热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能分析

热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能分析

杨肇博

中冶焦耐（大连）工程技术有限公司 邮编116086

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，我国的城市污染现象也愈发严重，其中城市污泥是城市污染的主要来源之一，因此对污泥进行有效处理对保护城市环境方面具有重要意义。基于此，本文从污泥的厌氧消化性能及相关处理技术概述出发，通过对当前我国城市污泥厌氧消化存在的问题进行分析，并指出热水解预处理对污泥的厌氧消化性能的具体影响。以期为我国城市污泥治理工作的开展提供参考和帮助。

关键词：热水解；污泥；厌氧消化性能

前言：对污泥进行热水解处理来提升其厌氧消化性能，是我国城市环境保护相关部门进行沼气回收、消灭病毒细菌并实现环境治理工作有效开展的重要手段，经过相关工作人员的反复试验证明了热水解技术可以有效对污泥内部细胞进行破坏，并有效提升污泥的水解效率。因此，本文旨在通过对热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能分析来为环境保护工作以及能源再生工作的开展提供借鉴意义。

一、污泥的厌氧消化性能

污泥的厌氧消耗具体指的是污泥在无氧条件下，污泥内部的厌氧菌发挥新陈代谢作用，将相关有机物质进行分解的过程，分解后会形成二氧化碳、甲烷和水等物质，从而使污泥的状态得到稳定，而在这一过程中，也可以对污泥中的各种有害物质进行消灭，例如虫卵、病毒以及其他细菌等，具体死亡原因也是在无氧条件下，大部分的病菌和有害物质无法存活，同时经过这种厌氧消化过程可以对污泥进行无害化处理。污泥的厌氧消化是一个较为复杂且环节较多的过程，在目前公认的厌氧消化过程一般需要经历三个阶段，首先是水解阶段，这一阶段也是污泥进行厌氧消化的最初阶段，在这一阶段中，污泥中所包含的不溶于水的高分子有机物，例如碳水化合物、蛋白质、脂肪以及各种纤维素等，在微生物的作用下会水解成溶解性物质，并且在水解后，这些溶解性物质会在厌氧菌以及兼性细菌的作用下进行二次转化，转化为例如乙酸、丙酸等脂肪酸，同时也会存在乙醇和二氧化碳的排出。其次是产出酸性物质的阶段，相关有机物在经历转化过程后，溶解性物质会进一步被细胞吸收，从而在细胞内部进行第二次分解，从而产出以挥发性脂肪酸为主的有机酸，同时也包括二氧化碳、氨气以及氢气等物质的产出。最后是甲烷化阶段，在产出甲烷的过程中，以产出酸性物质阶段所产出的挥发性脂肪酸、二氧化碳、氨气以及氢气作为甲烷化过程中的基本物质，经过一系列化学反应会产生甲烷气体。

而污泥的厌氧消化过程根据温度划分也可分为中温厌氧消耗和高温厌氧消耗，中温厌氧消耗的温度大约在30摄氏度到36摄氏度之间，而高温厌氧消耗的温度大约在50摄氏度到55摄氏度之间，经过现有的实验研究可以得出，在污泥的厌氧消化过程中，温度发生3摄氏度左右的变化时，会对污泥厌氧消化的速率产生下降影响，而当温度发生5摄氏度左右的变化时，则会导致污泥的厌氧消化的产气过程终止，从而导致内部的有机酸等物质大量沉积，从而对厌氧消耗过程产生不利影响。

二、污泥的厌氧消化相关处理技术

在当前的污泥厌氧消化过程的相关处理技术主要包括冷处理、高压喷射处理、超声波处理以及热水解处理等技术。

第一，污泥厌氧消化的冷处理技术具体指的是将污泥用极短的时间进行降温，将污泥的温度迅速降到凝固点，然后在进行常温状态下的溶解过程，在这一过程中，污泥内部的细胞会经过冷凝和融化两个阶段，在这一阶段下污泥内部的微生物细胞结构会遭到破坏，从而在融化过程中会产生大量的有机物质，从而使污泥内部物质的沉降性获得提升，通过现有的研究分析发现，经过冷处理技术后的污泥内部所产出的碳水化合物以及蛋白质等物质的数量极高，并且会显著提升沼气产量[1]。

