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摘要：随着城市化进程的不断推进，近年来我国城镇污水处理领域进步迅速，污泥稳定化处理也开始成为业界关注焦点。基于此，本文将简单介绍城镇污水污泥厌氧消化技术，并深入探讨该技术的能源消耗，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：污水污泥；厌氧消化技术；能源消耗
前言：为实现污泥的稳定化、减量化、无害化，污泥处理需尽可能收集污泥中的资源和能源。但结合实践调研可以发现，现阶段我国部分地区的污泥处理仍存在一定不足，污泥稳定化处理的应用欠缺便属于这类不足的典型表现，为尽可能改变这一现状，正是本文围绕城镇污水污泥厌氧消化技术及能源消耗开展具体研究的原因所在。
1.城镇污水污泥厌氧消化技术
1.1基本技术流程
厌氧消化技术可有效减少污泥体积，并同时实现污泥性质的稳定、污泥脱水效果的提升、污泥恶臭的减少、污泥卫生质量的提高。厌氧消化过程产生的甲烷菌具备较强的抗菌作用，污泥中大部分有害微生物与病原菌可由此被杀死，污泥卫生化水平可实现长足提升。结合实际调研可以发现，在城镇污水污泥厌氧消化技术的应用中，中温厌氧消化工艺属于其中代表。在城镇污水污泥厌氧消化技术的应用中，污泥中的有机物能够通过厌氧消化转化为二氧化碳与沼气，污泥有机物浓度可实现30%~40%的降低，并同时产生65%左右甲烷含量的沼气。考虑到初始污泥与剩余污泥均具备较高含水率，进入消化池前的污泥需得到浓缩处理，一次保证进入消化池的污泥含水率控制在94%~96%区间，图1为典型的厌氧消化技术应用流程[1]。
图 2 典型的厌氧消化技术应用流程
1.2常用工艺
常用城镇污水污泥厌氧消化技术的原理、优缺点如下：（1）中温厌氧消化工艺。该工艺会应用35±2℃的中温厌氧消化池进行94%~97%含水率的污泥厌氧消化。在这类工艺的具体应用中，一级中温厌氧消化池需配备搅拌、加温、沼气收集装置，污泥停留时间为20~30d，这一阶段会产生80%的沼气。二级中温厌氧消化时间为10~15d，该阶段排出的污泥会进入二级消化池，二级消化池依靠余热继续消化，这一阶段的产气量为20%，消化温度为20~26℃，且能够实现污泥的浓缩。中温厌氧消化工艺具备能耗较少优点，但也存在产期率稍低、消化速度稍慢的不足，但能够维持总体较高的沼气发酵能同样属于该工艺的特点。（2）高温厌氧消化工艺。该工艺采用53±2℃的温度进行高温消化，在高温状态下，挥发性有机物负荷、产气量分别为2.0~2.8kg/（m3?d）、3~4m3/（m3?d），消化时间为10~15d，且能够实现99%的致病菌与寄生虫卵杀灭率，但相较于中温厌氧消化工艺，高温厌氧消化工艺的所需热量为其2倍。深入分析可以发现，高温厌氧消化工艺具备产期率高、有机物分解速度快、滞留时间短、致病菌与寄生虫卵杀灭率较高等优势，但为满足高温运行需要，该工艺的能量消耗较大。（3）中温/高温两相厌氧消化工艺。通过设置高温厌氧消化阶段于污泥中温厌氧消化前，并采用50~60℃的进泥预热温度。污泥在前置高温段停留时间为1~3d，污泥中温厌氧消化时间可由此降低为12d左右，污泥总停留时间为15d左右。由此，工艺的产期率、总有机物去除率均可实现长足提升，且污泥中的病原菌与寄生虫卵也能够完全杀灭，该工艺具备的应用优势可见一斑[2]。
1.3技术应用要点
在城镇污水污泥厌氧消化技术的应用中，厌氧消化搅拌、厌氧消化加温属于技术的应用要点，具体内容如下：（1）厌氧消化搅拌。为保证消化池中的物料能够均匀混合，且微生物种群、pH、温度保持均匀一致，厌氧消化搅拌必须得到重点关注，合理的搅拌还能够有效减少液面浮渣与池底泥沙沉积的形成。在城镇污水污泥厌氧消化技术的具体应用中，一般情况下搅拌设备需在2~5h内全面搅拌一次全池污泥，为保证搅拌均匀，需以池内各处污泥浓度变化范围控制在10%以内为标准，水力循环、机械搅拌、沼气搅拌属于厌氧消化搅拌的主要形式。（2）厌氧消化加温。一定温度属于污泥厌氧消化反应的前提，因此厌氧消化加温在城镇污水污泥厌氧消化技术应用中发挥着关键性作用。池内加热盘管加热、螺旋板式换热、外部换热器均属于常用的加温方式，其中螺旋板式换热具备不易堵塞的优势，因此其较为适用于污泥厌氧消化技术及直接蒸汽加热方式。此外，厌氧消化池热源选用沼气发电余热或沼气锅炉加温的方式也较为常见，但这类方式在气温较低时往往需要采用辅助锅炉。
