全面解析污泥厭氧消化的預(yù)處理工藝與市場(chǎng)
隨著全球污水產(chǎn)量的增加，污泥作為污水處理的衍生物，產(chǎn)量也在急劇增長(zhǎng)。各污水處理公司都在著力升級(jí)水廠(chǎng)的厭氧消化工藝，以增加厭氧消化步驟的水解速率，從而提升處理后污泥產(chǎn)品的資源化利用效益，并擴(kuò)大產(chǎn)能。今天，GWI將為大家解析哪些預(yù)處理技術(shù)正占據(jù)污泥市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。
市場(chǎng)簡(jiǎn)述
近年來(lái)，隨著污泥產(chǎn)量的不斷增加，污泥處理需求也進(jìn)一步加大。然而，大范圍地?cái)U(kuò)充消化池容量需要大量的資本投入，所以污水處理公司正在探索一系列可以?xún)?yōu)化現(xiàn)有工藝的方法。污泥厭氧消化由于處理成本低、動(dòng)力消耗小等優(yōu)點(diǎn)，是目前普遍采用的污泥穩(wěn)定化處理技術(shù),但卻存在污泥停留時(shí)間長(zhǎng),消化效率低的缺點(diǎn)。
為了解決這一難題，許多企業(yè)開(kāi)始在預(yù)處理階段尋求創(chuàng)新和突破。而隨著市場(chǎng)對(duì)污泥填埋或者處理標(biāo)準(zhǔn)的逐步收緊，以及對(duì)污泥資源化（回收磷等）的興趣日漸增加，厭氧消化工藝（anaerobic digestion，簡(jiǎn)稱(chēng)為AD）的優(yōu)化已然非常必要。優(yōu)化后的高級(jí)厭氧消化工藝不僅可以提高有機(jī)物的去除率，從而更好的實(shí)現(xiàn)污泥減量化；同時(shí)還可以改善污泥的脫水性能，提高沼氣產(chǎn)量。
厭氧消化的系統(tǒng)構(gòu)型在近幾十年來(lái)變化不大，較為常見(jiàn)的是中溫單級(jí)厭氧消化系統(tǒng)。一般而言，提升這一系統(tǒng)的消化效率主要有兩種方法，一是在厭氧消化前添加預(yù)處理裝置，使熱水解污泥在進(jìn)入消化池前首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置進(jìn)行分解；另一種方法是對(duì)消化器本身進(jìn)行優(yōu)化。
迄今為止市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)了許多方法對(duì)厭氧消化工藝進(jìn)行優(yōu)化，其中包括高溫厭氧消化、多級(jí)厭氧消化（如中溫及適溫水解、酸化反應(yīng)器等）、以及將消化池分離后的固體再次送入消化池進(jìn)行厭氧消化的再壓縮法等。然而，現(xiàn)在市場(chǎng)上較為主導(dǎo)的依然是污泥破解的技術(shù)，即對(duì)污泥采用不同水解等方法的預(yù)處理以促進(jìn)其分解。
污泥破解是指通過(guò)一定的方法，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁，從而改變其物理、生物和化學(xué)性能。常見(jiàn)的用于污泥破解的預(yù)處理技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法和生物法三種（如下圖所示）。物理方法包含熱處理法、高壓噴射法、超聲波處理法、冷凍法和輻照法；化學(xué)方法包含水解法、堿處理法和臭氧氧化法；生物法則包含生物酶技術(shù)等。
而在這些種類(lèi)各異的預(yù)處理方法中，盡管超聲波處理法在德國(guó)正以強(qiáng)勁的勢(shì)頭發(fā)展，但水解技術(shù)，尤其是熱水解，因其效果顯著、價(jià)格適中而逐漸成為應(yīng)用最為普遍的方法。
由于厭氧消化水解過(guò)程進(jìn)行緩慢，水解是污泥厭氧生化降解的控制性限速步驟。因此，將水解作為預(yù)處理從消化的步驟中隔離出來(lái)，有利于將微生物的細(xì)胞膜破壞，使胞內(nèi)物質(zhì)釋放并進(jìn)一步水解，從而加快厭氧消化過(guò)程，并有效提高有機(jī)物去除率以及甲烷的產(chǎn)量。
