污泥厭氧消化

污泥厭氧消化溫度

在污泥厭氧消化過程中，溫度對(duì)有機(jī)物負(fù)荷和產(chǎn)氣量有明顯影響。根據(jù)微生物對(duì)溫度的適應(yīng)性，可將污泥厭氧消化分為中溫（一般30~36℃）厭氧消化和高溫（一般50~55℃）厭氧消化。研究表明，在污泥厭氧消化過程中，溫度發(fā)生±3℃變化時(shí)，就會(huì)抑制污泥消化速度；溫度發(fā)生±5℃變化時(shí)，就會(huì)突然停止產(chǎn)氣，使有機(jī)酸發(fā)生大量積累而破壞厭氧消化。

污泥厭氧消化酸堿度

研究表明，污泥厭氧消化系統(tǒng)中，各種細(xì)菌在適應(yīng)的酸堿度 范圍內(nèi)，只允許在中性附近波動(dòng)。微生物對(duì)pH的變化非常敏感。水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌適應(yīng)的pH范圍為5.0~6.5，甲烷菌適應(yīng)的pH范圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過程的反應(yīng)速度超過甲烷化過程速度，pH就會(huì)降低，從而影響產(chǎn)甲烷菌的生活環(huán)境，進(jìn)而影響污泥厭氧消化效果，然而，由于消化液的緩沖作用，在一定范圍內(nèi)避免這種情況的發(fā)生。

消化液是污泥厭氧消化過程血紅有機(jī)物分解而產(chǎn)生的，其中含有除了CO₂和NH₃外，還有以NH₄NCO₃形態(tài)的NH₄ ，HCO₃^-和H₂CO₃形成緩沖體系，平衡小范圍的酸堿波動(dòng)。如下：

H HCO₃^- →H₂CO₃

污泥厭氧消化有毒物質(zhì)濃度

在污泥厭氧消化中，每一種所謂有毒物質(zhì)是具有促進(jìn)還是抑制甲烷菌生長(zhǎng)的作用，關(guān)鍵在于它們的毒閾濃度。低于毒閾濃度，對(duì)甲烷菌生長(zhǎng)有促進(jìn)作用；在毒閾濃度范圍內(nèi)，有中等抑制作用，隨濃度逐漸增加，甲烷菌可被馴化；超過毒閾上限。則對(duì)微生物生長(zhǎng)具有強(qiáng)烈的抑制作用。

厭氧消化可分為人工消化法與自然消化法。

在人工消化法中，根據(jù)池蓋構(gòu)造的不同，又分為定容式(固定蓋)消化池和動(dòng)容式(浮動(dòng)蓋)消化池。

按容量大小可分為小型消化池(1500～2500 m3)、中型消化池(2500～5000 m3)、大型消化池(5000～10000 m3)。

按消化溫度的不同又可分為低溫消化(低于20℃)、中溫消化(30～36℃)和高溫消化(45～55℃)三種形式。

按消化池的效率不同可分為常規(guī)消化和高效消化。

按運(yùn)行方式可分為一級(jí)消化、二級(jí)消化。

1．一級(jí)消化

一級(jí)消化指在一個(gè)消化裝置內(nèi)完成消化全過程，這種消化池內(nèi)一般不設(shè)攪拌設(shè)備，因而池內(nèi)污泥有分層現(xiàn)象，僅一部分池容積起到對(duì)有機(jī)物的分解作用，池底部容積主要用于儲(chǔ)存和濃縮熟污泥。由于微生物不能與有機(jī)物充分接觸，消化速率很低，消化時(shí)間很長(zhǎng)，一般為30～60 d。因此一級(jí)消化工藝僅適用于小型裝置，已很少應(yīng)用。

2．二級(jí)消化

二級(jí)消化指將消化池一分為二，污泥先在第一級(jí)消化池中(設(shè)有加溫、攪拌裝置，并有集氣罩收集沼氣)進(jìn)行消化，經(jīng)過7～12 d旺盛的消化反應(yīng)后，排出的污泥送人第二級(jí)消化池。

