基于热水解的高效污泥厌氧消化技术研究进展

专题www.biobusiness.com.cn生物产业技术2019.02（3月）5958www.biobusiness.com.cn生物产业技术2019.02（3月）文湘华，清华大学环境学院教授，博士生导师。主要研究方向为水污染理论及控制技术和环境生物技术。近年来承担了国家“863”重点项目、国家自然科学基金等国家级课题多项，主编或合作编著专著或教材5本，发表论文200余篇，其中SCI论文90余篇，获得授权发明专利21项。曾获国家科技进步奖二等奖3次，中国科学院自然科学奖一等奖，美国ISI经典引文奖，国家教育部自然科学奖一等奖，北京市科技进步一等奖、三等奖，中国图书奖等奖励。E-mail：xhwen@tsinghua.edu.cn基于热水解的高效污泥厌氧消化技术研究进展孙晨翔1，李伟2，陈湛1，秦文韬1，王佳伟2，文湘华11.清华大学环境学院，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京1000842.北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心，北京市污水资源化工程技术研究中心，北京100124摘要：污水处理厂产生的大量剩余污泥，是目前困扰市政工程的主要问题之一，对其进行减量化、稳定化、无害化和资源化是污泥处理处置的核心任务。厌氧消化技术是目前最广泛使用的污泥处理工艺之一，但厌氧消化技术受到污泥低水解速率的制约。基于热水解的高效污泥厌氧消化技术不仅打破传统厌氧消化的水解限速，还在改善污泥流变特性和化学特性、提高污泥厌氧消化效率和新兴污染物的去除等方面有着明显的优势。综述了热水解预处理对污泥特性和对系统中新兴污染物去除特性的影响，总结了目前的研究成果并展望了发展前景，指出工艺运行条件的进一步优化和经济可行性的系统评价是其推广使用的重要支撑。关键词：热水解；厌氧消化；污泥特性；抗生素；抗生素抗性基因DOI:10.3969/j.issn.1674-0319.2019.02.007第一作者：孙晨翔，博士研究生。主要从事污水处理厂中微生物群落结构及抗生素抗性基因归趋研究。E-mail:scx17@mails.tsinghua.edu.cn基金项目：“十三五”水专项课题(2017ZX07403002)随着我国城镇化进程的加快，全国污水处理总量和处理能力日渐提升。然而，同时产生的污泥量也与日俱增，污泥的处理与处置将消耗大量的人力、物力和财力。有统计显示，污泥的处理费用约占污水处理厂运营成本的25%～65%[1-2]。此外，污泥中携带着各种污染物，如有机物、重金属以及近年来受到广泛关注的一大类新兴污染物等，若得不到有效的处置，将会对环境造成严重的二次污染。因此，如何安全、高效、低成本地处理和处置这些污泥受到广泛关注，也是必须解决的问题。厌氧消化技术作为一种较成熟的污泥处理工艺，在实现污泥减量化、稳定化、无害化的同时，可极大地提高污泥资源化效率。污泥厌氧消化包括水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段[3-5]，其中，污专题基于热水解的高效污泥厌氧消化技术研究进展www.biobusiness.com.cn生物产业技术2019.02（3月）5958www.biobusiness.com.cn生物产业技术2019.02（3月）泥絮体和细胞内的大分子有机物的水解过程是污泥厌氧消化的限速步骤，制约传统污泥厌氧消化的性能和能力[6]。污泥的预处理技术可以促使污泥絮体解体和细胞破壁，从而释放大量可溶性有机物，提高污泥的生物可降解性及厌氧产气能力[7]。在众多预处理手段中，热水解预处理技术不仅能打破常规厌氧消化的水解限速，提高污泥的水解效率和有机物降解率，增加沼气产量[8]，大量去除污泥中的抗生素及抗生素抗性基因（antibioticresistancegenes,ARGs）[9-12]，缩短厌氧消化的停留时间，提高消化池处理能力，而且可使消化后的污泥易于脱水，减小污泥体积，节省占地面积和土建工程投资。与传统的厌氧消化工艺相比，热水解厌氧消化技术强化了污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化的处理目标，符合我国节约能源和清洁能源使用的发展战略[13]，也可以进一步促进污泥厌氧消化工艺的应用与发展。以下将综述热水解预处理对污泥特性和对系统中新兴污染物去除的影响，总结目前的研究成果，并展望其发展前景。1污泥热水解工艺的发展最初工程应用的热水解工艺主要集中出现于20世纪60年代，分别为Porteous工艺和Zimpro工艺，热水解温度在200～250℃。首批Porteous热水解设施在英国的Halifax和Horsham建成。该设施将污泥加热至185℃并持续30min，通过柱塞泵将污泥注入反应釜内，随后通过热水和蒸汽将其加热至200℃并持续反应30min，最后污泥进入沉淀池进行重力分离。首个Zimpro热水解项目开展于英国Hockford，此工艺主要的原理是将污泥在25