隨著水解這一技術(shù)的廣泛研究和應(yīng)用，也為厭氧消化后續(xù)的步驟增加了許多新技術(shù)的應(yīng)用機(jī)會(huì)。由于剩余污泥水解酸化的過(guò)程中會(huì)有氮磷的釋出，從而導(dǎo)致回流中氮磷含量大幅增加，這可能會(huì)對(duì)污水的處理帶來(lái)不好的影響。但另一方面，這也使過(guò)程中產(chǎn)生的氮磷更易被回收，為回收磷的技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)（詳見(jiàn)文末相關(guān)文章回顧）。
市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力是什么？
之前，在GWI全球水市場(chǎng)的預(yù)測(cè)中曾提到過(guò)，污泥的處理和管理將在未來(lái)有很大的發(fā)展?jié)摿�。那么，是什么在推�?dòng)這一市場(chǎng)呢？
成本和質(zhì)量是首要驅(qū)動(dòng)力
水司對(duì)降低污泥處理成本的要求是厭氧消化工藝優(yōu)化的首要驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)然，不同的污泥處置用途所對(duì)應(yīng)的成本也不相同。我國(guó)的“水十條”規(guī)定，禁止處理處置不達(dá)標(biāo)的污泥進(jìn)入耕地，因?yàn)槲勰嗟某煞址浅?fù)雜，其中可能包含病原體等污染物。GE Monsal高級(jí)厭氧消化技術(shù)部門(mén)的高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Michael Theodoulou告訴GWI，“我認(rèn)為，污泥的處置途徑正在變得越來(lái)越少，這也是為什么如今生產(chǎn)無(wú)病原體的高品質(zhì)肥料如此重要的原因。當(dāng)處置后的污泥不包含病原體及其他污染物時(shí)。它的利用途徑和價(jià)值才會(huì)大大增加。”
提升消化裝置的規(guī)模
而隨著全球污泥產(chǎn)量的增加，現(xiàn)有厭氧消化裝置的處理能力和規(guī)模都需要進(jìn)一步提升。然而，若要安裝更多的消化池，需要很大一筆資本投入。為了節(jié)省開(kāi)支并同時(shí)解決污泥處置的問(wèn)題，許多水司更希望通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有厭氧消化裝置進(jìn)行優(yōu)化，最大程度地發(fā)揮其處理能力。“現(xiàn)在美國(guó)約有1,500個(gè)污水處理廠(chǎng)裝有厭氧消化反應(yīng)器，其中大部分在未來(lái)10到15年內(nèi)都需要進(jìn)一步擴(kuò)增。” Theodoulou介紹說(shuō)。
在這一背景下，相比于對(duì)現(xiàn)有的厭氧消化池進(jìn)行擴(kuò)增，采用水解的預(yù)處理以加快厭氧消化過(guò)程在成本上具有更大的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是改建項(xiàng)目還是新建項(xiàng)目，都是如此。
“任何裝有厭氧消化器的水廠(chǎng)都會(huì)更加傾向于采用水解的預(yù)處理技術(shù)。”CNP技術(shù)公司總裁Gerhard Forstner 說(shuō)：“在美國(guó)，市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)這些技術(shù)非常有利。”
也有人認(rèn)為，提升消化池的處理規(guī)模和能力并不是主要的驅(qū)動(dòng)力。 Forstner 表示：“當(dāng)然，對(duì)于部分人而言，提升處理規(guī)模的確非常重要，但對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步改善污泥處理后的脫水性能使其更好地減量化才是最為核心的目的。熱水解可以顯著提高污泥的脫水性能，含固率可以由處理前的20-25％提升至30-35％。這也是它領(lǐng)先于其他消化技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。”
