熱水解厭氧消化是近年來國內外污泥處理技術新的應用方向。國外美國華盛頓特區(qū)Blue Plains污水處理廠、英國泰晤士水務Davyhulme項目，國內北京的小紅門、高碑店、槐房、高安屯、清河第二污泥處理中心項目，均采用熱水解厭氧消化技術。其中，華盛頓特區(qū)Blue Plains污水處理廠和北京的小紅門、高碑店污泥處理中心項目為現況污泥區(qū)域升級改造。本文以國內最早運行的熱水解厭氧消化小紅門污泥處理中心項目（以下簡稱小紅門項目）為例，通過比對改造前后的消化系統(tǒng)運行情況，分析總結熱水解厭氧消化與常規(guī)厭氧消化的區(qū)別與特點。

小紅門污泥熱水解厭氧消化項目位于小紅門污水處理廠廠區(qū)東北部，污水處理廠建設規(guī)模為60萬m³/d（Kz=1.3），峰值流量為78萬m³/d。污泥處理系統(tǒng)包括5座卵形消化池、3座沼氣柜、2套干式脫硫塔、1座濕式脫硫設備間、1座沼氣鍋爐房、2套廢氣燃燒器等。其中5座消化池均為一級消化池，采用卵型池型，單座池容為12 000 m³。

小紅門項目于2008年11月12日首次啟動，產生的沼氣用于驅動水區(qū)的鼓風機和冬季供暖，多余的沼氣通過廢氣燃燒器燒掉。2015年9月，該系統(tǒng)停止運轉，開始實施熱水解厭氧消化工程的升級改造。改造內容為增加熱水解預處理裝置，熱水解采用Cambi技術，消化池仍采用原有消化池。2016年4月，改造完成后，消化系統(tǒng)（消化池運行組數減少為4座消化池）重新啟動。2016年7月18日，隨著熱水解系統(tǒng)開始調試，常規(guī)厭氧消化調整為熱水解厭氧消化。2017年3月9日，系統(tǒng)開始承接外來污泥的處理。

表1為2012年（改造前為常規(guī)厭氧消化的代表）和2017年（改造后為熱水解厭氧消化的代表）污水處理廠進水水質、水量及消化系統(tǒng)情況說明。

常規(guī)厭氧消化的基本操作有進泥、排泥、換熱和攪拌等，熱水解厭氧消化的不同之處是換熱方式由升溫調整為降溫。尤其是夏季，要密切關注消化池的換熱情況。

2.1.1 來源

2012年消化池的進泥比較單一，全部為水區(qū)的初沉污泥，平均2 258 m³/d；2017年消化池進泥為經熱水解預處理后的混合污泥，平均1 429 m³/d，進入熱水解預處理的污泥情況比較復雜，包括本廠污泥和外接污泥兩部分。3月9日前，只處理本廠污泥，即初沉污泥和濃縮后的剩余污泥經預脫水而成的混合污泥。3月9日后，熱水解系統(tǒng)既處理本廠污泥也處理外接污泥。外接污泥主要為吳家村、盧溝橋、五里坨、肖家河等污水處理廠的脫水泥餅，平均200 t/d（含水率83%)。對于熱水解厭氧消化系統(tǒng)而言，需考慮外接污泥成分對消化池的影響。

2.1.2 進泥有機分與含水率

2012年消化池進泥主要為初沉污泥，進泥有機分平均值為63%，進泥含水率平均值為96%；2017年消化池進泥為混合污泥，進泥有機分平均值為56%，進泥含水率平均值為92%。

從圖1可看出，隨著外接污泥量、來源等發(fā)生變化，混合污泥中的有機分等波動較明顯。3月9日前，污泥來源單一，有機分平均為67%；承擔外接污泥處理后，整體消化池進泥有機分降低。但是，消化池進泥含固量明顯增加，2017年較2012年進泥含固量提高2倍。

2.1.3 進泥中的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和堿度（ALK）

改造前后進泥中VFA和ALK的變化見圖2。2012年消化池進泥中VFA平均值為513 mg/L，ALK平均值為2 107 mg/L；改造后2017年，消化池進泥中VFA平均值為915 mg/L，ALK平均值為1 881 mg/L，與2012年比較，VFA增加78%， ALK降低11%。

2012年消化池排泥采用頂部溢流排泥+泵輔助排泥。2017年消化池采用頂部溢流排泥或底部電動調節(jié)閥排泥，原有輔助泵系統(tǒng)拆除。從運行效果看，采用頂部溢流排泥方式，排泥比較順暢，運行一年多的時間，沒有出現溢流排泥堵塞現象。

