目前，高級厭氧消化主要有高溫消化、兩相消化、協同消化以及熱水解厭氧消化等技術形式。本文對北京某污水處理廠熱水解厭氧消化系統的啟動及運行調試案例進行了總結。

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污水處理廠簡介

污水處理廠為新建，采用MBR工藝，設計污水處理量60萬m3/d。自2016年10月開始投入運行，其污泥處理工藝采用污泥濃縮+污泥預脫水+熱水解+厭氧消化+板框脫水，其工藝流程見圖1。廠內設計有4條熱水解線，最大處理能力為244 t DS/d，除本廠產泥可全部處理外，還可協同處置其他污水處理廠產生的濕泥。消化池采用鋼制柱型結構，共5座，單座有效容積11 450 m3。消化池進泥全部為剩余污泥。

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熱水解厭氧消化技術

2.1熱水解技術

熱水解技術是指污泥在密閉容器中進行物理、化學反應，將微生物細胞壁進行破碎，加快固體有機物的溶解及水解速率，同時可殺滅污泥中病原菌及蛔蟲卵，實現污泥的無害化處理。污泥熱水解過程作為厭氧消化的預處理過程，首先污泥進入漿化罐，利用工藝的廢熱對污泥進行加熱，通常污泥會加熱到90 ℃然后進入反應罐。反應罐的數量根據處理規模大小而有所不同（廠內單條線設4個反應罐，每個反應罐有效容積12 m3，固相空間8 m3，氣相空間4 m3），在反應罐內通過鍋爐產生的蒸汽將污泥加熱到165 ℃左右，壓力維持在0.65 MPa，反應30 min左右；反應之后的污泥通過壓差進入閃蒸罐進行閃爆，細胞壁大量破碎，釋放出細胞內的蛋白質、礦物質等，使之成為易降解的氨基酸、揮發性脂肪酸及碳水化合物等小分子物質。反應罐和閃蒸罐的廢氣返回漿化罐預熱下一批污泥，閃蒸罐出泥溫度通常在110 ℃，需經過稀釋、冷卻后再進入消化池。

2.2厭氧消化技術

厭氧消化技術可以分解有機物產生大量沼氣，同時可對沼氣進行回收再利用，可以實現污泥的穩定化、減量化。因此，污泥厭氧消化技術在世界各國得到廣泛應用。按照三階段理論，傳統厭氧消化需經歷水解、產酸、產甲烷3個階段，在水解階段，污泥中有機物在微生物細胞壁的保護下，很難被水解酶水解，造成水解周期相對較長，使得污泥停留時間相應增加。為解決傳統厭氧消化技術處理效率不高問題，國內外進行了大量研究，且發明了很多采用物理、化學、生物等細胞破壁技術方法，以提高污泥厭氧消化處理效率。熱水解技術作為厭氧消化的預處理過程，可以有效提高厭氧消化效率。

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熱水解厭氧消化系統啟動

該污水處理廠厭氧消化系統為中溫厭氧消化，進排泥采用底部進泥、頂部溢流排泥方式；攪拌方式采用機械攪拌；前端設有兩級換熱系統，一級換熱為熱水解出泥經過一級板式換熱器進行水、泥換熱，將熱水解后污泥降溫至60 ℃左右通過進泥泵注入消化池，二級換熱為消化池內污泥經過二級板式換熱器進行自身內循環換熱，達到控制池內溫度目的；后端設有沼氣脫硫系統、沼氣存儲系統、沼氣利用系統，沼氣利用系統主要為沼氣鍋爐燃燒產生蒸汽供熱水解使用以及冬季采暖使用，為充分利用沼氣能源，后期會加入沼氣發電項目。

3.1消化系統啟動方式

由于該污水處理廠為新建廠，未經歷傳統厭氧消化向高級厭氧消化的轉換過程，采用污泥接種培養直接啟動的方式。首先啟動1#、2#、5# 3座消化池，利用冷卻水泵向3座消化池各注入5 000 m3再生水，完成清水聯動以后，開始對3座消化池、氣柜及沼氣管線氣相空間進行氮氣置換，直到消化池內氧氣含量降到5%以下。在清水聯動及氮氣置換期間通過鍋爐采暖系統對3座消化池進行加熱，當池內溫度達到35 ℃時開始進行污泥接種操作。3座消化池穩定運行后再啟第4座（3#）消化池，第4座啟動過程未經氮氣置換，采用現有3座消化池向其直接排泥的方式，使其迅速達到工作液位以最短時間避開沼氣爆炸極限區。第5座（4#）消化池啟動方式同第4座。

3.2污泥接種培養

本次污泥接種培養采用北京某污水處理廠熱水解厭氧消化后的污泥進行接種，單池接種4 000 m3，接種后繼續補水至工作液位，接種期間每天監測池內溫度、pH及甲烷含量變化，接種后第8天甲烷含量超過30%開始對沼氣管線進行并網操作，接種第10天沼氣管線內甲烷含量達到45%可燃燒狀態。歷經14天完成3座消化池接種培養工作。圖2為3座消化池接種期間甲烷含量變化情況。