而來(lái)自荷蘭Eliquo水和能源公司Bert Geraats則告訴GWI：“一些其他的技術(shù)和聯(lián)合厭氧消化工藝雖然能提高甲烷產(chǎn)量，但同時(shí)干固體量也會(huì)相應(yīng)減小，污泥的脫水性能并沒(méi)有得到很大改善，運(yùn)輸方面依然會(huì)造成一筆不小的費(fèi)用。”據(jù)悉，荷蘭Eliquo水和能源公司是一家由德國(guó)投資機(jī)構(gòu)SKion所支持的污水和污泥處理廠(chǎng)供應(yīng)商。
沼氣的用途
污泥經(jīng)過(guò)厭氧消化水解后所產(chǎn)生的沼氣，作為一種可再生能源，可同時(shí)應(yīng)用于工廠(chǎng)供電而減少對(duì)外部能源的消耗。所回收的沼氣可作為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能源供應(yīng)，也可以通過(guò)提純凈化得到生物甲烷而用于天然氣，或用作汽車(chē)燃料等。然而，盡管厭氧消化的副產(chǎn)物具有如此大的回收利用價(jià)值，但如何走出一條成熟的商業(yè)化道路，這還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。
預(yù)處理技術(shù)的類(lèi)型與發(fā)展
1. 熱水解
關(guān)于厭氧消化的熱水解預(yù)處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)要追溯到本世紀(jì)初，挪威Cambi（康碧）公司率先將這一技術(shù)與消化處理過(guò)程相結(jié)合使用，徹底改變了污泥厭氧消化市場(chǎng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。盡管許多的水解技術(shù)都使用熱量，但一般只有高于100°C的水解方法才被稱(chēng)為熱水解。其中，經(jīng)大量的試驗(yàn)表明，最有利于污泥水解的熱處理溫度范圍為165°C至180°C，在這一高溫下，污泥中的部分細(xì)胞體將受熱膨脹而破裂，所釋放的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)在高溫下受熱水解形成可溶性的聚縮氨酸等，進(jìn)而增強(qiáng)污泥的生物降解性。
在當(dāng)時(shí)英國(guó)所推動(dòng)對(duì)耕地?zé)o害的無(wú)病原體污泥的要求驅(qū)動(dòng)下，Cambi的熱水解裝置首先在英國(guó)市場(chǎng)上得到應(yīng)用和發(fā)展。之后，該公司陸續(xù)將業(yè)務(wù)拓展至全球，共累積安裝近60個(gè)熱水解系統(tǒng)，其中包含世界上最大的污泥熱水解項(xiàng)目——美國(guó)華盛頓Blue Plains污水處理廠(chǎng)，平均每年處理干固體約13.5萬(wàn)噸。
與此同時(shí)，其他公司也紛紛進(jìn)入市場(chǎng)，企圖打破Cambi對(duì)熱水解工藝的統(tǒng)治地位。
威立雅憑借其序批式污泥熱水解工藝Biothelys一鳴驚人，之后又開(kāi)發(fā)出連續(xù)式污泥熱水解工藝Exelys。與Cambi工藝中通過(guò)反應(yīng)罐和泄壓罐循環(huán)添加熱蒸汽的形式完全不同，在Exelys的系統(tǒng)中，污泥和熱蒸汽將一起進(jìn)料，并連續(xù)注入反應(yīng)器。Exelys系統(tǒng)目前應(yīng)用于丹麥Billund生物能源工廠(chǎng)中，可以提供遠(yuǎn)高于實(shí)際需求的能量。
而在威立雅努力進(jìn)入這一市場(chǎng)的同時(shí)，荷蘭Eliquo水和能源公司憑借其廣為應(yīng)用的LysoTherm工藝也大步邁入。與Cambi的蒸汽爆破工藝不同（指高壓蒸汽對(duì)污泥進(jìn)行蒸煮并使飽和水瞬間卸壓形成的蒸汽爆破），LysoTherm主要是通過(guò)熱交換系統(tǒng)進(jìn)行熱蒸汽的供應(yīng)。
欲了解本圖詳情，請(qǐng)參見(jiàn)GWI最新雜志7月刊
除了以上這些在已經(jīng)在熱交換市場(chǎng)上占據(jù)一定份額的企業(yè)之外，也有不少新公司陸陸續(xù)續(xù)登場(chǎng)，如Sustec，Haarslev和teCH4+等，但還未獲得一定市場(chǎng)地位。距真正地打破Cambi的壟斷，似乎還有很長(zhǎng)一段路要走。
