原則和功能

　　厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應分解污泥中的有機物，很好地實現污泥穩(wěn)定化。其厭氧消化作用主要表現在：

　　(1)污泥的穩(wěn)定。降解有機物質，使其穩(wěn)定，無腐臭現象，避免在運輸和最后處理過程中對環(huán)境產生不利影響；

　　(2)減少污泥量。采用厭氧法降解有機物質，減少污泥體積，同時可改善污泥脫水性能，減少污泥脫水用藥，降低污泥含水量；

　　(3)消化時產生沼氣?？苫厥丈镔|能源，降低污水處理廠的能耗，減少溫室氣體的排放。

　　厭氧消化處理后的污泥能達到國家GB18918《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918中有關穩(wěn)定污泥的指標。

　　2應用原則

　　采用厭氧消化技術，可對污泥進行減量處理，穩(wěn)定化、無害化、資源化，降低溫室氣體排放量。本發(fā)明適用于污水廠污泥就地集中處理。一般處理規(guī)模越大，厭氧消化工藝的綜合效益越顯著。

　　3.厭氧消化過程。

　　3.1無氧消化的分類。
                                                                                     

　　1、厭氧消化。

　　中溫厭氧消化溫度保持在35℃±2℃，固體停留時間應大于20天，一般容積負荷為2.0~4.0kg/m3？有機質分解率可達35%~45%，氣體產率一般在0.75~1.10Nm3/kgVSS(去除)。

　　2、高溫厭氧消化。

　　利用高溫厭氧消化溫度控制在55℃±2℃，適宜于甲烷菌生長。高溫厭氧消化有機物分解迅速，能有效殺滅各類致病菌及寄生蟲卵。有機質的分解率可達35%~45%，且停留時間可減少到10~15天。其缺點是能耗大，運行費用高，對系統(tǒng)的運行要求高。

　　3.2傳統(tǒng)的厭氧消化流程及系統(tǒng)組成。

　　圖4-1介紹了傳統(tǒng)厭氧消化系統(tǒng)的組成和工藝過程。在沒有足夠場地建污泥厭氧消化系統(tǒng)的情況下，可將脫水污泥集中至其它施工現場，經適當的漿液液化處理，然后進行污泥厭氧消化，系統(tǒng)組成和工藝流程圖，見圖4-2。

　　常規(guī)污泥厭氧消化系統(tǒng)主要有：污泥進入系統(tǒng).污泥加熱系統(tǒng).消化池攪拌系統(tǒng)和沼氣收集凈化利用系統(tǒng)。

　　消化池一般呈蛋狀、柱狀等池形，可按攪拌系統(tǒng).投資費用及景觀要求選擇。池內可以采用混凝土或鋼結構。對常年高溫的南方地區(qū)，可考慮不采取保溫措施，以節(jié)約投資。根據系統(tǒng)需要，沼氣攪拌系統(tǒng)可以選擇沼氣攪拌或機械攪拌。

　　3.3厭氧消化新工藝。

　　通過微生物細胞壁的破壁和水解，在污泥消化過程中，可以提高有機物的降解速率和系統(tǒng)的產氣量。近幾年來，開發(fā)了大量使用的破壁法和強化水解法，主要有物化強化預處理和生物強化預處理工藝。

　　1)采用高含固性污泥厭氧消化工藝對高溫熱水解(THP)進行預處理。

　　本發(fā)明采用高溫高壓熱水解法(ThermalHydrolysisPre-Treatment)，將厭氧消化技術應用于高含固性脫水污泥(含15%~20%)。技術采用高溫(155℃~170℃)處理污泥(6bar)的熱水解和閃蒸處理污泥，使得污泥中的胞外聚合體和大分子有機物水解，打破污泥中微生物的細胞壁，增強物料的可生物化學特性。提高物料的流動度，提高污泥厭氧消化池的容積利用率.厭氧消化后的有機物降解和產氣量；通過高溫高壓預處理，可改善污泥衛(wèi)生性能和沼渣脫水性能，進一步降低沼渣含水量，該方法有助于沼渣厭氧消化后的資源化。

