高固体污泥厌氧消化技术特点及存在问题分析.docx

高固体污泥厌氧消化技术特点及存在问题分析盛迎雪;曹秀芹【摘要】相对于传统污泥厌氧消化系统，高固体污泥厌氧消化具有设施体积小、单位容积产气率高和能耗低等优势.结合近年来高固体厌氧消化的研究进展，从其基本特征出发，特别是污泥的流变特性，阐述了影响高固体厌氧消化的因素.此外，还分析了高固体厌氧消化存在的主要问题，以期为高固体厌氧消化技术的进一步完善提供借鉴. 【期刊名称】《北京建筑大学学报》【年(卷)，期】2016(032)002【总页数】6页(P41-45,59)【关键词】高固体污泥;厌氧消化;影响因素;流变特性;存在问题【作者】盛迎雪漕秀芹【作者单位】北京建筑大学环境与能源工程学院，北京100044【正文语种】中文【中图分类】X705近年来，我国污水处理设施建设的发展速度显著加快，污泥量随之显著增加，污泥处理处置也亟待进一步发展和完善.截至2014年底，我国投入运行的污水处理厂近4000座，日处理污水量达1.57亿m3，年产剩余污泥3500多万t(以含水率80%计)[1]，新出的〃水十条”要求截止到2020年，城市的污泥处理率达到90%.厌氧消化具有碳中和的特性，利用不会枯竭的污水污泥、餐厨垃圾和畜禽粪便等大量生物质废弃物作为原料，在这一点上，比其他的生物质能源生产工艺更具有生态保护的显著特征，受到社会越来越多的关注和重视. 目前我国80%以上的污泥在进一步处理处置之前都需要进行浓缩脱水.高固体消化具有节水节能、反应器体积小、容积产气率高、消化后废液量少、沼渣后续处理简便等优点，且甲烷产率与传统厌氧消化相似[2-3]，而且采用高固体厌氧消化，可以降低进料预热和消化过程保温所需的能耗.因此与传统污泥厌氧消化相比，高固体厌氧消化更符合我国国情. 但是高固体厌氧消化也存在一些不可避免的问题，如高固体因其固体含量增加使其表观黏度随之增加，其流动变化规律发生变化，反应器传质、传热效果受到影响.因此，为了更好地应用高固体污泥厌氧消化，有必要对高固体厌氧消化的特征、影响因素、存在问题等进行全面分析. 1958年，由Schulze[4]最早提出了高固体浓度的污泥厌氧消化，将反应器的进料固体浓度从传统的3%~8%提高至6%~20%.高固体消化实质上是提高了系统的有机负荷(organicloadrate,OLR，以挥发性固体VS表示)，传统厌氧消化的OLR为0.6~1.5g/(L?d)[5],而高固体消化可以承受传统厌氧消化OLR的4~6倍，可提高到1.6~3.5g/(L?d)，并且在同样的SRT条件下，甲烷产量和VS去除率基本相似.这样，虽然单位容积产气率得到了提升，但是，高固体厌氧消化存在传质传热过程不均匀的问题，更容易造成有机酸、氨氮的积累，抑制厌氧微生物活性. 20世纪80年代，主要针对生活废弃物、餐厨垃圾、农作物秸秆、禽畜粪便等的高固体有机废物的消化开始起步和应用[6-8]，污泥性状与有机固废不同，有机固废水分含量可以降低到50%~60%[9],而且质地疏松，便于搅拌传质，但是高固体污泥的固体浓度只可以提高到20%，传质传热困难，很难搅拌均匀. 污泥流变特性作为厌氧消化过程设计以及运行过程中的重要参数，与搅拌、传质、传热以及污泥运输等密切相关，而且可以指导厌氧消化的工艺选择、设备选型和运行控制［10-13］.流变参数(稠度系数K、流变指数n、表观黏度口等)可以作为过程控制参数监控厌氧消化过程中的污泥流变特性［14］.由于高固体浓度较高，其水力特性参数发生了改变，使得物质和能量在介质中传递、扩散困难，而且搅拌阻力大(剪切应力和黏度都很大)，能耗高，因此其传质过程与常规污泥厌氧消化工艺有显著差别有研究表明，当TS<15%时，污泥呈流动态，为假塑性流体；而当TS>15%时，污泥为不流动的黏弹性固体［15］. 马俊伟等［16］研究固体浓度(7%,9%,13%)对污泥流动性的影响时发现：污泥TS<9%时，屈月服应力缓慢增长；TS>9%时，屈月服应力快速增长，黏度增大，流动性急剧下降，表现为半固态胶体.Abu-Jdayil［17］等分析了TS含量影响污泥动力黏度的机理：提高TS含量使污泥颗粒直径彼此更接近，进而污泥颗粒之间的作用力更强，动力黏度也提高；也有研究认为，TS含量高，颗粒数目多，且相互之间形成网状结构的趋势增强，限制了污泥的流动性，从而表现为黏度的增加［18］. Amel等［19］人通过ADM1模拟得出在高固体条件下，传质阻力可以解释甲烷产率降低以及水解速率随着TS含量增加有所降低的原因.Moeller等［20］研究低浓度污泥(TS为1%~3%)厌氧消化过程中K和n与各项物化指标之间的关系，发现流变参数和各指标之间的关系并不显著.而戴晓虎等［21］在研究高固体污泥厌氧消化过程中污泥流变特性的影响时发现，反应器内消化污泥的TS以及VS/TS与