2012年消化池運行需加熱，加熱熱源來自沼氣拖動鼓風機的余熱，不夠的情況下由鍋爐房的熱水作為熱源補充。2017年升級改造后，由于熱水解預處理后出泥溫度較高，消化池利用原有換熱器進行降溫換熱，降溫冷源為污水處理廠二沉池出水。

2012年消化池采用壓縮機進行攪拌。2017年，拆除原有壓縮機，并進行壓縮機進出氣管的改造，更新替換為大功率壓縮機。沼氣攪拌方式不變，攪拌氣量由1.67 m³/(min·m³池容)升至3.4 m³/(min·m³池容）。

消化效果一般從消化污泥的泥質、有機物分解率、產氣能力等指標進行衡量。

3.1.1 酸堿比

酸堿比為VFA和ALK的比值，改造前后消化池內酸堿比變化見圖3。2012年消化污泥酸堿比平均值為0.025；2017年消化污泥酸堿比平均值為0.128。酸堿比增加的原因是熱水解厭氧消化池進泥中VFA較常規(guī)厭氧消化進泥的VFA有明顯的增加。

3.1.2 氨氮與游離氨

選取歷史同期1～3月數據，進行消化污泥中氨氮含量對比(見圖4)。2012年消化池污泥中氨氮含量在214～709 mg/L，平均值為503 mg/L；2017年消化池污泥中氨氮含量在1 360～2 140 mg/L，平均值為1 808 mg/L。熱水解厭氧消化較常規(guī)厭氧消化，污泥中氨氮含量有明顯增加。

2017年1～3月數據，消化池運行溫度39 ℃，pH 7.3，通過計算公式，將污泥中的氨氮含量換算成游離氨的濃度。計算發(fā)現，2017年氨氮平均值為1 808 mg/L，折算成游離氨的濃度為51 mg/L，遠低于文獻中145~600 mg/L的數值。這說明改造后的熱水解厭氧消化工藝，游離氨在正常范圍內。該消化系統(tǒng)沒有氨抑制作用。

3.2.1 消化池有機負荷

2012年消化池有機負荷平均為0.91 kgVS/m³，2017年消化池有機負荷平均為1.14 kgVS/m³。從圖5可看出， 2017年消化池有機負荷較2012年有所提升。與國內同類項目有機負荷范圍1～1.9 kgVS/m³相比基本一致。可以考慮進一步提升有機負荷。

3.2.2 有機物分解率

2012年消化池有機物分解率在19.8%~59.8%。2017年為30.7%~60.0%，平均42%。從圖6看，熱水解厭氧消化的有機物分解率似乎沒有明顯的提升。分析原因，主要是2012年，消化池單一處理初沉污泥，初沉污泥本身容易分解產氣。而2017年改造后，消化池進泥中除初沉污泥外，還增加剩余污泥，還有來自吳家村、盧溝橋等污水處理廠的初沉和剩余污泥等，在進泥有機分（2017年進泥有機分平均為56%）較歷史同期（2012年進泥有機分平均為63%）低的情況看，有機物分解率實際上依舊維持在較高的水平。

3.3.1 噸干泥產氣量

消化池噸干泥產氣量變化見圖7。2012年消化池噸干泥產氣量為187 m³/tDS；2017年消化池噸干泥產氣量為341 m³/tDS，增幅82%。將2017年的噸干泥產氣量折算成含水率為80%的原污泥，產氣量為68.2 m³/tDS，遠高于國內40～50 m³/tDS消化項目。

3.3.2 分解單位公斤有機物產氣量

2012年消化池分解單位公斤有機物產氣量為0.78 m³/kgVS；2017年消化池分解單位公斤有機物產氣量為1.32 m³/kgVS。從圖8可以看出，從分解單位公斤有機物產氣量看，熱水解厭氧消化優(yōu)勢明顯。

沼氣中主要成分是甲烷和二氧化碳。對比2012和2017年沼氣成分發(fā)現（見圖9），2017年的沼氣中甲烷含量較2012年有下降，但甲烷含量基本在45%～70%。分析差異，主要還是進泥來源變化所導致。

分析小紅門2012年和2017年的運行數據，可作為兩種消化方式常規(guī)厭氧消化和熱水解厭氧消化的典型數據進行對比。

熱水解厭氧消化與常規(guī)厭氧消化相比，消化池的基本操作沒有大的調整；熱水解厭氧消化較常規(guī)厭氧消化處理污泥的類型途徑更廣泛，增加了剩余污泥的處理；熱水解厭氧消化在進泥有機分較低的情況，通過熱水解和厭氧消化耦合，提高消化池進泥的VFA，提升單位公斤有機物產氣量，進而提升總產氣量，要明顯優(yōu)于常規(guī)厭氧消化。

但是，熱水解厭氧消化由于工藝特點，還有一些重要的附屬系統(tǒng)如熱水解的工藝氣、消化后脫水濾液等均需引起重視。