第二級(jí)消化池中不設(shè)加溫和攪拌裝置，依靠來自一級(jí)消化池污泥的余熱繼續(xù)消化污泥，消化溫度為20---26℃，產(chǎn)氣量約占總產(chǎn)氣量的20%，可收集或不收集，由于不攪拌，第二級(jí)消化池兼有濃縮功能。二級(jí)消化是對(duì)一級(jí)消化的改善，由于中溫消化的前8 d里產(chǎn)生的沼氣量約占總產(chǎn)氣量的80%，在一級(jí)消化中，污泥中溫消化有機(jī)物的分解程度為45%～55%，消化污泥排入干化廠后將繼續(xù)分解，產(chǎn)生的污泥氣體逸人大氣，既污染環(huán)境又損失熱量，而二級(jí)消化則可以很好地解決此類問題。因此采用二級(jí)消化是比較合理的。2100433B

污泥厭氧消化是一個(gè)多階段的復(fù)雜過程，對(duì)厭氧消化的生化過程有兩段理論、三段理論和四段理論。其中三段理論指需要經(jīng)過三個(gè)階段，即水解、酸化階段，乙酸化階段，甲烷化階段。各階段之間既相互聯(lián)系又相互影響，各個(gè)階段都有各自特色微生物群體。

污泥厭氧消化水解酸化階段

一般水解過程發(fā)生在污泥厭氧消化初始階段，污泥中的非水溶性高分子有機(jī)物，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物質(zhì)。水解后的物質(zhì)在兼性菌和厭氧菌的作用下，轉(zhuǎn)化成短鏈脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，還有乙醇、二氧化碳。

污泥厭氧消化乙酸化階段

水解階段產(chǎn)生的簡(jiǎn)單可溶性有機(jī)物在產(chǎn)氫和產(chǎn)酸細(xì)菌的作用下，進(jìn)一步分解成揮發(fā)性脂肪酸（如丙酸、乙酸、丁酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸）醇、酮、醛、二氧化碳和氫氣等。該過程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。

污泥厭氧消化甲烷化階段

甲烷化階段發(fā)生在污泥厭氧消化后期，在這一過程中，甲烷菌將乙酸（CH₃COOH）和H₂、CO₂分別轉(zhuǎn)化為甲烷， 如下：

2CH₃COOH→2CH₄↑ 2CO₂↑

4H₂ CO₂→CH₄ 2H₂O

在整個(gè)厭氧消化過程中，由乙酸產(chǎn)生的甲烷約占總量的2/3，由CO₂和H₂轉(zhuǎn)化的甲烷約占總量的1/3。

該書共8章，內(nèi)容包括概論、污泥厭氧消化工藝、污泥厭氧消化預(yù)處理、沼氣收集、貯存與利用、沼液污染控制與資源化利用、污泥厭氧消化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、污泥厭氧消化工程建設(shè)與運(yùn)行管理、污泥厭氧消化工程實(shí)例，可供環(huán)境工程、市政工程專業(yè)教學(xué)、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理人員參考。

該書由上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司和上海排水管理單位共同編寫，由張辰擔(dān)任主編并負(fù)責(zé)審稿，王國(guó)華、譚學(xué)軍擔(dān)任副主編。第1章由王逸賢編寫；第2章由呂永鵬、王磊編寫；第3章由譚學(xué)軍、魏海娟、許洲編寫；第4章由陸松柳編寫；第5章由沈昌明編寫；第6章由王磊磊、孫曉編寫；第7章由盧峰編寫；第8章由陳嫣、譚學(xué)軍、胡維杰、汪喜生等編寫。

隨著我國(guó)污水處理設(shè)施的不斷完善，污泥產(chǎn)量日益增加，其處理處置形勢(shì)日益嚴(yán)峻。在眾多污泥處理工藝中，厭氧消化工藝具有生物減量效果好、穩(wěn)定化程度高、能量回收高、環(huán)境影響低等特點(diǎn)，被認(rèn)為是現(xiàn)代污水處理廠的重要組成部分。作者針對(duì)我國(guó)污水廠污泥有機(jī)質(zhì)含量低、含砂量高等特點(diǎn)，經(jīng)過多年研究，發(fā)了污泥高含固厭氧消化工藝，并展了工程示范運(yùn)用?！冻鞘形勰鄥捬跸碚撆c實(shí)踐》系統(tǒng)介紹污水廠污泥特性及處理處置技術(shù)、污泥厭氧消化工藝、污泥高含固厭氧消化物質(zhì)轉(zhuǎn)化及影響因素、熱水解改善污泥高含固厭氧消化、低有機(jī)質(zhì)污泥厭氧消化、污泥與城市有機(jī)質(zhì)協(xié)同共消化、高含固厭氧消化污泥深度處理及資源化技術(shù)，并展示了污泥高含固厭氧消化工程示范案例。