于THP系统26.03%热水3.3%冷却水 24.6%排放的废气热量12.3%图4 污泥处理系统的能量图4、结论THP是一项成熟、稳定和高效的污泥处理技术，具有设计简单、应用灵活、管理运行简单等优势，不仅适用于中小型污泥处理工程，更能用于大型工程，适用于污泥处理厂的新建，更特别适合现有污泥处理厂的改造。目前，青岛思普润水处理有限公司已经获得Cambi公司授权，负责THP技术在中国的推广工作。参考文献1 Haug etal. Effect of thermal pre-treatment on digestibility and dewaterability of organic sludgesJ. Water Poll. Control Fed 50, 1978:73-85.2 Fisher and Swanwick. High-temperature treatment of sewage sludgesJ. Wat. Pollut. Control, 1971:355-370.3 王治军，王伟.李芬芳.污泥热水解技术的发展及应用J.中国给水排水，2003,19(10):25-27.4 Pinnekamp, J. Effects of thermal pretreatment of sewage sludge on anaerobic digestionJ. Water Sci. Techn.,1989,21(4-5), 97-108.5 deby, T., Netteland, T. and Solheim, O.E. Thermal hydrolysis as a profitable way of handling sludge. In: Chemical Water and Wastewater Treatment IV.1996, 401-409.6 KEPPU,MACHENBACHI,WEISZN,etal.Enhanced stabilisation of sewage sludge through thermal hydrolysis: three years of experience with full scale plantJ.Water science and technology. 0273-1223.7 王治军，王伟. 热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能 环境科学 2005,26（1）:68-71.8 P. Camacho, W. Ewert, J Kopp,etal. Combined Experiences of Thermal Hydrolysis and Anaerobic Digestion Latest Thinking on Hydrolysis of Secondary Sludge OnlyJ. 2009. 艿芅袅袈肂薃袄羀芇蕿袃膂肀蒅袂袂莅莁葿羄膈芇蒈肆莄薆蒇螆膆蒂薆袈莂莈薅羁膅芄薅肃羈蚃薄袃膃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莁薁螇肄芆薀衿芀薅虿羂肂蒁虿肄芈莇蚈螄肁芃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈莄蒄蚄袀膇莀蚃羂莃芆螃肅膆薄螂螄羈蒀螁袇膄蒆螀聿羇莂蝿蝿节芈螈袁肅薇螇羃芀蒃螇肆肃荿袆螅艿芅袅袈肂薃袄羀芇蕿袃膂肀