第二，污泥厌氧消化的高压喷射技术具体是将污泥用相关设备对固定的物体进行加压喷射，在物理反应的作用下，污泥本身会受到强大的压力和撞击力，从而对污泥内部的细胞进行破坏，以此来排出细胞内的有机物质，从而提升污泥的溶解性有机物质的产出量，对提升污泥厌氧消化质量方面发挥着较为显著的作用。如图1。

图1 污泥厌氧消化的高压喷射技术原理

第三，污泥厌氧消化的超声波处理技术是指采用超声波相关设备对污泥进行处理，在超声波的作用下，污泥内部溶解性较低的物质会发生受热发生分解，从而使污泥内部的细胞结构发生变化，从而产出有机物质。当前超声波处理技术相对较为成熟，并且具备污染程度低、效率快等优势，但也由于其使用成本消耗较高，因此当前没有得到大范围的广泛应用。

第四，污泥厌氧消化的热水解处理技术顾名思义就是将污泥进行加热，从而使污泥中的有机物质发生水解的过程，主要作用是破坏污泥内部胶体结构，以此来提升污泥厌氧消化质量，在进行污泥热水解处理的过程中，对温度和压力有着独特的要求，一般温度要保持在150摄氏度以上，压力要在600千帕到2500千帕之间。如图2。

图2 污泥厌氧消化的热水解处理流程图

三、热水解预处理对污泥的厌氧消化性能的具体影响

在当前我国污泥厌氧消化过程中，发生反应的环境一般是厌氧消化反应器以及消化池等，污泥本质上在内部包含了很多完整的细胞和有机物质，微生物细胞物质内部的有机物质由于受到了细胞壁的影响，在污泥厌氧消化过程中很难得到释放，并且不利于分解过程的进行，同时相关碳水化合物以及蛋白质等物质在污泥内部的反映周期较长，因此污泥在厌氧消化过程中的水解效率较低，从而出现消化成本高、相关有机物质的产量较低等问题。

热水解预处理可以提升污泥的厌氧消化效率，可以有效地将污泥中难以降解的高分子有机物质转化为易溶解的低分子有机物质，以此来对污泥的厌氧消化性能进行改善。在热水解预处理的过程中，随着温度的逐渐提升，污泥内部高分子有机物质的溶解速度也随着提升，二者在热水解预处理过程中呈现出正相关的关系，但随着温度的上升，污泥中也会产生难以降解的其他物质，而这种物质的产生会在一定程度上不利于污泥的厌氧消化。

由此我们可以看出，在进行热水解预处理的过程中，在促进污泥厌氧消化效率的同时也会由于温度的变化对污泥的厌氧消化过程产生不利影响，通过相关研究我们发现，在热水解的温度达到170摄氏度、时间在30分钟时，可以发挥出热水解预处理的最佳效果[2]。如图3：

图3 热水解过程中污泥消化的溶解性还原物质变化

由此可见，热水解预处理的运用，可通过影响溶解性还原物质的方式，起到影响污泥性能的作用。

结论：综上所述，热水解预处理会对污泥的厌氧消化性能起到改善作用。经过本文分析可得，在进行污泥的热水解预处理过程中，当温度达到170摄氏度、时间在三十分钟时会充分发挥出热水解预处理对污泥厌氧消化性能的改善作用。

参考文献：

[1]李伟,杨黎俊,王佳伟,等.微电压强化热水解污泥厌氧消化产甲烷速率研究[J].给水排水,2021,57(12):30-34+53.

[2]李慧莉,裴媛玫,李姗,等.热水解污泥厌氧消化过程中肠球菌抗生素抗性基因与毒力基因的转归[J].环境科学,2019,40(07):3270-3275.