熱水解厭氧消化是近年來國內外汙泥處理技術新的應用方向。國外美國華盛頓特區Blue Plains汙水處理廠、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、清河第二汙泥處理中心項目，均采用熱水解厭氧消化技術。其中，華盛頓特區Blue Plains汙水處理廠和北京的小紅門、高碑店汙泥處理中心項目為現況汙泥區域升級改造。本文以國內最早運行的熱水解厭氧消化小紅門汙泥處理中心項目（以下簡稱小紅門項目）為例，通過比對改造前後的消化係統運行情況，分析總結熱水解厭氧消化與常規厭氧消化的區別與特點。

小紅門汙泥熱水解厭氧消化項目位於小紅門汙水處理廠廠區東北部，汙水處理廠建設規模為60萬m³/d（Kz=1.3），峰值流量為78萬m³/d。汙泥處理係統包括5座卵形消化池、3座沼氣櫃、2套幹式脫硫塔、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。

小紅門項目於2008年11月12日首次啟動，產生的沼氣用於驅動水區的鼓風機和冬季供暖，多餘的沼氣通過廢氣燃燒器燒掉。2015年9月，該係統停止運轉，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，改造完成後，消化係統（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，隨著熱水解係統開始調試，常規厭氧消化調整為熱水解厭氧消化。2017年3月9日，係統開始承接外來汙泥的處理。

表1為2012年（改造前為常規厭氧消化的代表）和2017年（改造後為熱水解厭氧消化的代表）汙水處理廠進水水質、水量及消化係統情況說明。

常規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，全部為水區的初沉汙泥，平均2 258 m³/d；2017年消化池進泥為經熱水解預處理後的混合汙泥，平均1 429 m³/d，進入熱水解預處理的汙泥情況比較複雜，包括本廠汙泥和外接汙泥兩部分。3月9日前，隻處理本廠汙泥，即初沉汙泥和濃縮後的剩餘汙泥經預脫水而成的混合汙泥。3月9日後，熱水解係統既處理本廠汙泥也處理外接汙泥。外接汙泥主要為吳家村、盧溝橋、五裏坨、肖家河等汙水處理廠的脫水泥餅，平均200 t/d（含水率83%)。對於熱水解厭氧消化係統而言，需考慮外接汙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汙泥，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汙泥，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，隨著外接汙泥量、來源等發生變化，混合汙泥中的有機分等波動較明顯。3月9日前，汙泥來源單一，有機分平均為67%；承擔外接汙泥處理後，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 進泥中的揮發性脂肪酸（VFA）和堿度（ALK）

改造前後進泥中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；改造後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閥排泥，原有輔助泵係統拆除。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餘熱，不夠的情況下由鍋爐房的熱水作為熱源補充。2017年升級改造後，由於熱水解預處理後出泥溫度較高，消化池利用原有換熱器進行降溫換熱，降溫冷源為汙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，並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汙泥的泥質、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，改造前後消化池內酸堿比變化見圖3。2012年消化汙泥酸堿比平均值為0.025；2017年消化汙泥酸堿比平均值為0.128。酸堿比增加的原因是熱水解厭氧消化池進泥中VFA較常規厭氧消化進泥的VFA有明顯的增加。

3.1.2 氨氮與遊離氨

選取曆史同期1～3月數據，進行消化汙泥中氨氮含量對比(見圖4)。2012年消化池汙泥中氨氮含量在214～709 mg/L，平均值為503 mg/L；2017年消化池汙泥中氨氮含量在1 360～2 140 mg/L，平均值為1 808 mg/L。熱水解厭氧消化較常規厭氧消化，汙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，將汙泥中的氨氮含量換算成遊離氨的濃度。計算發現，2017年氨氮平均值為1 808 mg/L，折算成遊離氨的濃度為51 mg/L，遠低於文獻中145~600 mg/L的數值。這說明改造後的熱水解厭氧消化工藝，遊離氨在正常範圍內。該消化係統沒有氨抑製作用。

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範圍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汙泥，初沉汙泥本身容易分解產氣。而2017年改造後，消化池進泥中除初沉汙泥外，還增加剩餘汙泥，還有來自吳家村、盧溝橋等汙水處理廠的初沉和剩餘汙泥等，在進泥有機分（2017年進泥有機分平均為56%）較曆史同期（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 噸幹泥產氣量

消化池噸幹泥產氣量變化見圖7。2012年消化池噸幹泥產氣量為187 m³/tDS；2017年消化池噸幹泥產氣量為341 m³/tDS，增幅82%。將2017年的噸幹泥產氣量折算成含水率為80%的原汙泥，產氣量為68.2 m³/tDS，遠高於國內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厭氧消化處理汙泥的類型途徑更廣泛，增加了剩餘汙泥的處理；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，要明顯優於常規厭氧消化。

但是，熱水解厭氧消化由於工藝特點，還有一些重要的附屬係統如熱水解的工藝氣、消化後脫水濾液等均需引起重視。