德國E+B環保：不同的污泥預處理技術對污泥厭氧消化的影響當前位置：首頁 > 新聞動態 > 企業動態 > 正文

隨著全球污水產量的增加，污泥作為污水處理的副產物，產量也在急劇增長，污泥處理需求也隨之進一步加大。然而，單純大范圍地擴充消化池容量需要大量的成本投入，所以研究人員及污水處理公司正在探索一系列優化的工藝。污泥厭氧消化由于處理成本低、動力消耗小等優點，越來越得到廣泛關注。

 

近日，由《中國給水排水》雜志社有限公司、中國市政工程華北設計研究總院有限公司等多家單位聯合主辦的2024年城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會在廣州舉辦，大會圍繞污泥處理處置與資源化等主題，共商行業發展，分享創新技術，解鎖污泥處理之道。

 

德國E+B環保科技公司總經理、技術總監安平林博士受邀出席大會，并做題為《不同的污泥預處理技術對污泥厭氧消化的影響》的主旨報告，從污泥厭氧在未來污水處理廠的作用、污泥厭氧預處理的不同技術、超聲波污泥預處理技術三個方面對污泥厭氧預處理進行深入剖析。

 

 

污泥厭氧在未來污水處理廠的作用

 

安平林總經理首先從今年水務行業的一件大事開篇，介紹了中國未來污水概念廠理念。他說，2024年8月11- 15日IWA國際水協國際大會在加拿大多倫多召開，中國污水資源概念廠獲得2024年全球唯一的創新大獎金獎。

 

2014年年初，中國工程院院士、中國科學院生態環境研究中心研究員曲久輝，清華大學環境學院副院長、教授王凱軍，中國人民大學環境學院副院長、教授王洪臣，清華大學環境學院教授余剛，中國21世紀議程管理中心副主任柯兵，中國科學技術大學化學與材料科學學院環境工程教授俞漢青這六位國內知名專家聯合提出了《建設面向未來中國污水處理概念廠》。

 

中國的城市污水資源概念廠將污水處理廠從污染物削減基本功能擴展至城市能源工廠、水源工廠、肥料工廠等多種應用場景，實現水質永續、資源循環、能量自給、環境友好的追求目標。

 

安總強調，目前，“水質永續、資源循環、環境友好”這三個目標不難實現，但國內能實現能量自給的污水廠還是寥寥無幾的。我們努力的方向就是未來建設一批實現“水質永續、能量自給、資源循環、環境友好”的四個可持續城市污水處理廠。

 

因此，安總介紹了幾個國外未來水廠的理念，值得國內的從業者學習。

 

1、荷蘭未來污水處理新框架（NEWs）理念

 

2008年，荷蘭應用水研究基金會用“NEWs”概括了未來污水廠理念的組成框架，包括Nutrient

（營養物）+Energy（能源）+Water（水）三部分。即在可持續理念下將污水處理廠打造成包括有營養物、能源和再生水三位一體的生產工廠。

 

 

2、新加坡未來綠色水廠（Greenfield）理念

 

新加坡水務局PUB制定出3個關鍵評價標準：出水水質、能源可持續性、環境可持續性。

 

基于此標準，分析相關污水處理技術水平和節能降耗效果，已制定出污水處理工藝能源自給率三階段目標：

 

近期目標（2017年）——改造棕色水廠（Brownfield）。

 

短期目標（2022年）——關閉部分棕色水廠，新建綠色水廠（Greenfield）。

 

長期目標——未來綠色水廠（Greenfield）。利用目前實驗室中試技術（或建議技術），使能源自給率超過100%，并降低剩余污泥產量。

 

 

 

3、美國未來污水廠“能源零消耗”理念

 

2002 年美國希博伊根污水廠參與了“威斯康辛聚焦能源”項目，確立了“能源零消耗”運行目標與實施計劃。

 

2013 年美國清潔水機構國家協會、水環境研究基金會和水環境聯盟三大機構聯合發布了《未來的污水處理設施--行動藍圖》，同時美國水環境研究基金制定出到2030 年實現碳中和運行目標。

