自熱式污泥好氧消化ATAD技術

劉明正

摘 要：以廣東某污水廠的中試為基礎，分析、探索自熱式高溫好氧消化技術對污泥消化程度的影響，并總結工藝優點。

關鍵詞：污泥好氧消化；同步硝化反硝化；提高VS/TS的預處理

自熱式污泥好氧消化-ATAD（Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion）技術是近年來受到關注的污泥穩定和減量技術。在好氧環境條件下，微生物通過自身的放熱反應，將部分熱量補充系統的能量消耗，其余熱量用于提高反應系統的溫度，達到高溫好氧消化的目的。自熱式好氧消化主要是以污泥中揮發性有機物為食料，在嗜熱細菌的作用下發生融胞反應，將融胞釋放的蛋白質、多糖等營養物質進行充分的降解，產生二氧化碳、水、高濃度的氨氮，反應釋放出的熱量把系統溫度維持在55-65oC溫度范圍。自熱式好氧消化處理的污泥是經過濃縮后含固率為3-7%的污泥，在系統內停留12天左右，持續在55-65oC高溫范圍下，達到巴氏滅菌的效果。揮發性有機物通過好氧消化的降解率為50-70%，從而達到了污泥減容的需求。其反應過程如下：

1 養料

ATAD使污泥達到徹底的穩定化，減量化，無害化的要求，當重金屬不超標時也能達到污泥資源化的效果。其處理工藝流程如下圖。

污泥經過自熱式好氧消化單元處理后，會產生高濃度的含氨氮污水，濃度會高達500-2000mg/L，直接排到污水處理廠就會對污水處理廠造成沖擊負荷，針對好氧消化單元產生比較高濃度的氨氮，我們配套建立一個同步硝化反硝化單元（SNDR），對高濃度的氨氮進行進一步降解。通過同步硝化反硝化之后，污泥基本上達到了穩定化，減量化，無害化、資源化的要求。因為里面揮發性有機份含量降得比較低，污泥中的無機份含量相對較高。采用離心脫水，就能取得含固率為30-35%的污泥，基本滿足土地改良用泥質標準的需求。如果出泥需要滿足園林綠化用泥質或者其他標準的要求，可以與其他的工藝路線相結合。

中國不同地方的污泥，VS和TS的比值范圍差距很大，南方區域污泥的VS/TS比值約為30%。而北方的污泥比如北京高碑店污水廠的污泥VS/TS比值高達70%，針對比值過低的污泥應該在好氧消化之前進行預處理，來提高該比值到50%以上，以保證好氧消化所需要的足夠的有機份。針對南方地區VS/TS比值過低的情況，應該在好氧消化前設置預處理工藝段，比較適宜的工藝路線是超細格柵+旋流分離相結合的方法，然后經過濃縮機濃縮后，得到約5%含固率的濃縮污泥，即可進入好氧消化單元進行正常的處理了。

結合我們在廣東某污水廠的中試案列，廠內的剩余污泥經過超細格柵+旋流分離+污泥濃縮的預處理之后，進到了好氧消化單元，當溫度逐漸的提高到了46oC以上時（嗜熱細菌在高于這個溫度后降解效果會逐步增加，這個溫度是嗜熱細菌能夠逐步成為優勢菌種的起始溫度），接近一周的時間溫度穩定在55-60oC的范圍，在這個溫度范圍之間，我們取樣進行了測試，致病菌基本上檢測不到，對VS降解率達到50%以上，我們首次利用國內的污泥逐步培養馴化出了適應ATAD單元環境的嗜熱細菌，并逐步使污泥達到了減量化、穩定化，無害化。同時因為這個項目重金屬不超標，也可以作為后續資源化利用。

在好氧消化的工程中，有兩個工藝段的設備是關鍵，包括集攪拌和曝氣于一體的射流曝氣裝置和泡沫控制裝置，在工程上尤其要重視。

進入到好氧消化單元的污泥為經過濃縮的含固率為6.8%的濃縮污泥，ATAD工藝溫度范圍55-65oC，PH8-8.5，通過同步硝化反硝化之后，不但對氨有了很好的去除效果，同時又有進一步減容的效果。在ATAD+SNDR這兩個單元處理之后，可直接進后續的濃縮脫水單元而沒有任何的臭味了，僅是一種泥煤的味道（因為絕大部分引起臭味的揮

發性有機物均已降解消化），脫水后的污泥在國外是作為土壤的改良劑來利用的，在國內，脫水后污泥在重金屬不超標前提下，已滿足土地改良用泥質標準要求。如果要滿足更高的處理標準，比如園林綠化的需求，則還要對脫水污泥做進一步的干化，ATAD自熱式好氧消化單元因其溫度處于55-65oC的高溫階段，可從其中提取廢熱用于脫水之后泥餅的進一步干化。采用熱泵來回收熱量，在不太增加運行費用基礎上就能夠取得含固率60%的污泥，同樣在重金屬不超標的前提下，滿足園林綠化的需求。

2 運行費用

ATAD+SNDR 折合80%含水率的污泥的運行費用約為：55元/噸；

污泥濃縮+ATAD+SNDR+干化床余熱利用 折合80%含水率的污泥的運行費用約為：150元/噸。

污泥好氧消化ATAD單元具有以下優勢：總固體減量50%，揮發固體減量60-70%，與傳統厭氧消化相比可節省1/3以上池容，高溫高PH環境幾乎殺滅污泥中全部病原體，使產物徹底無害化，穩定化，資源化。達到美國A級生化固體（各項有毒有害指標達到環境允許標準）規格，容易作最終處理，回收熱量用于脫水污泥干化處理，最終脫水泥餅含固率約30%-35%，污泥脫水后臭味低，沒有厭氧消化的沼氣爆炸危險。

由于好氧消化工藝具有操作簡單、投資少、出泥性質好等優點，近年來在國外已經有大量應用案例，并在實際運行中驗證了好氧消化的可行性。隨著政府對污泥處理的進一步重視，隨著環境監管的進一步加強，污泥好氧消化會在市場上得到大量的應用。