污泥厌氧消化技术现状及应注意的问题王涛1,2（1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所，北京100044；2.机科发展科技股份有限公司，北京100044）摘要：阐述了厌氧消化技术背景与基本原理。

通过对国内示范项目运行情况的研究分析，从处理方面分析了应注意的泥质影响、池形选择、温度与无害化、含固率与搅拌动力等问题；结合行业技术指南分析了处置方面应注意的问题。

通过处理与处置全过程成本经济分析，得出了该技术参考运行成本。

最后给出了该技术的适用条件。

关键词：厌氧消化、中温厌氧消化、处理、处置、无害化、沼气、全过程1.厌氧消化技术概述1.1技术来源厌氧消化是利用兼氧菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机质的一种污泥处理工艺。

1881年法国Mouras净化器是污水（污泥）厌氧生物处理的雏形；1905年，德国的Imhoff 池的出现，第一次将泥水分离进行厌氧处理；1927年，首次在厌氧消化池中加上了加热装置，使产气速率显著提高；随后，又增加了机械搅拌器，反应速率进一步提高；20世纪50年代初又出现了利用沼气循环的搅拌装置。

多种形式的厌氧消化池形成了现代污泥厌氧消化技术的核心工艺体系。

1.2技术原理厌氧消化的作用机理有两段论、三段论、四段论之分，就两段论可以分为产酸阶段和产甲烷阶段，其中产酸阶段又可细分为水解阶段、酸化阶段、酸性衰退阶段。

水解酸化阶段（酸性发酵）：污水中不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺、多肽等。

产甲烷阶段（碱性发酵）：产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸。

全部反应可以概括为：淀脂1.3厌氧消化池分类厌氧消化池从构造上一般分为池顶、池体和池底三部分：池顶主要起到收集沼气的作用；池体主要起到容纳作用；池底一般主要起到排泥的作用。

按照消化池形状可以分为：圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形等。

按照池顶结构形式可以分为：固定盖式和移动盖式。

按照搅拌形式可以分为：机械搅拌和沼气搅拌两种形式；机械搅拌又分为泵搅拌、桨叶搅拌、水射器搅拌等；沼气搅拌又可分为气提式搅拌、竖管式搅拌和气体扩散式搅拌等。

1.4国内应用情况2000年，建设部、国家环保局、科技部联合发布《城市污水处理及污染防治技术政策》规定：“处理能力达于10万m3/d的污水处理二级设施产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理”。

截至2011年，国内已建成市政污水处理厂3078座，其中配套建设厌氧消化系统的50余座，这其中稳定正常运行不超过10座。

2010、2011年污泥处理处置十大推荐案例中共列入6个厌氧消化项目，其中还包括当时“尚未进行24小时连续运行和冬季运行”的上海市白龙岗污水厂污泥处理工程。

以下主要依据中国水网2010、2011年度污泥处理处置推荐案例评选资料及部分国内公开发表文献资料摘录列举国内正常运行的主要厌氧消化工程实例情况：1.4.1大连东泰夏家河污泥处理厂夏家河项目占地2.47公顷，日处理市政污泥600吨。

采用LIIP消化罐12个（圆柱形平底形式），直径16m，高度15m，有效高度11.2m，单位有效容积2230m3，污泥停留时间22~25d，进泥含固率10%，污泥投配率4~5%，消化温度37℃，沼气日产量30000-32000 m3，池容产气率1.12~1.20m3/m3，经提纯处理后CH4日产量16500立方米供应市政燃气。

电耗15000~18000 kW.h/d（搅拌强度19.5W/m3）。

沼渣脱水后含水率降至70%左右，送至垃圾填埋场晾晒填埋；沼液排至夏家河污水处理厂处理排放。

项目工程总投资14913万元，运行成本130-150 元/吨。

项目于2007年开工建设，2009年4月正式运行。

1.4.2青岛麦岛污水厂污泥处理项目麦岛项目为青岛麦岛140，000 m3/d污水处理厂扩建工程配套子项目，污水厂占地3.9公顷，污泥系统处理规模48tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥240t/d）。

采用圆柱形消化池2座，直径29.3m，高度25.7m，有效高度18m，单位有效容积12700m3，污泥停留时间20d，进泥含固率3.8~4%，污泥投配率1.9kgDS/m3.d，消化温度35±2℃，沼气日产量14400~15000 m3，池容产气率0.59m3/m3，产品首先用于4台500kV A沼气发电机能源，剩余的沼气通过火炬燃烧。

搅拌强度0.9W/m3。

沼渣脱水后含水率降至78%以下，送至垃圾填埋场或堆肥处理；沼液由污水处理厂处理排放。

项目于2008年6月正式运行。

1.4.3北京小红门污水厂污泥处理项目小红门项目为北京小红门600，000 m3/d污水处理厂工程配套子项目，污泥系统处理规模132.5tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥662.5t/d）。

采用卵形消化池5座，单位有效容积12300m3，污泥停留时间20d，进泥含固率3.2%，污泥投配率5%，消化温度35℃，沼气日产量30000m3，池容产气率0.49m3/m3，产品用于沼气拖动鼓风机。

搅拌强度3W/m3。

沼渣脱水后含水率降至83%左右，送至石灰干化车间干化外运填埋；沼液由污水处理厂处理排放。

项目工程总投资20000万元，运行费用1464万元/年。

项目于2008年11月竣工正式投入运行。

1.4.4上海白龙岗污水厂污泥处理项目白龙岗项目为上海白龙岗污水厂2，000，000 m3/d污水处理厂升级改造工程配套子项目，污泥系统处理规模204tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥1020t/d）。