 

 

 

4、奧地利 Strass 污水處理案例

 

 

 

奧地利的Strass污水廠電耗自給效率由1996年的49%，到2006年，就已經達到108%的能耗自給率。

 

5、德國科隆污水處理廠案例

 

德國科隆Stammheim 污水處理廠規模157萬人口當量，處理規模水量旱季約40萬m3/d，雨季約80萬m3/d。

 

 

德國科隆Stammheim 污水處理廠5座蛋形消化池，單池池容11050m3 ，高度45米，直徑22米

 

有周圍小廠的部分污泥及少量有機廢棄物共同厭氧，沼氣產量：47000 m3/d；發電量： 119000 kwh/d；沼氣發電可以覆蓋污水廠用電約 85%-100%。

 

由此，安總擴展介紹了德國污水處理廠數量及規模分類。他說，德國共計5300多座污水處理廠，其中：人口當量小于10,000的污水廠占大約66%左右；人口當量大于10,000的污水廠占34%。

 

 

 

6、國內提高污泥厭氧消化的措施

 

結合上述國外案例，安總總結了國內污泥厭氧消化技術應用與運行水平與發達國家差距。

 

 

 

他指出，污泥有機質含量高低不同及排放標準不同，污泥厭氧發電大概能覆蓋全廠的用電30-70%左右。有個別通過其他有機廢棄物引入可以實現超過100%。

 

 

 

安總強調，從泥質來看，國內污泥有機質含量低，微細砂含量高。因此國內污泥處理難點為生物轉化難、消化效率低、運行效益差。由此，可以得出結論，國內污泥厭氧消化瓶頸在于有機質降解率低、甲烷含量低、反應時間長。

 

安總提出提高污泥厭氧消化的措施：加強管網的投資，提高雨污管網分流的比例和管理水平，通過提質增效提高污水廠的進水濃度，進而保證污泥有機質提高。

 

（1）取消化糞池

 

化糞池是一種簡單的初級污水處理分散設施，能夠起到一定的污水處理作用，因此在城區內未建有污水處理廠時，很多居民區興建化糞池處理生活污水，某種程度上可以減輕對水體的污染。但污水處理廠建立完善后，化糞池內污水營養物進行厭氧反應，也直接降低了進入污水處理廠的COD（BOD），損失碳源約40%。

 

（2）排水管道及管網系統

 

 

 

德國與國內的傳統排水管道相比，旱天、雨天有不同的截面。2、5、6、7、8型斷面能夠適應近遠期降雨大小、在地形平坦的地區，上述斷面均有較好的適用性；對于合流和雨水干管則宜采用9和4的斷面形式；帶有平底座的排水管道突出的優點是旱季仍可以保持不淤流速，減少污水中營養物在管道內的缺氧反應消耗的COD。

 

排水管網系統影響污水廠進水水質的因素很多，大致有以下幾種：污水廠收集區域范圍廣，管網較長；雨污合流；外水入滲；管道質量及外因損壞。

 

（3）通過其他有機質協同及預處理措施提高污泥產氣率

 

可以通過投加其他有機廢棄物協同厭氧消化的產氣率，歐洲有很多污水廠能夠滿足自身甚至超出100%的用電，大都是通過引進餐廚等其他有機廢棄物實現的。通過對污泥進行預處理，可以提高產氣率15- 30%左右。

 

 

不同的污泥預處理技術

 

通過污泥破解的預處理，可以有效破壞污泥的絮體結構、細胞壁，從而改變其物理、生物和化學性能。常用的用于污泥破解的預處理技術主要分為物理法、化學法和生物法三種。在這里，安總介紹了幾種污泥預處理的新工藝。

 

1、物理熱法為代表的高溫高壓熱水解的工藝

 

污泥熱水解技術的工作原理是將脫水污泥（一般含水率在85%~90%左右）和溫度為150~260 ℃、壓力為1.4~2.6 MPa的飽和蒸汽加入密閉的反應釜，通過蒸汽對污泥進行間接加熱，使污泥菌膠團、內部微生物和有機物水解破壁，從而使細胞失活，同時胞內部分有機物如蛋白質和多糖等，得以釋放并進入上清液。