1.4污染物分析
消化液、沼气发电（或燃烧）时产生的尾气、设备噪声均属于城镇污水污泥厌氧消化技术在应用中产生的主要污染物，这类污染物的特性如下：（1）尾气排放。污泥厌氧消化会产生由二氧化碳与甲烷为主要成分的沼气，其中二氧化碳、甲烷的含量分别为30%~35%、60%~65%，同时还会产生0~0.3%的硫化氢。沼气发电或燃烧会产生尾气，主要污染物包括NOx、CO、SO2，浓度分别控制在240mg/m3、30mg/m3、90mg/m3内。（2）消化液。主要由消化污泥脱水液与消化池上清液组成，消化废水中的氮、磷浓度较高。消化液中的污染物主要包括CODCr、SS、NH3-N、TP，浓度分别为300~1500mg/L、200~1000mg/L、100~2000mg/L、10~20mg/L。厌氧消化产生的污泥浓缩液与上清液一般返回，并与进水一同进行处理。（3）发电噪声。沼气发电会产生噪声，加隔声罩的进口沼气发电机1m距离处噪声为70~80dB（A），未加隔声罩的国产沼气发电机1m距离处噪声为110dB（A），隔声罩可实现20~25dB（A）的声压降低。
2.能源消耗分析
2.1能耗组成
城镇污水污泥厌氧消化技术在应用中的主要能源消耗为电耗和热耗，其中技术应用过程中的主要用电设备包括螺旋桨驱动电机或沼气压缩机、进出料系统污水泵、污泥泵，热耗则主要包括污泥加热设备，其主要用于维持厌氧消化温度。值得注意的是，城镇污水污泥厌氧消化技术的能耗在很大程度上受到厌氧消化搅拌方式的影响，结合实际调研可发现，厌氧消化搅拌耗电区间为5.2~40kW?h/m3，该环节具备的较高节能潜力必须得到重视。
2.2实例分析
为提升研究的实践价值，本文以某地污水处理厂作为研究对象，该污水处理厂采用中温厌氧消化工艺（运行温度为35±2℃），在对含水率95%污泥的处理中，单位体积污泥消耗的比电耗为2.5kW?h/m3，即50.3kW?h/t DS，污水处理厂消化池单位体积污泥加热的热耗为0.029kW/kg DS。由此开展分析可发现，城镇污水污泥厌氧消化技术应中，全厂用电的15%~25%为污泥厌氧消化电耗，全厂热耗的80%以上为污泥加热热耗。结合实际调研可以发现，我国多数采用城镇污水污泥厌氧消化技术的污水处理厂会将污泥消化过程产生的沼气用于发电，且消化池加热会利用发电余热，由此可满足城镇污水处理厂的20%~50%消化池加温用热量和用电量需要。
结论：综上所述，城镇污水污泥厌氧消化技术具备较高应用价值。在此基础上，本文涉及的基本技术流程、常用工艺、技术应用要点、污染物分析、能耗分析等内容，则直观展示了城镇污水污泥厌氧消化技术的应用路径与特点，为更好发挥该技术的应用优势，业界必须提高对城镇污水污泥处理的重视程度，并不断探索更为经济、能耗更低的污泥处理方法，以此更好实现污泥的资源化、稳定化、减量化。
参考文献：
[1]尚卫辉,任园园,廖惠芳.利用厌氧消化工程处置污泥生产新能源[J].现代农业装备,2019,40(02):60-63+73.
[2]孙晨翔,李伟,陈湛.基于热水解的高效污泥厌氧消化技术研究进展[J].生物产业技术,2019(02):58-64.
论文作者:吴伟业
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
标签：污泥论文; 沼气论文; 技术论文; 污水论文; 城镇论文; 工艺论文; 高温论文; 《防护工程》2019年9期论文;