除了熱水解之外，常用的水解技術(shù)還包含生物水解和化學(xué)水解。
2. 生物水解
生物水解，或稱(chēng)酶水解，最早由英國(guó)的厭氧消化技術(shù)專(zhuān)家Monsal公司開(kāi)發(fā)。Monsal自2001年開(kāi)發(fā)第一項(xiàng)技術(shù)后，2006年已經(jīng)完成近百例厭氧消化項(xiàng)目，2014年被GE收購(gòu)成為現(xiàn)在的GE Monsal。該項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品在液氧消化罐之前添加生物水解的步驟，可以更好地加快厭氧消化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
“我們從這一生物水解過(guò)程中獲得了大量的揮發(fā)性脂肪酸，通過(guò)將污泥加熱到不同的溫度并保持特定的停留時(shí)間對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，可以使厭氧消化罐的處理達(dá)到最好的效果，為產(chǎn)甲烷菌提供有利的環(huán)境，最大限度地提高生物氣體的產(chǎn)量。” Theodoulou告訴GWI。目前，GE Monsal系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于英國(guó)部分地區(qū)，但在世界其他國(guó)家尚未取得顯著的發(fā)展。而鑒于熱水解技術(shù)在市場(chǎng)上獲得的優(yōu)秀成果，GE現(xiàn)在正在直接向終端用戶(hù)銷(xiāo)售這項(xiàng)技術(shù)。“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們的技術(shù)供應(yīng)和終端用戶(hù)之間有中介方時(shí)，往往會(huì)因?yàn)樵跓崴馑邢嚓P(guān)技術(shù)方面的不同的觀(guān)點(diǎn)而產(chǎn)生一定分歧，而不能將最具效益的解決方案提供給客戶(hù)。” Theodoulou說(shuō)。
3. 化學(xué)水解
化學(xué)水解通常是指在一定的溫度下（一般小于100°C），通過(guò)添加堿（氫氧化鈉或氫氧化鈣）促進(jìn)污泥中纖維成分更好地溶解的方法�，F(xiàn)在已經(jīng)有許多企業(yè)對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行研究，如CNP，Lystek，BCR Environment和意大利的污泥處理技術(shù)專(zhuān)家newlisi公司等。與熱水解法相比，這些公司將化學(xué)水解的方法稱(chēng)為“軟水解”。
4. 超聲波處理法
除了以上介紹的三種水解方法以外，超聲波處理法是另一種常用的污泥預(yù)處理方法，但應(yīng)用不及水解法普及，其中發(fā)展比較好的是德國(guó)ULTRAWAVES公司的超聲波污泥處理系統(tǒng)。Ultrawaves成立于2001年，其超聲波處理系統(tǒng)已經(jīng)在逾80個(gè)污水處理廠(chǎng)中得以應(yīng)用，Ultrawaves的技術(shù)總監(jiān)Luis Vergara告訴GWI，該技術(shù)處理生物污泥所用的超聲波能量密度為4 KWh/m，用以破壞微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁，是細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)質(zhì)釋放出來(lái)促進(jìn)水解和消化的進(jìn)行。
5. 其他方法
除此之外，其他幾種機(jī)械或電力分解的技術(shù)尚處于起步階段，在改善處理后污泥的脫水性能、降解速度和產(chǎn)氣率的方面，并沒(méi)有很大的突破。
