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【重慶水處理設(shè)備網(wǎng)http://xqccscq.com/】水熱碳化（HTC一種有前途的污泥減量化和相關(guān)產(chǎn)品增值技術(shù)。然而HTC工藝會發(fā)生大量工藝水，許多研究集中在HTC工藝水（通常也被稱為HTC液）特性上，而對其利用和價(jià)值化的研究很少。據(jù)該文作者所知，目前為止，還沒有系統(tǒng)地綜述用AD法從污泥中提取HTC工藝水的研究進(jìn)展，本文對HTC工藝水厭氧消化的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入的探討，強(qiáng)調(diào)了HTC和AD操作參數(shù)的重要性，以及它各自的優(yōu)缺點(diǎn)可能的限制。此外，還對HTC今后的研究方向進(jìn)行了展望。

HTC工藝水的表征

HTC工藝水含有高濃度的有機(jī)物，如總有機(jī)碳（TOC化學(xué)需氧量（COD和生物需氧量（BOD5濃度，以及相對豐富的土壤養(yǎng)分（NPK下表分別總結(jié)了文獻(xiàn)關(guān)于污泥和生物質(zhì)HTC工藝水的主要發(fā)現(xiàn)。

一般而言，HTC工藝水的化學(xué)成分受原料性質(zhì)、HTC反應(yīng)器的原料負(fù)荷和HTC工藝條件的顯著影響。原料負(fù)荷方面，脫水/干燥系統(tǒng)可顯著提高原料中的總固體含量。HTC工藝條件顯著影響HTC工藝水中的碳含量。

從污泥中提取的HTC工藝水的特點(diǎn)是其營養(yǎng)成分含量高于其他生物質(zhì)的HTC工藝水。有研究報(bào)道，隨著HTC溫度的升高，總可溶性磷和氮濃度升高，而活性磷濃度則下降，這可能是由于沉淀反應(yīng)所致。HTC過程中，磷傾向于以固相形式沉淀，這種趨勢取決于碳化溫度。

由于存在VFA HTC工藝用水通常具有輕微的酸性pH然而，pH值主要取決于處置后的原料和HTC工作溫度。通常，來自初級和廢活性污泥的HTC工藝水的pH值低于6處置污泥時(shí)，HTC處置溫度和處置時(shí)間越高，處置水中pH值越低。

HTC工藝水厭氧消化的價(jià)值及其挑戰(zhàn)

HTC工藝水有機(jī)物含量高（10-64gCOD/L允許通過厭氧消化過程實(shí)現(xiàn)價(jià)值化。對于農(nóng)業(yè)剩余物，一些生物資料進(jìn)行HTC處置然后發(fā)生HTC工藝水，這些水被用于能源增值。研究結(jié)果標(biāo)明HTC工藝水具有良好的生物降解性。

A D一個(gè)復(fù)雜的微生物系統(tǒng)將有機(jī)化合物在沒有氧氣的情況下轉(zhuǎn)化成沼氣的一種生物轉(zhuǎn)化過程，沼氣主要由甲烷和二氧化碳組成。這個(gè)過程中無機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化也可發(fā)生，例如，硫酸鹽可轉(zhuǎn)化為硫。AD表示取決于復(fù)雜微生物群落的協(xié)調(diào)活動(dòng)。重慶GMP純化水設(shè)備，AD基質(zhì)轉(zhuǎn)化主要由4個(gè)連續(xù)階段組成：

根據(jù)Metcal和Eddy研究，AD工藝受進(jìn)料pH值、堿度、溫度和有機(jī)酸含量的影響很大。HTC工藝水中的乳酸、乙酸和甘油可能對發(fā)酵過程發(fā)生負(fù)面影響。此外，當(dāng)HTC工藝水通過AD處置時(shí)，還需要確定重金屬、農(nóng)藥、VFA 氨、美拉德化合物和有毒烴的含量。

1AD抑制劑

pH值：pH值是控制AD過程的基礎(chǔ)，因?yàn)樗苯佑绊懙矫傅幕钚?。一般來說，當(dāng)pH值堅(jiān)持中性時(shí)，AD穩(wěn)定的pH值在5.5~8.0由于來自污泥的HTC工藝水的呈輕微酸性，AD廢水進(jìn)行稀釋循環(huán)利用已成功應(yīng)用，提供了最佳的緩沖和循環(huán)養(yǎng)分。

VFA 和堿度：HTC工藝用水的初始VFA 濃度較高（2.0–6.0g/L且隨著HTC反應(yīng)溫度和時(shí)間的降低/減少而增加。HTC工藝水中的總VFA 濃度越高，將該液體注入AD后獲得的甲烷產(chǎn)量越高。通常，AD穩(wěn)定性指標(biāo)用總VFA 與總堿度的比值（TVFA /TA 比值）來表示，TVFA /TA 比值可以解釋為酸緩沖比。穩(wěn)定的沼氣廠中，其值應(yīng)保持在0.4以下，以防止過度酸化。