3.3熱水解系統啟動方式

污泥接種培養工作結束后，啟動熱水解系統向消化池內進熱水解后污泥，第1天熱水解處理泥量按照消化池內污泥絕干量的10%設置運行批次，第2天以后按照上一天進泥絕干的5%增加負荷，并合理分配至3座消化池。首先啟動2條熱水解生產線，當2條生產線達到滿負荷運行后啟動第3條生產線。

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熱水解厭氧消化系統調試運行分析

4.1系統穩定性分析

酸堿比即VFA/TAC和沼氣中CH4含量是判斷消化系統運行是否穩定重要指標，正常運行時，VFA/TAC一般＜0.3。當VFA/TAC＞0.3并繼續升高時，預示系統運行可能出現異常，VFA將會不斷增高，隨之pH出現下降。圖3為1#、2#、5# 3座消化池VFA/TAC變化情況。3座消化池VFA/TAC基本維持在0.1左右，未出現＞0.3的情況，表明調試運行期間系統運行比較穩定。

沼氣中CH4含量變化也可預測系統運行是否穩定，當CH4含量突然下降時，說明進泥中存在有毒物質造成甲烷菌中毒，當CH4含量逐漸下降時，表明消化池進泥有機負荷超負荷。自消化系統投加熱水解污泥后池內甲烷含量基本維持在50%~62%，表明池內微生物環境健康，熱水解厭氧消化系統整體運行穩定。

4.2系統效能分析

4.2.1沼氣產量及速率

通過對消化系統沼氣產量隨消化池進泥量變化分析表明，如圖4所示，經過熱水解后的污泥可以有效縮短水解周期，從而提高厭氧消化性能，使得消化池內產氣速率較快，隨著進泥負荷的提升，沼氣產量也隨之增加。目前，所產沼氣主要用于廠內沼氣鍋爐燃燒產生蒸汽供熱水解利用，多余沼氣通過廢氣燃燒器處理。

4.2.2調試階段數據對比分析

通過對調試階段運行數據的分析，各項數據基本符合設計要求，表明系統總體運行穩定，同時也存在后續在成本及系統穩定性、沼氣利用等方面需改進優化的問題(見表1)。

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調試過程需注意問題

由于熱水解厭氧消化系統在國內運行穩定水廠相對較少，采用污泥接種培養直接啟動的方式也是全國首例。因此，在啟動調試運行過程中難免會遇到一些問題，影響到系統的整體效率以及安全性和穩定性。

5.1進泥泥質控制

由于熱水解系統是一套封閉的全自動系統，對進泥泥質要求較高，一旦泥中含有石子、螺旋襯板等堅硬雜質，將會造成進、出泥泵出現堵塞或損壞情況，嚴重影響熱水解工作效率。

熱水解系統對進泥含水率要求也較高，通常進泥含水率控制在83.5%為最佳運行工況，當含水率過低時會造成熱水解進泥管線壓力偏高甚至堵塞情況，當含水率過高會使得整個系統運行效率較低，成本相應增加。

5.2溫度控制

消化池能否穩定運行，溫度控制至關重要。由于熱水解系統出泥溫度較高，需經過換熱器降溫至合適溫度再排至消化池內，才能避免消化池溫度上升過快。由于污泥粘性較大會在換熱器內壁形成粘結，使得換熱器換熱效率下降，從而致使進入消化池內污泥溫度偏高，池內溫度逐漸上升，不易于控制。

需定期對換熱器進行清洗，同時在設計階段對換熱器選型及換熱方式需重點考量。

5.3熱水解工藝廢氣

熱水解在運行過程中會產生工藝廢氣從漿化罐排至消化池內，工藝氣內含有強烈刺激性氣味的有毒有害氣體，在排放過程工藝氣會形成冷凝水回收至冷凝水收集罐。在運行過程中可能會出現因工藝氣管線設計坡度、管徑不夠問題導致冷凝水不能順利回收至收集罐而存在管線內，造成工藝氣很難順利排放至消化池，從而使得漿化罐內壓力不斷升高，最終導致熱水解系統停機，影響系統工作效率。

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結論

（1）通過污泥接種的方式可以有效縮短熱水解厭氧消化系統啟動時間，產氣速率較快，可以迅速避開沼氣爆炸極限。

（2）熱水解技術可以有效縮短固體有機物水解周期，提高厭氧消化效率。

（3）分析了啟動調試過程需重點關注的問題并提出了改進措施。

微信對原文有刪減。原文標題：熱水解厭氧消化系統的啟動與調試；作者：王顯雨、宗倪、朱春輝、張文超、鄒寶、李佟；作者單位：北京城市排水集團有限責任公司；刊登在《給水排水》2018年第6期