加拿大的Paradigm環(huán)境技術(shù)公司旗下的Microsludge工藝系統(tǒng)，使用堿和高壓使剩余活性污泥中的微生物細(xì)胞破碎和液化，然后進(jìn)入污泥消化池進(jìn)行厭氧消化，對(duì)厭氧降解工藝進(jìn)行優(yōu)化。然而，由于在市政污水處理設(shè)施中系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使公司出現(xiàn)嚴(yán)重的財(cái)務(wù)問(wèn)題而不得不停止了大部分業(yè)務(wù)。2015年11月，Paradigm公司的資產(chǎn)和Microsludge的工藝系統(tǒng)被一家名為Eagleridge Innovations Corporation的PE收購(gòu)。在之前Paradigm的失敗經(jīng)驗(yàn)下，Eagleridge計(jì)劃將商業(yè)目光投向銷(xiāo)售周期較短的工業(yè)污泥處理市場(chǎng)，推廣其Microsludge工藝系統(tǒng)。
在之前GWI與大家分享的污泥厭氧消化預(yù)處理市場(chǎng)的上篇中，為大家主要介紹了污泥預(yù)處理技術(shù)的市場(chǎng)概貌、核心驅(qū)動(dòng)力和技術(shù)分析。作為回顧，不同污泥預(yù)處理技術(shù)如下圖所示：
今天，GWI將為大家重點(diǎn)聚焦于熱水解技術(shù)在污泥厭氧消化工藝流程中的應(yīng)用。
熱水解系統(tǒng)與污水處理廠(chǎng)規(guī)模的匹配
不同規(guī)模的污水處理廠(chǎng)所適用的熱水解系統(tǒng)也各不相同，這與系統(tǒng)設(shè)備所占的空間有很大關(guān)聯(lián)。 Cambi的許多產(chǎn)品普遍適用于較大規(guī)模的水廠(chǎng)，如超過(guò)40萬(wàn)人口當(dāng)量處理規(guī)模的污水廠(chǎng)等（P.E.; 此處以人口當(dāng)量表示污水廠(chǎng)處理能力）。這樣大型的處理系統(tǒng)雖然能顯著提高污泥水解的效率，但同時(shí)對(duì)處理溫度和壓力條件也會(huì)有更嚴(yán)格的要求，從而增加了使用成本。
這也是為什么Cambi在北美市場(chǎng)并沒(méi)有特別多項(xiàng)目的原因之一，因?yàn)楸泵乐挥猩贁?shù)的水司有足夠的處理規(guī)模和經(jīng)濟(jì)能力來(lái)運(yùn)行這套熱水解系統(tǒng)�？紤]到市場(chǎng)普及性和適用性的問(wèn)題，Cambi最近專(zhuān)門(mén)針對(duì)小規(guī)模水廠(chǎng)設(shè)計(jì)了占地更為緊湊的B2處理系統(tǒng)。Cambi的業(yè)務(wù)發(fā)展高級(jí)副總裁Harald Kleiven告訴GWI：“開(kāi)發(fā)出[適用于小規(guī)模水廠(chǎng)]的產(chǎn)品，將是我們重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)領(lǐng)域。”
已經(jīng)有許多技術(shù)公司推出了專(zhuān)門(mén)針對(duì)小規(guī)模污泥處理廠(chǎng)所設(shè)計(jì)的熱水解處理系統(tǒng)。如荷蘭Eliquo水和能源公司的LysoTherm工藝，LysoTherm主要是通過(guò)熱交換系統(tǒng)進(jìn)行熱蒸汽的供應(yīng)，并廣泛應(yīng)用于食品和飲料行業(yè)。Reinhard Huebner表示：“在這一行業(yè)領(lǐng)域，尤其是一些小規(guī)模的工廠(chǎng)，Cambi的蒸汽爆破工藝并不適用。但是對(duì)于一些大規(guī)模的工廠(chǎng)，Cambi的裝置絕對(duì)比我們更具競(jìng)爭(zhēng)力。” 據(jù)悉，Lysotherm工藝的適用規(guī)模一般在5萬(wàn)至10萬(wàn)人口當(dāng)量（P.E.）范圍內(nèi)，但因?yàn)槭悄K化的系統(tǒng)，所以不會(huì)受到容量的限制。
另一方面，CNP技術(shù)公司總裁Gerhard Forstner告訴GWI，CNP的PONDUS污泥熱化學(xué)水解設(shè)備主要的目標(biāo)水廠(chǎng)規(guī)模在20~60 MGD（75~225,000m/d）之間，該方法的溫度條件要低于Cambi的工藝設(shè)備，但同時(shí)需要加入苛性鈉來(lái)提高pH值。“PONDUS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)Cambi熱水解系統(tǒng)80%的效果，但價(jià)格卻僅為Cambi的三分之一。” Forstner補(bǔ)充道。