游離氯：AD過程中的游離氨在低濃度下作為細(xì)菌生長的基質(zhì)，有助于系統(tǒng)的緩沖能力，而高濃度（15-30mgNH3-N/L時(shí)導(dǎo)致高pH值，并作為且會抑制厭氧微生物活動(dòng)。FA 與其離子形式（NH4+-N處于化學(xué)平衡狀態(tài)，其濃度可根據(jù)pH值、溫度和總銨態(tài)氮計(jì)算。堿性pH和高溫有利于FA 形成。蛋白質(zhì)含量較高的消化液中過量的FA 會抑制AD

大量營養(yǎng)元素：與其他生物過程類似，最佳的微生物活性和AD效果需要堅(jiān)持一定的大量和微量營養(yǎng)元素。HTC工藝水中，磷的溶解比例隨溫度的升高而降低，因此在高于220℃的溫度下由于磷沉淀可能會出現(xiàn)大量營養(yǎng)素缺乏的情況。由于HTC工藝水缺乏大量營養(yǎng)素，特別是磷和硫，而不是氮，運(yùn)行數(shù)周后AD效率下降。相反，接下來的研究中，Wirth等人表明，AD過程中HTC藝水的NS和P充分的

重金屬：與其他化合物不同，重金屬是不可生物降解的并隨著時(shí)間的積累而積累，直到達(dá)到毒性濃度。重金屬毒性與大量酶的失活有關(guān)。

有毒有機(jī)化合物：HTC工藝水可能含有有毒的有機(jī)化合物。苯酚是一種廢水污染物，低濃度就有水生生物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并且可能影響飲用水的味道和發(fā)生氣味問題；重要的由于其毒性，苯酚在AD過程中比較頑固?？梢酝茰y，HTC工藝用水在接種微生物后可以進(jìn)行厭氧處理。AD過程的其他直接抑制劑是抗生素和殺蟲劑，存在于工業(yè)廢水和制藥廢水以及鄉(xiāng)村污泥中。

2AD接種物

要使AD穩(wěn)定，需要足夠的養(yǎng)分，VFA 濃度的堿度含量函數(shù)和發(fā)育良好的能夠生物降解酚類和其他有機(jī)微污染物的微生物群落。馴化后的微生物群落能夠提高HTC工藝水對抑制性化合物的耐受性。

3AD反應(yīng)器

研究工作中使用的不同反應(yīng)器類型，主要是HTC工藝水的AD反應(yīng)器。主要采用兩種AD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)：連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器（CSP和厭氧濾池（AF整個(gè)試驗(yàn)期間，當(dāng)處置來自玉米青貯的HTC工藝用水時(shí)，AF更加穩(wěn)定，因?yàn)橛醒芯勘砻?span>AF中消化液的VFA 水平顯著降低和穩(wěn)定的pH值。而AF產(chǎn)氣量穩(wěn)定性稍低，這可能是因?yàn)楣潭ɑ奈⑸锖臀勰嘟M成。AF已勝利應(yīng)用于處理HTC工藝用水和污泥中的HTC冷凝水?？紤]到現(xiàn)有文獻(xiàn)的缺乏，目前還無法說明哪個(gè)是最佳的AD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和相關(guān)的操作條件。

4AD溫度

溫度影響生物過程的動(dòng)力學(xué)。從生化的角度來看，人們普遍認(rèn)為溫度會影響反應(yīng)速率，溫度的嚴(yán)重動(dòng)搖會抑制微生物活性，也會影響微生物產(chǎn)量和飽和濃度，以及反應(yīng)自由能引起的反應(yīng)途徑和病原體活性。溫度還直接影響組分的物理和化學(xué)性質(zhì)，如氣體溶解度、熱膨脹產(chǎn)生的體積氣體量、氣體轉(zhuǎn)移速率、水蒸氣比例、酸堿常數(shù)和液體粘度。研究標(biāo)明消化溫度的升高會對處置效果發(fā)生負(fù)面影響?？傮w而言，中溫條件應(yīng)用最多。

5AD有機(jī)負(fù)荷率

OLRAD過程的一個(gè)關(guān)鍵操作參數(shù)：超載可導(dǎo)致VFA 積聚，從而抑制產(chǎn)甲烷過程。OLR也是所選技術(shù)的功能參數(shù)：高速厭氧消化器，如AF其OLR可達(dá)20gCOD/Ld而其他反應(yīng)器，如CSPOLR可達(dá)10gCOD/Ld

