污泥消化厭氧消化過程

最早問世的污泥消化設(shè)施為兼有沉淀作用的化糞池；其后發(fā)展成為多種形式的雙層沉淀池，下層為污泥消化室，上層為沉淀室；最后出現(xiàn)專為污泥消化而設(shè)的污泥消化池，為目前廣泛采用。雙層沉淀池由于效率低，造價高,目前已很少采用?；S池是一種簡單的沉淀池,仍普遍地用于分散的獨立住宅。

污泥消化處理可分好氧消化和厭氧消化兩類，其目的是為了穩(wěn)定初沉池污泥、剩余活性污泥和腐殖污泥，以利于污泥后續(xù)處理。

污泥好氧消化是在延時曝氣活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。具有穩(wěn)定性強和滅菌投資少、運行管理方便、最終產(chǎn)物無臭及上清液BOD低等優(yōu)點，但能耗大、運行費用較高。適用于中、小型污水處理廠(站)的污泥處理。

污泥厭氧消化是對有機污泥進行穩(wěn)定處理的最常用的方法，可以處理有機物含量較高的污泥。有機物被厭氧分解，隨著污泥的穩(wěn)定化，產(chǎn)生大量的高熱值的沼氣作為能源利用，使污泥資源化。適用于大型污水處理廠(站)的污泥處理方法。

污泥好氧消化實質(zhì)上是活性污泥法的繼續(xù)，其工作原理是污泥中的微生物有機體的內(nèi)源代謝過程通過曝氣充人氧氣，活性污泥中的微生物有機體自身氧化分解，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氨氣等，使污泥得到穩(wěn)定。美國、日本和加拿大等發(fā)達國家都有不少中、小型污水處理廠采用好氧消化處理污泥。與現(xiàn)在普遍采用的污泥厭氧消化相比，污泥好氧消化具有以下優(yōu)點：

①對懸浮同體的去除率與厭氧法大致相等。

②上清液中BOD的質(zhì)量濃度較低，為10 mg/L以下。

③處理后的產(chǎn)物無臭味，類似腐殖質(zhì)，肥效較高。

④運行安全、管理方便。

⑤處理效率高，需要的處理設(shè)施體積小，投資較少。

同時，它也具有以下缺點：

①因需供氧，相應(yīng)的運行費用高。

②不能產(chǎn)生甲烷氣體等有用的副產(chǎn)物。

③消化后的污泥的機械脫水性能較差。

盡管好氧消化的能耗大，運行費用稍高，但由于它具有運行管理方便、操作靈活、投資低、處理不容易失敗等優(yōu)點，對于處理量較小(≤20000m3/d)的污水處理廠仍是一種有效實用的污泥穩(wěn)定技術(shù)。

厭氧消化池主要應(yīng)用于處理城市污水處理廠的污泥，也可應(yīng)用于處理固體含量很高的有機廢水；它的主要作用是：①將污泥中的一部分有機物轉(zhuǎn)化為沼氣；②將污泥中的一部分有機物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定性良好的腐殖質(zhì)；③提高污泥的脫水性能：④使得污泥的體積減少1/2以上；⑤使污泥中的致病微生物得到一定程度的滅活，有利于污泥的進一步處理和利用。

污泥消化消化原理

污泥厭氧消化的原理和過程與高質(zhì)量濃度有機廢水的厭氧處理相似。

厭氧生物處理是一個依靠三大主要類群細菌完成的復(fù)雜的微生物學(xué)過程。將厭氧消化過程劃分為三個連續(xù)的階段。

1．水解酸化階段

復(fù)雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產(chǎn)生較高級脂肪酸，同時產(chǎn)生H2和C02。

2．產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段

在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和H2，并形成C02。

3．產(chǎn)甲烷階段

產(chǎn)甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。此過程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把H2和CO2轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫氧產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。

與廢水厭氧處理有所區(qū)別的是：產(chǎn)甲烷過程是控制整個廢水處理的主要過程，而在污泥厭氧消化中，固態(tài)物的水解、液化是主要控制過程。

消化后的污泥稱為熟污泥或消化污泥，這種污泥容易脫水，所含固體數(shù)量減少，不會腐化，氨氮濃度增高，污泥中的致病菌和寄生蟲卵大為減少。一般消化后的污泥體積可減少60%～70%，質(zhì)量可減少40%左右，消化污泥可進一步進行干化處理或用作肥料。

