二、污泥热水解技术 1、工作原理

热水解技术（THP）是污泥经高压蒸汽预处理，溶解污泥中的胶体物质，破碎细胞物质，水解大分子物质，使污泥性质发生相应的变化。在高温条件下,菌胶团表面的微生物和其代谢产物等有机质溶解,包裹在其中的固体颗粒与有机质相脱离,挥发性固体挥发,易分解的有机物分解成二氧化碳、甲烷等气体和挥发性的醇或酸逸出,使污泥的间隙水和毛细管水释放出来,污泥的脱水性能得以改善，工作原理图如图2-9所示。

原污泥THP处理后的污泥活细胞死细胞惰性物质胞外聚合物大分子难降解物质（高压蒸汽）热水解预处理水解的其他固体物质破碎的细胞破碎的细胞壁惰性物质胞外聚合物小分子易降解物质

图2-9 热水解技术的原理示意图

热水解技术也会改善污泥的厌氧消化性能。脂肪类、蛋白质、糖类等有机物被分解为脂肪酸、氨基酸、寡糖、单糖等,有的甚至被分解为甲烷、二氧化碳、氨气等,这些小分子有机物更容易被微生物利用和分解,提高了厌氧消化的效率，COD的去除率可达60%,大大减少了污泥的体积。有机物分解产生的挥发性有机酸可作为反硝化的碳源，硝化和反硝化同时进行，且用挥发性有机酸作为碳源时反硝化速率比单纯用甲醇作碳源时更快,氮的去除率更高。

温度、处理时间、压力和添加化学药剂都能影响热水解处理效果,可以用固体颗粒的浓度、固体颗粒的溶解速度常数、挥发性有机酸的产量来反映处理效果。温度应控制在几十度到二百度之间,一般温度越高处理效果越好,VDS(挥发性溶解固体)的浓度随温度的升高而变大,VSS(挥发性悬浮固体)的浓度随温度的升高而降低,这是由于VSS不断溶解成VDS造成的。在100℃以上时,有机物分解基本完全,VFA(挥发性脂肪酸)产量基本稳定。各种热水解脱水方法的处理时间不等,几十秒或一个小时都可,VDS的浓度随处理时间的延长而变大,VSS的

浓度随处理时间的延长变化不很明显,VFA在SCOD(沉降性COD)中的比率并不随温度处理时间的延长而增加,在15分钟时有机物完全分解,VFA/SCOD达最大值,以后有部分VFA挥发,VFA/SCOD反而降低,最后基本稳定,一般随着处理时间的延长,处理效果趋优。

由于高压会使设备成本增加,且有安全隐患,现在多采用常压条件。投加酸或者碱等化学药剂能加速水解,降低反应温度,但强烈腐蚀设备,成本也较高,所以现在也多不使用药剂。

2、工艺特点

热水解的工艺流程主要包括混匀预热，水解反应和泄压闪蒸三个步骤，流程图如图2-10。污泥首先经过离心脱水机或压滤机进行脱水到含固率到14%-18%，用泵输送到搅拌罐中进行混匀预热，预热后的污泥约为100℃。然后污泥输送到主反应罐中，用热蒸汽对反应罐中的污泥进行加热加压，达到温度为180℃左右，压力约为10bar时反应约30分钟，经热水解反应能够溶解污泥中的胶体物质降低粘度，并且将复杂的有机物水解为易于生物降解的简单有机化合物。最后一步为泄压闪蒸，利用反应罐中的压力和闪蒸罐中的压力差，将污泥输送到闪蒸罐中闪蒸，将闪蒸罐中产生的蒸气回送到搅拌罐中与新污泥混匀加热，实现热回收降低能耗。

原污泥经脱水至DS为14%-18%蒸汽回用Pulpers处理后的污泥DS为13%-14%Reactors处理后的污泥DS为12%-13%Flash tanks处理后的污泥DS为8-12%水蒸气污泥11bar的高压蒸汽