能源評估

有研究將HTC應(yīng)用于污泥，以評估集成AD-HTC系統(tǒng)的生物能源生產(chǎn)。通過對文獻(xiàn)分析，可以推斷出較低的HTC溫度和較短的處置時(shí)間會促進(jìn)HTC工藝水產(chǎn)生沼氣，而較高的HTC溫度和較長的處置時(shí)間會促進(jìn)污泥碳化，增加污泥的熱值和脫水性。

為了將HTC工藝與污泥管理結(jié)合起來，必需在沼氣和氫化碳的生產(chǎn)、氫化碳脫水性和能源消耗之間找到折衷方案。由于HTC工藝可用于處置初級污泥、活性污泥和厭氧消化液，因此可以在污水處置廠中多種工藝過程加以應(yīng)用重慶GMP純化水設(shè)備。

經(jīng)濟(jì)評估

本文分析了HTC工藝與AD工藝不同組合的許多工程，如初級或二級污泥的HTC分離發(fā)生的氫化碳和利用AD對HTC工藝水進(jìn)行處理，提出了提高污泥處置經(jīng)濟(jì)性的污水處置方案。圖2中，提出了激進(jìn)污泥線和新方案的比擬。

以傳統(tǒng)的污泥線（圖2A 計(jì)算，意大利北部的污泥（歐洲的污泥的干物質(zhì)含量一般為20-25%最終處置利息約為每噸污泥80-100歐元。圖2B中，提出了一條新的污泥處置線：AD之后，消化液在脫水至干物質(zhì)含量大約為20%然后在190℃下HTC處置1小時(shí)。然后對HTC泥漿進(jìn)行脫水，由此發(fā)生的氫化碳可達(dá)到干物質(zhì)含量的70%體積減少3至4倍。整個(gè)HTC過程所需的熱能和電能（綜合以下脫水步驟）分別以每噸污泥100和15kWh估算。

即使將污泥中的氫化碳視為待處理的廢物，HTC處置也能顯著降低污水污泥管理和處置所涉及的本錢。另外，如果地方立法允許氫化碳燃燒，其熱能回收以維持HTC過程。

本文對HTC工藝水經(jīng)AD處置后的經(jīng)濟(jì)能量分析進(jìn)行了綜述，進(jìn)一步提高了整個(gè)工藝的經(jīng)濟(jì)性：將工藝水回用到厭氧消化器中，可提高甲烷的產(chǎn)量，這可以進(jìn)一步維持HTC工藝的熱能需求，顯著降低了其運(yùn)行成本。

結(jié)論

污泥HTC具有巨大的潛力，可以成為污泥管理和生產(chǎn)多種有價(jià)值產(chǎn)品的可繼續(xù)轉(zhuǎn)化工藝。然而，污泥HTC發(fā)生的液體代表了該工藝的凈產(chǎn)出，處置之前，必需對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾?、處置和可能的評估。這篇綜述中，作者分析了利用AD對HTC工藝水的價(jià)值化，這是一個(gè)很有前景的方式，可以通過沼氣燃燒來維持HTC熱能需求，同時(shí)減少HTC工藝水處置對環(huán)境的影響。AD過程中的微生物可以在一定水平上適應(yīng)苯酚或其他有毒有機(jī)化合物，但需要進(jìn)一步研究HTC酒中的微生物群落。HTC工藝溫度、停留時(shí)間、初始原料特性、營養(yǎng)鹽濃度、接種馴化及其緩沖能力是影響HTC工藝水通過AD處置實(shí)現(xiàn)價(jià)值化的主要影響因素。營養(yǎng)元素的缺乏、高濃度的有毒化合物和高OLR存在可導(dǎo)致AD過程的抑制。

為了既能生產(chǎn)氫化炭，又能通過AD處置HTC液，HTC溫度和處置時(shí)間不應(yīng)高于180-200℃和長于15-30分鐘，因?yàn)檩^高的溫度和較長的處置時(shí)間會導(dǎo)致不可生物降解和/或有毒化合物的形成。此外，人們不得不在熱效率和處理污泥的固體含量之間找到平衡，因?yàn)榧词?span>TS含量高于15-25%污泥可以使得HTC-A D系統(tǒng)的達(dá)到較好的能量平衡，但是過度濃縮的污泥會導(dǎo)致HTC溶液中的氨濃度過高，從而抑制AD過程。

為了全面地實(shí)施污水處置廠中的HTC過程，需要進(jìn)一步研究HTC工藝水對AD穩(wěn)定運(yùn)行的影響，還要要考慮新興污染物的命運(yùn)和頑固、有毒化合物的臨時(shí)影響，因?yàn)檫@些化合物可能在整個(gè)系統(tǒng)中積聚。