消化前or消化后熱水解？
不同污泥預(yù)處理技術(shù)與其對(duì)應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)先公司如下圖所示：
盡管現(xiàn)在大多數(shù)的工藝都是針對(duì)污泥厭氧消化的預(yù)處理技術(shù)，一些技術(shù)公司也開(kāi)始探索對(duì)污泥厭氧消化后的沼渣等殘余物進(jìn)行水解和脫水，這一后處理的目的是為了將處置后的污泥更好地資源化利用。Lystek International Inc.是加拿大有機(jī)及生物固廢管理方面的專(zhuān)家，其LysteMize工藝流程基于熱堿處理的原理，在75攝氏度的溫度條件下，向污泥加入堿并進(jìn)行高剪切混合。這一工藝產(chǎn)物不僅符合加拿大的A類(lèi)生物固體標(biāo)準(zhǔn)及先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也可以提升消化的效果。
Lystek的技術(shù)總監(jiān)Ajay Singh向GWI解釋道，當(dāng)他們將沼渣從低效率消化器轉(zhuǎn)移至常規(guī)效率的消化器中時(shí)，仍然有大量[殘留的]揮發(fā)性固體，但如果將這些殘留固體重新加入LysteMize工藝流程的消化設(shè)備中，它們可以幫助進(jìn)一步提高沼氣的產(chǎn)量。
Lystek市場(chǎng)部總監(jiān)Kevin Litwiller補(bǔ)充道，如果在厭氧消化步驟之前采用水解，可能會(huì)對(duì)水廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)一些危害。“這可能會(huì)對(duì)水廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)和操作產(chǎn)生一定負(fù)面的影響，因?yàn)樾枰獙?duì)工藝流程做出顯著的改變。”但盡管對(duì)消化后的污泥進(jìn)行處理具有很多的優(yōu)點(diǎn)，Singh依然表示，這一技術(shù)還未能普及，Lystek現(xiàn)在計(jì)劃的是將其厭氧消化的預(yù)處理系統(tǒng)用于兩個(gè)污泥處理的項(xiàng)目中。
除了Lystek，許多其他的污泥處理技術(shù)公司也發(fā)現(xiàn)了將消化后的生物質(zhì)回收再循環(huán)利用以改善污泥脫水性能并提高沼氣產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)。Cambi最近開(kāi)發(fā)了一種叫做SolidStream的后處理工藝，將熱水解后的固體流進(jìn)行脫水處理，并通過(guò)熱堿處理的方法加速濾液中COD的溶出，將其回收至消化池進(jìn)行水解酸化，從而進(jìn)一步提高可生化性和沼氣的產(chǎn)量。類(lèi)似地，Eliquo公司的LysoTherm工藝也將水解后的污泥再次回收至消化池進(jìn)行處理，以達(dá)到循環(huán)再利用的目的。
污泥的產(chǎn)生與污水廠(chǎng)的生產(chǎn)工藝和處理方式密切相關(guān)，按照污水處理工藝流程可將污泥分為兩種類(lèi)型：第一種通常稱(chēng)為初級(jí)污泥，是指經(jīng)過(guò)初步混凝、沉降等初級(jí)廢水處理所分離得到的污泥。另一種稱(chēng)為剩余活性污泥，指經(jīng)過(guò)二次沉淀池所排出系統(tǒng)外的活性污泥。與剩余活性污泥相比，初級(jí)污泥通常更容易被消化，這也就意味著只有剩余污泥可以通過(guò)這一后續(xù)的水解酸化方法來(lái)提高厭氧消化單元的性能。