采用卵形消化池8座，池体最大直径25m，垂直高度44m（地上32m，地下12m），单位有效容积12400m3，设计污泥停留时间24.3d，进泥含固率5%，污泥投配率4.1%，消化温度33~35℃，沼气日产量44512m3，池容产气率0.45m3/m3，产品用于消化池加热保温和后续污泥干化。

搅拌强度4.7W/m3。

沼渣脱水后含水率降至75%左右，送至流化床干化工序处理至含固率70%外运；沼液由污水处理厂处理排放。

项目工程总投资63000万元，运行成本约120 元/吨脱水污泥。

项目于2010年10月建成，2011年4月12日进入调试运行。

1.4.5新疆乌鲁木齐河东污水厂污泥消化及热电联产项目新疆乌鲁木齐河东污水厂污泥消化及热电联产项目为新疆乌鲁木齐河东污水厂原污泥厌氧消化系统维修改造项目。

污泥系统处理规模79tDS/d（相当于含水率80%脱水污泥395t/d）。

采用圆柱形消化池4座，直径20m，高度30.2m，期中柱体高度20m，单位有效容积7164m3，污泥停留时间16d，进泥含固率4%，消化温度35℃，沼气日产量41225 m3。

产品首先用于沼气发电机能源，剩余的沼气通过火炬燃烧。

电耗60000kW.h/d（搅拌强度0.94W/m3）。

沼渣脱水后含水率降至78%左右，送至垃圾填埋场或堆肥处理；沼液由污水处理厂处理排放。

注：按照0.85Nm3/kgVSS产气率估算，上述污泥系统处理规模与沼气日产量对应100%的有机质含量和60%的降解率，显然失实。

项目于2006年由于设备问题停用，2009年经改造后恢复运行使用，2010年底开始4座消化池正常运行。

1.4.6郑州王新庄污水厂污泥厌氧消化及沼气利用项目郑州王新庄污水厂污泥厌氧消化及沼气利用项目为郑州王新庄污水厂工程配套子项目，污泥系统处理规模相当于含水率80%脱水污泥330t/d。

采用圆柱形消化池，一级3座，二级1座，直径28.8m，高度20.2m，期中柱体高度14.5m，单位有效容积10000m3，污泥总停留时间24d，进泥含固率5%，污泥投配率5%，消化温度35±1℃，沼气日产量20000 m3左右，池容产气率0.5m3/m3，经提纯处理后CH4日产量10000立方米供应市政燃气。

沼渣脱水后含水率降至78%左右，送至垃圾填埋场或堆肥处理；沼液由污水处理厂处理排放。

项目于2001年正式运行，根据2006.3.14~3.23运行数据记录（平均值）：生污泥量1205m3/d，进泥含水率94.89%，沼气产量17625m3/d，基本达到设计指标。

表1.1厌氧消化典型案例主要技术参数对比2.处理过程应注意的问题2.1泥质中国城镇污水处理厂水质与发达国家存在差异，在污水处理工艺选择和优化方面已经积累了丰富的经验，在污泥处理处置方面同样可以借鉴污水处理经验，在充分分析掌握中国泥质特点的前提下，引入国外成熟技术时，应在本土化改良后谨慎适度推广，否则将只能是事倍功半，甚至无功而返。

2.1.1有机质含量中国城镇污水处理厂污泥有机质含量呈现地域和季节不均匀特点，总体水平较发达国家明显偏低。

我国2001年抽样调查数据较美国2000年统计数据低28%，这主要是由于我国市政污水进水浓度偏低造成的；2009年抽样数据较2001年低25%，这主要是由于新建大量中小污水处理厂，较大中城市污水处理厂进水浓度更低。

下表清楚地反映了上述情况。

表2.1城市污水处理厂有机质含量统计表（单位：g/kg）HRT=20d的情况下，如果按照50%的有机物降解率和0.85Nm3/kgVSS的产气率估算，本文1.4节所列举的项目有机质含量平均应达到55%以上，方可实现设计产气率目标；按照45%的有机物降解率和0.8Nm3/kgVSS的产气率估算，本文1.4节所列举的项目有机质含量平均应达到65%以上，方可实现设计产气率目标；而如果按照40%的有机物降解率和0.7Nm3/kgVSS的产气率估算，则这一指标必须达到83%以上方可实现设计产气率目标。

因此，有机质含量低将直接影响厌氧消化过程的产气率指标，从而影响系统能耗和运行成本，这也是我国大部分厌氧消化池停运的主要原因之一。

保守粗略估计，有机质含量低于60%的污泥很难在日后运行过程中实现设计经济指标。

2.1.2含砂量污泥中有机质成分偏低对应着无机成分偏高，从侧面反映出污水处理厂进水含砂量偏高。

究其原因原因主要有：雨污分流系统不完善、污水管道受损、人为因素等。

根据设计规范：城市污水的含砂量可按10万m3污水沉砂30m3计算（注：合流制污水的含砂量应根据实际情况确定），但有些污水处理厂进水口水样检测高于上述值，甚至是设计含砂量的2~3倍。

目前污水厂所采用的沉砂系统主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65t/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。

因此即使在除砂系统正常工作的前提下部分砂粒也会随污泥进入到污水生化反应系统和污泥处理系统中。

在污泥处理系统中，由于砂粒具有流动性差、易沉积的特点，会引起污泥管道堵塞、消化池底部积砂，从而影响消化池的正常运行和沼气产量，并且磨损设备尤其是机械式搅拌器。