图2-10 热水解的工艺流程图

热水解污泥处理技术特点简单归纳为以下几点：

（1）热水解破碎污泥中的细胞物质，释放细胞内的非自由水而改善污泥的脱水性能。 （2）热水解能够溶解污泥中一部分固体有机物，能够一定程度上减少干污泥量。 （3）热水解能够将大分子物质水解为易生物降解的小分子物质，处理后的水解液中含有丰富的C1～C5的挥发性脂肪酸，提高污泥的厌氧消化性能，缩短厌氧消化的停留时间，增加生物气产量。

（4）热水解杀灭污泥中的病菌等有害微生物，初步实现污泥的无害化。

3、优劣分析

污泥热水解具有很多优点，首先提高了污泥的脱水性; 由于高温灭菌抑制了消化器中泡沫的形成; 提高了生物气产量，并且污泥热水解后消化液可以作为反硝化碳源，发酵产氢等资源化利用。

当然污泥热水解也存在一些缺点，首先产生的气体气味难闻，水解液浓度高，燃烧时会产生有害物质，处理费用较高，运行管理复杂。但是随着技术的发展和研究的深入，污泥热水解所面临的难题会逐步解决，优势会越来越明显，污泥热水解开发潜力巨大。

传统热处理的缺陷如处理温度较高，一般在200℃～250℃，造成能耗较大，臭气排放问题，高浓度的水解液处理困难，腐蚀性及运行中易堵塞等导致热处理逐渐被淘汰，而热水解克服了传统热处理的缺点而得到广泛应用，热水解与传统热处理的对表见表2-2。

表2-2 热水解与传统热处理的对比

传统热处理存在的问题

需在高压条件下用泵输送污泥 热交换器易堵塞 机械零件易受腐蚀 含难降解的高COD的上清液 处理困难

设备损耗严重，尤其是阀门 能耗高 臭气问题

4、应用案例

目前，世界上已有20多个大小规模的使用热水解的工程实例，且现在都运行良好，说明热水解技术已是一项成熟的工艺技术。热水解的工程实例主要分为三类：在污泥处理厂新建工程中的应用；在污泥升级改造工程中的应用；在大型工程中的应用。

（1）热水解在污泥处理厂新建工程中的应用

热水解应用的第一个工程实例是丹麦Fredericia污水处理厂新建的工程，从1995建成运行到现在已成功运行15年以上，目前仍能正常运行，事实证明热水解工艺是一种成熟、稳定的工艺。此工程处理规模为2650吨DS/年，由于污泥量的增加，2005年处理规模增加到3600吨DS/年，污泥的处理流程图如图3，1997年到2000年污泥处理系统的数据见表2-3。

两步降压实现设备损耗降到最低

回用蒸汽预热污泥，实现回收余热，降低能耗 封闭无臭气问题

热水解的优势

利用压力差输送污泥，不需要泵 蒸汽直接加热，解决热交换器的易堵塞

很少的可活动部件，用高质量的材质，无腐蚀问题 水解后的污泥直接厌氧消化，无上清液处理问题

热水解+厌氧消化段污泥处理系统2000年的运行数据见图2-12。污泥中TS的去除率仍可到达40%以上，产气量约为10m3/年，甲烷占70%以上，厌氧消化后的污泥经脱水后含固率达35%以上。

混合污泥 残渣用做覆盖土图或其他土地利用 水处理设施

图2-11污泥处理流程图

表2-3 热水解+厌氧消化新建处理系统稳定运行4年的数据

指标

处理量（吨DS/年） DS降解率（%） 产气量（m3） 沼气的百分比（%）

1997 2711 44 9.41×10 70

5

6

新建 污泥浓缩 污泥脱水 热水解处厌氧消化 沼气发电 污泥脱水 上清液回到污1998 2709 41 1.01×10 73

6

1999 2781 40 1.01×10 72

6

2000 2942 40 1.08×10 72

6

图2-12 热水解+厌氧消化段污泥处理系统2000年的运行数据

（2） 热水解在污泥处理厂改造中的应用

热水解设计简单、应用灵活，不仅可以用于新建的污泥处理厂，还可以用于原有污泥处理厂的升级改造，目前用于升级改造并成功运行的工程实例很多。而Fredericia污水处理