然而，基于熱水解方法所能夠?qū)崿F(xiàn)的消毒功效，意味著水司必須做出一個(gè)選擇——“是只處理剩余污泥、還是將剩余污泥和初級(jí)污泥一起處理，這取決于水司對(duì)處理效果的要求。若在提高厭氧消化效果的基礎(chǔ)上，同時(shí)需要使處理后的污泥達(dá)到A類(lèi)生物固體標(biāo)準(zhǔn)，那么單單處理剩余污泥是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。” 水處理工程公司One Water Solutions總裁Glen Daigger提到，“如果客戶(hù)希望將剩余污泥進(jìn)一步干化或者焚燒，那么技術(shù)公司如Cambi就會(huì)先將初級(jí)污泥和剩余污泥相混合，然后再將混合后的污泥重新回收至消化池進(jìn)行水解酸化。”
德國(guó)ULTRAWAVES公司的超聲波污泥處理系統(tǒng)通常只分解30%~50％的剩余污泥。Ultrawaves的技術(shù)總監(jiān)Luis Vergara告訴GWI，“這意味著超聲波處理技術(shù)與其他預(yù)處理技術(shù)相比，節(jié)省了大量的能量。”
除了在厭氧消化步驟前或者后添加熱水解之外，Cambi同時(shí)開(kāi)始研究在消化過(guò)程中添加熱水解的工藝流程。即將熱水解的處理步驟添加至第一個(gè)簡(jiǎn)短的厭氧消化階段（指易消化的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷的階段）與后一個(gè)高級(jí)厭氧消化階段之間。“在保持消化池容量不變的基礎(chǔ)上，這一技術(shù)不僅進(jìn)一步提升了采用傳統(tǒng)熱水解步驟所實(shí)現(xiàn)的效果，同時(shí)節(jié)省了占地面積和所用的蒸汽量。”
水解+磷回收=新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)
在水解階段隨污泥分離出的磷酸鹽是污泥采用水熱預(yù)處理的一個(gè)副產(chǎn)物。除此之外，水解后的污泥水中還含有由細(xì)胞物質(zhì)水解得到的高濃度的氨氮。如果這一高氮磷含量的污泥水被循環(huán)至污水處理廠(chǎng)中，不僅會(huì)對(duì)工廠(chǎng)氮磷去除提出更高的要求，同時(shí)還會(huì)造成脫水設(shè)備的結(jié)垢。通過(guò)在厭氧消化步驟之后添加回收磷的技術(shù)，可以大大提升污泥處理的經(jīng)濟(jì)效益。
來(lái)自荷蘭Eliquo水和能源公司的Bert Geraats告訴GWI：“我們發(fā)現(xiàn)，在很多熱水解應(yīng)用的商業(yè)案例中，很少有在水解技術(shù)之外復(fù)合添加另一個(gè)技術(shù)的工藝流程。”他解釋說(shuō)：“但是，如果能將熱水解的副產(chǎn)物氮磷通過(guò)一些方法進(jìn)行回收，那無(wú)異于我們正在熱水解的缺點(diǎn)上獲益。這也是荷蘭Amersfoort污水處理廠(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰亢蜖I(yíng)養(yǎng)鹽回收廠(chǎng)的初衷所在。”
荷蘭Amersfoort污水處理廠(chǎng)（處理規(guī)模為30萬(wàn)人口當(dāng)量）將其消化池裝置在2016年進(jìn)行升級(jí)，添加了Eliquo公司所提供的熱水解系統(tǒng)。此外，該廠(chǎng)同時(shí)采用Ostara公司的Pearl工藝，將液體中的氮、磷提取出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為可農(nóng)用的高效肥料。Pearl工藝是Ostara公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)鳥(niǎo)糞石（簡(jiǎn)稱(chēng)MAP，磷回收產(chǎn)品的主要形式之一）的綜合性專(zhuān)利解決方案。
Pearl工藝通過(guò)控制液化床反應(yīng)器中化學(xué)結(jié)晶的程度，使鳥(niǎo)糞石轉(zhuǎn)化成高純度的結(jié)晶顆粒。然而在現(xiàn)在的市場(chǎng)上，將熱水解與磷回收技術(shù)相結(jié)合的工藝并不多。德國(guó)CNP水與污泥處理公司在一個(gè)污泥處理廠(chǎng)中，將其PONDUS水解系統(tǒng)與其AirPrex磷回收單元相結(jié)合，并希望將這一復(fù)合型工藝運(yùn)用于更多的污泥處理項(xiàng)目中。“我們認(rèn)為熱水解與氮磷回收相結(jié)合將是未來(lái)的發(fā)展熱點(diǎn)。如果你在一個(gè)安裝有熱水解工藝的污水處理廠(chǎng)，就一定會(huì)考慮氮磷回收的問(wèn)題。”
