论厌氧消化技术在污泥处理中的应用

论厌氧消化技术在污泥处理中的应用

李春雪

身份证：110111198801016122

摘要：厌氧消化技术因其低能耗、应用广泛的优势在“十四五”规划中被推荐应用到污泥处理中。本综述针对我国污泥特点，重点讨论了几种常见的厌氧消化处理技术，分析了厌氧消化技术在污泥处理应用中的优势和弊端，探讨了国外厌氧消化技术和实施政策，并尝试为适合我国污泥情况的厌氧消化技术发展提供有益的思路和建议。

关键词：厌氧消化；污泥；处理技术；应用；发展

一、引言

1.1污泥的来源及处理必要性

到 2020 年，我国污水日处理能力已达 1.93 亿 m3[1]，污泥作为污水的副产物，产生量达7288.3 万吨[2]。污泥中含有大量的有害有毒物质，如果处理和处置不当，会对环境造成严重污染。2022 年9 月我国要求到2025年，全国新增污泥无害化处置设施规模不少于 2 万吨/日，城市污泥无害化处置率达到90% 以上，地级及以上城市达到95% 以上[3]。

1.2污泥处理现状及存在的问题

目前我国常用的污泥处理技术有生化法、物化法和热化法[4]。其中，生化法包括堆肥处理和厌氧消化；物化法包括压滤、离心等；热化法包括焚烧、气化和热解等。欧美50%以上的污泥采用厌氧消化处理，产生的沼气转化为电能可满足污水厂所需电力的33%～100%。但污泥厌氧消化在我国应用的并不顺畅，主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。二、污泥厌氧消化技术理论与设备应用

2.1厌氧消化技术理论

厌氧消化技术就是在厌氧的条件下，以兼性厌氧菌、厌氧细菌以及其他微生物为媒介，利用这几种微生物的相互作用[5]，将复杂的大分子有机物分解成可利用的甲烷等物质。

目前学术界对于厌氧消化理论的主流是三阶段理论，相较于二十世纪上半叶的二阶段理论，强调了产氢产乙酸菌在此过程中的关键地位[6]。在三阶段理论的基础上可再进行划分，分为四个阶段：分别是（1）水解阶段，（2）酸化阶段，（3）产氢产乙酸阶段，（4）产甲烷阶段。

2.2厌氧消化技术及设备

2.2.1全混式厌氧消化工艺

全混式厌氧工艺（CSTR）是目前最先进的湿式厌氧技术之一。如图2-1，CSTR反应器外形设计主要由卵形和圆柱形上下两层结构组成，料液在密闭观众完成发酵和沼气的生产。CSTR反应器中产生的沼气可以进行发电，产生的余热对反应器的保温加热系统进行保温，这不仅环保节能，还能带来经济效益。为了提高这种物料转化率，带来更高的经济效益，更有将如图2-2b这样的两级串联的CSTR反应器产生。

图2-2 (a)单级厌氧消化系统，(b)两级厌氧消化系统

2.2.2水平推流干式厌氧消化工艺

干式厌氧发酵和湿式厌氧发酵的主要区别[8]是污泥的总固体含量不同，干式厌氧发酵[9]含固率大于15%。如图2-3所示，Dranco是一种典型的干式厌氧消化设备。与湿式厌氧消化相比具有产气率高、进料不需要大量的水，可节约水的用量、后处理简单以及运行费用比较低等优点。

2.2.3三格化粪池技术

粪便经过闭式厌氧消化、液化、氨化和生物拮抗等作用以及利用寄生虫卵等物所占比例大于粪尿混合液所引起的沉降作用，去除和杀死寄生虫卵和细菌，从而控制蚊、蝇的产生，达到无害化粪便的目的[7]。三格化粪池技术主要利用了厌氧消化作用发酵粪液，以达到了资源利用与降低污染的双重作用[12]。如图2-4，整体工艺为“一步留存，二步发酵，三步贮藏”。三格化粪池的副产物粪肥液中含有大量的营养物质，很容易被作物吸收，经处理后的无害化粪液可达到卫生标准要求，可以作为一种优质有机肥料，有利于农村生态农业的发展与环境保护。三、国外相关技术及政策借鉴

厌氧消化处理技术是欧美等发达国家污泥处理处置的主流技术之一。因此，我国厌氧消化发展可以在这些西方发达国家已经成熟的技术（包括使用添加剂、改变运行参数、改善工艺、提出相关政策等）中汲取经验，逐步形成我们自己的可持续发展的污泥厌氧消化技术。

美国、德国等国家正在积极地进行城市生活有机垃圾的厌氧消化技术研究，其内容主要包括以下工艺：序批式厌氧堆肥工艺[13]（美国）、干式厌氧消化+好氧堆肥（美国）、半干式厌氧消化+好氧堆肥（意大利）、渗沥液床两相厌氧消化（英国）、两相厌氧消化（德国）、有机垃圾处理工艺[14]（Biowaste Process）（丹麦）、干式厌氧消化+好氧堆肥（美国）、厌氧固体消化器[15]（APS-Digester）（美国）可以预见将来厌氧消化技术会取得飞跃的发展，在工程中的应用也会越来越广泛。

四、结论与展望

5.1结论

厌氧消化技术在污泥处理中占有重要的位置，它不仅使污泥减量化、稳定化、无害化，同时还能回收沼气发电，并为污泥进一步资源化利用创造良好的条件。在能源和资源日益紧张的今天更具有长远的战略意义。进一步优化厌氧反应条件、提高厌氧消化的产能效率、研发新型高效节能反应器是该技术未来发展的主要方向。

5.2展望

将污泥预处理技术与厌氧消化技术相结合，可以克服厌氧消化水解过程中遇到的限制。如开发超声波预处理[16]、构建高压均化污泥崩解模型[17]等均为污泥预处理技术发展提供思路。针对我国相关政策及我国污泥有机质含量低的特点，还可考虑将低有机质含量污泥与餐厨、果蔬废弃物共处理，这种方法不仅有效降低污泥的处理成本，还可提高污泥的消化效果，实现资源化利用[18]。

参考文献

[1]华佳,张茂刚,张军,李治阳,柏双友.我国建制镇污水处理现状及其存在问题分析[J].城镇供水,2021(02):81-86.DOI:10.14143/j.cnki.czgs.2021.02.015.

[2]Liu Haoyu,Xu Ying,Li Lei,Yuan Shijie,Geng Hui,Tang Yanfei,Dai Xiaohu. A novel green composite conductive material enhancing anaerobic digestion of waste activated sludge via improving electron transfer and metabolic activity[J]. Water Research,2022,220.

[3]污泥无害化处理和资源化利用实施方案[J].江西建材,2022(10):1-2.

[4]戴晓虎.我国污泥处理处置现状及发展趋势[J].科学,2020,72(06):30-34+4.

[5]陈蔚和.工业废水处理中厌氧生物技术的应用分析[J].皮革制作与环保科技,2022,3(23):