　　過程處理過程，如圖4-3所示。這一過程已經在歐洲各國大規(guī)模的工程中得到應用。

　　圖示4-3基于高溫高壓熱水解預處理的高含固城市污泥厭氧消化流程。

　　2)其它強化厭氧消化預處理工藝的其它強化厭氧消化預處理工藝如下：

　　預處理生物強化工藝。該方法主要是采用高效厭氧水解菌，在高溫條件下，強化水解污泥，或者在較高溫度下使用好氧或微氧嗜熱溶胞菌對污泥進行強溶胞和水解。

　　超聲預處理。采用超聲空穴產生的水動力及聲化作用，使細胞破裂，引起細胞內物質釋放，提高污泥厭氧消化過程中有機物的降解和產氣速率。

　　堿前處理工藝其主要作用是通過調整酸堿度，加強污泥的水解，提高有機物的脫除效率和產氣量。

　　預處理化學氧化法。直接或間接地通過氧化劑，例如臭氧等，破壞污泥中微生物的細胞壁，使細胞質進入溶液，增加污泥中溶解性有機物質的濃度，改善其厭氧消化性能。

　　高壓力噴射預處理工藝。即利用高壓泵產生的機械力，破壞污泥中的微生物細胞結構，使胞內物質釋放出來，從而增加污泥中有機物的含量，增強水解效果。

　　微波爐預處理。微波爐預處理是一種快速的細胞水解法，在微波作用下，表面會產生大量的“熱點”，破壞微生物細胞壁，使胞內物質溶解，從而達到分解污泥。

　　4沼氣的收集、儲存和利用。

　　4.1沼氣特性。

　　甲烷的成分包括諸如CH4、CO2、H2S等氣體。含氣量為60%~70%，決定了沼氣的熱值，CO2含量為30%~40%;H2S一般是0.1~10g/Nm3，會產生腐蝕和臭味。甲烷熱值一般在21000~25000kWh/Nm3、5000~6000kcal/m3、6.0~7.0kWh/Nm3、Nm3/Nm3、凈化處理后可作為優(yōu)質清潔能源。

　　4.2收集沼氣，凈化和凈化。

　　1)收集和貯存沼氣。

　　甲烷是一種強腐蝕性很強的高濕混合物，收集系統(tǒng)應使用高防腐蝕等級的材料。

　　在氣流方向上，沼氣管道應設置一定的坡度.沼氣壓縮機.沼氣鍋爐.沼氣發(fā)電機.廢氣燃燒器.脫硫塔等設備的沼氣管路入口.干式氣柜的進口及濕式氣柜的進出口處均需設置除冷器。水封罐安裝于消化池及儲氣柜的適當位置。考慮到沼氣產量的波動和對沼氣利用的要求，要求在系統(tǒng)中設置沼氣儲罐，以調節(jié)產氣量波動和系統(tǒng)壓力。儲氣室有高壓(~10bar)、低壓(30~50mbar)及無壓力3種。根據沼氣產量和需求量變動情況，確定儲氣室容量。一般貯存6~24小時。為確保安全，可以根據沼氣利用單元的壓力要求，將壓力提升裝置安裝到沼氣收集系統(tǒng)中。

　　2)沼氣的凈化。

　　通過除濕、除濁、脫硫等措施，沼氣得到充分利用。

　　除濕除濁處理通常采用沉淀物捕集裝置和水沫分離器(過濾器)來除去沼氣中的水沫和沉淀物。

　　針對沼氣利用設備的要求，可采用沼氣脫硫方式。脫硫的方法有物理方法和生物方法。物理法脫硫主要分為干法和濕法。干燥的脫硫劑通常是氧化鐵。濕法吸附劑以NaOH和Na2CO3溶液為主。生物脫硫是在合適的溫度.濕度和微氧條件下，通過脫除細菌對H2S進行代謝，使H2S變?yōu)閱钨|硫。

　　3)沼氣凈化。

　　厭氧消化過程中，沼氣中有60%~70%的甲烷，經凈化處理，可制得天然氣中90%~95%的甲烷，成為清潔的可再生能源。

　　精制工藝一般是對沼氣進行初步除水后，進入脫硫系統(tǒng)，煙氣經過脫硫除塵，在特定的反應條件下，完全或部分去除CO2.氨.氮氧化物硅氧烷等多種雜質，使甲烷濃度達90%~95%。

　　4.3沼氣的利用

　　一般消化過程中產生的沼氣可用于沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電、沼氣拖動。該沼氣鍋爐采用沼氣制熱，熱效率可達90%~95%，沼氣發(fā)電機以沼氣為動力，同時回收發(fā)電過程中的余熱。正常情況下，1Nm3的沼氣能產生1.5~2.2kWh，以補充污水處理廠的電力消耗；內燃機熱回收系統(tǒng)可回收40%~50%的能量，供消化池加熱。本發(fā)明利用沼氣直接驅動風機，對曝氣池進行氧氣供給，是一種新的技術。

      經凈化處理后的沼氣達到了天然氣質量要求，可用作汽車燃料.民用燃氣和工業(yè)煤氣。