中溫消化vs高溫消化
雖然目前一般主流都采用單階段中溫消化的方法，但是在一些地區(qū)，高溫消化技術(shù)逐漸開(kāi)始重新被采用。“在荷蘭，一些客戶(hù)開(kāi)始選擇高溫消化技術(shù)。因?yàn)樗姆磻?yīng)速率更快，可以在處理污泥體積增加的情況下避免消化體積的進(jìn)一步增加。”
GE的Theodoulou同時(shí)告訴GWI，北美水司如今對(duì)高溫消化持有更加開(kāi)放的態(tài)度。高溫消化的優(yōu)點(diǎn)在于更短的污泥停留時(shí)間、更大的沼氣產(chǎn)量、以及更好的滅菌效果。但盡管如此，與熱水解相比，高溫消化仍存在氣味重的問(wèn)題。“Glen Daigger說(shuō)。
水解技術(shù)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)
之前，在GWI全球水市場(chǎng)的預(yù)測(cè)中曾提到過(guò)，得益于全球污泥消化系統(tǒng)升級(jí)的需求驅(qū)動(dòng)，污泥預(yù)處理技術(shù)將具有非常大的市場(chǎng)增長(zhǎng)空間。尤其是中國(guó)，對(duì)高級(jí)厭氧消化過(guò)程有很大的需求。但是從短期到中期來(lái)看，這些市場(chǎng)機(jī)會(huì)在大城市中會(huì)受到一定限制。此外，中國(guó)雨污分流水平低的現(xiàn)狀，往往導(dǎo)致污泥有機(jī)物含量低。但盡管如此，在大城市中依然有非�？捎^(guān)的市場(chǎng)。 隨著北京及周邊地區(qū)五座大型熱水解項(xiàng)目的落地，以康碧為首的許多優(yōu)秀污泥處理技術(shù)公司（如CNP等）都開(kāi)始逐漸嶄露頭角。
在發(fā)達(dá)國(guó)家的污泥市場(chǎng)中，污泥處置的選擇受到更為嚴(yán)格的監(jiān)管（比如填埋），這使得污泥填埋的成本大大增加。其中最有吸引力的是美國(guó)市場(chǎng)，美國(guó)正在嚴(yán)格規(guī)范有機(jī)物的填埋處置。目前，加利福尼亞128個(gè)允許填埋的場(chǎng)地中只有55個(gè)能夠接受有機(jī)固體。西歐地區(qū)的部分國(guó)家也是如此。以德國(guó)為例，德國(guó)水司并沒(méi)有很大的資本支出壓力，所以與普通18~20天的停留時(shí)間相比，德國(guó)水司一般會(huì)采用30天或更長(zhǎng)的停留時(shí)間。 Huebner評(píng)論道：“這樣的現(xiàn)狀導(dǎo)致的結(jié)果就是，與英國(guó)相比，預(yù)處理技術(shù)并沒(méi)有在德國(guó)得到普遍的采用，這也使得這一技術(shù)在德國(guó)具有更大的未來(lái)發(fā)展空間。德國(guó)最近也通過(guò)了禁止大型污水處理廠(chǎng)污泥進(jìn)行土地利用的法規(guī)，同時(shí)也對(duì)用于土地利用的污泥進(jìn)行更加嚴(yán)格的污染物限制。”
印度作為世界人口第二大的國(guó)家，也是眾多技術(shù)供應(yīng)商密切關(guān)注的對(duì)象，但是印度市場(chǎng)發(fā)展速度相比于其他市場(chǎng)卻略顯緩慢。印度的污水收集處理率還需大幅度提升，“我們估計(jì)，像德里這樣的大城市，隨著整體收集率的增加，其污泥的產(chǎn)量將會(huì)是現(xiàn)在的五到六倍。”Kleiven告訴GWI。盡管目前印度市場(chǎng)發(fā)展較慢，但是印度政府正在大力尋求全球最佳先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并推行在安裝厭氧消化系統(tǒng)設(shè)備時(shí)采用更先進(jìn)的技術(shù)，如水解技術(shù)等。
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