 

高溫熱水解的工藝特點：

 

·污泥破壁效果明顯，產氣提高大；

·進厭氧消化的污泥濃度高，反應罐容積減少；

·溫度較高進入污泥厭氧單元前需要進一步降溫；

·市政運營管理存在安全擔憂；

·高溫高壓耗能高，設備投資高。

 

2、化學熱減法為代表的高溫高壓熱堿的工藝

 

通過投加NaOH提高pH值在60-100℃溫度環境下，堿解處理可有效地將胞內硝化纖維溶解轉化為溶解性有機碳化合物,使其容易被微生物利用。

 

熱堿的工藝特點：

 

·污泥破壁效果明顯，產氣提高大；

·設備占地面積大，投資高；

·溫度和pH值較高進入污泥厭氧單元前需要進一步降溫調節pH值；

·進厭氧消化的污泥濃度高，反應罐容積減；

·高溫常壓耗能略低。

 

3、物理空心化法為代表的超聲波工藝

 

超聲波促使液體中產生微米級的空化氣泡。空化氣泡破裂時，能在極短時間內產生,高達高溫（5000℃）高壓（1000 bar）的巨大的剪切力來破壞細胞壁、

 

超聲波的工藝特點：

 

·污泥破壁效果明顯，產氣提高大

·進厭氧消化的污泥濃度高，反應罐容積減少

·無污染,能量密度高,分解速度快

·占地少，運行管理安全簡單

·常溫常壓耗能高，設備投資高

 

 

 

安總對上述三種新工藝做了對比。他強調，三種工藝各有優缺點，應用時應因地制宜。

 

 

 

 

超聲波污泥預處理技術

 

超聲波的用途很廣，如超聲清洗、超聲焊接及超聲切割等，針對不同客戶的需求，韋伯超聲可提供創新的超聲解決方案。

 

安總介紹了超聲消解原理。超聲波的頻率范圍一般為20 k～10MHz，高效頻率范圍大于100 kHz。這種高頻促使液體中產生微米級的空化氣泡。空化氣泡破裂時，能在極短時間內產生高溫（5000℃）、高壓（1000 bar）及巨大的剪切力。

 

空化泡內爆可產生四種效應。一是高溫高壓：額外釋放的OH自由基，加速化學反應；二是巨大剪切力：破壞生物質細胞壁，釋放酶，加速生物降解過程；三是促進混合：均勻混合可增加反應表面，促進更高效的物質交換和能量傳輸；四是降低粘度：減少設備磨損，降低運營成本。

 

安總指出，從實際應用來看，超聲波污泥預處理技術可提高污泥產氣量及發酵料降解效率，沼氣產量平均提高15%，提高發酵料降解速率及降解程度，改善發酵料流動性，降低運營成本及發酵原料成本。

 

 

 

 

從未經處理污泥樣本與超聲裂解處理后的樣本對比可以看出，經超聲波反應器BioPush處理后，物料粘度降低（據某實際案例，客戶 Lipperland提供的數據來看，粘度降低28.3 %），物料流動性增加，能耗降低（泵、攪拌），系統穩定性提高，提高物料中難降解物料的比例。

 

安總指出，傳統的超聲技術，聲場不均勻，而且直接與物料接觸，物料易被腐蝕，易堵塞，運行及維護成本高，運行不穩定，性能隨使用時間下降。

 

而創新技術——韋伯環保超聲波，克服了傳統超聲技術的缺點，均勻的聲場，精準的能量密度，使物料獲得最佳能量輸入，設備不堵塞，穩定性高，免維修，使用壽命長。

 

該技術目前已在瑞士、法國、俄羅斯、立陶宛、新加坡等國家得以應用，獲得了滿意效果。

 

最后，安總總結了超聲波處理的優勢：超聲波可處理生物質，升級污水和沼氣廠，超聲波處理生物質，可提高物料流動性；應用于沼氣廠，可提高產氣量，降低發酵料費用。