污泥消化影響因素

在隔絕氧氣的情況下，污泥中的有機物先是被腐生細菌代謝，轉(zhuǎn)化為有機酸，然后厭氧的甲烷細菌降解有機酸為甲烷和二氧化碳。過程進展的快慢決定于這兩類細菌的協(xié)調(diào)情況。甲烷細菌的生長條件極為嚴格。腐生細菌產(chǎn)生的有機酸必須及時降解，如有積累，一旦pH值低于6.5左右,甲烷細菌的生長即受限制，平衡破壞，消化時間大大延長。一般用攪拌污泥（使泥質(zhì)均勻）和控制有機酸及堿度的方法來維持過程的正常進行。有機酸(以醋酸計)控制在1000毫克/升以下,2000毫克/升左右時過程即受影響。堿度（以碳酸鈣計）控制在2000毫克/升以上。 有機酸有上升趨勢時應(yīng)立即停止加料（生污泥）。堿度不足時可加石灰。溫度也是一個重要的生長因素。過程可在33～35°C進行（稱中溫消化），也可在50～56°C進行(稱高溫消化)。通常采用中溫消化。消化時間隨攪拌情況而異；充分攪拌時（稱高負荷率污泥消化）常少于15天；不攪拌時（稱傳統(tǒng)污泥消化）常在30～60天之間。高溫消化常充分攪拌，消化時間約6～10天，產(chǎn)氣率較高,寄生蟲卵可殺滅90%以上，但耗熱和耗能量大。

污泥消化工藝類型

厭氧消化工藝種類很多。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)消化池和動容式(浮動蓋)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。

按運行方式可分為一級消化、二級消化。

1．一級消化

一級消化指在一個消化裝置內(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有機物的分解作用，池底部容積主要用于儲存和濃縮熟污泥。由于微生物不能與有機物充分接觸，消化速率很低，消化時間很長，一般為30～60 d。因此一級消化工藝僅適用于小型裝置，目前已很少應(yīng)用。

2．二級消化

二級消化指將消化池一分為二，污泥先在第一級消化池中(設(shè)有加溫、攪拌裝置，并有集氣罩收集沼氣)進行消化，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消化池。

第二級消化池中不設(shè)加溫和攪拌裝置，依靠來自一級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，第二級消化池兼有濃縮功能。二級消化是對一級消化的改善，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%，在一級消化中，污泥中溫消化有機物的分解程度為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，而二級消化則可以很好地解決此類問題。因此采用二級消化是比較合理的。 2100433B

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污泥經(jīng)厭氧消化處理后產(chǎn)生的氣體。主要含有甲烷和二氧化碳,以及少量的氮氣、氫氣、硫化氫、氨和水蒸氣。

本課題研究了污泥消化脫水過程中腐殖酸的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立了腐殖酸回收方法，項目預(yù)期目標全部完成。研究成果包括：（1）揭示了污泥中腐殖酸的特征。腐殖酸是污泥有機質(zhì)的主要組分之一，以胡敏酸為主，腐殖化程度較低；65%的富里酸分子量為10-50kDa，65%的胡敏酸分子量超過100kDa，約90%的FA和約50%的HA存在于胞外聚合物中；（2）掌握了污泥消化脫水過程中腐殖酸的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。經(jīng)過厭氧消化后，16.3%的胡敏酸和27.0%的富里酸被降解，而剩余腐殖酸分子量增加、腐殖化程度加深。污泥脫水不會影響腐殖酸的明顯變化，但絮凝劑對溶解性富里酸有一定沉淀作用；（3）建立了堿預(yù)處理強化厭氧消化及回收腐殖酸的方法。為避免高pH和Na 的抑制效應(yīng)，預(yù)處理宜采用0.04-0.1 mol/L的NaOH，在該條件堿處理后的污泥中用30-50kDa超濾膜分離回收腐殖酸，然后殘余污泥再進行厭氧消化，此時回收產(chǎn)物中腐殖酸濃度為4.0 g/L，經(jīng)進一步濃縮后可用于制肥，而厭氧消化過程中污泥有機質(zhì)去除率從33%提高至56%，累積產(chǎn)氣量增加35-53%。（4）建立了堿后處理改善污泥厭氧消化和從消化污泥中回收腐殖酸的方法。在半連續(xù)厭氧消化過程中，在半周期時抽取5%的污泥進行堿處理然后再回流，產(chǎn)氣量增加了30-33%，針對消化污泥堿處理后的上清液采用50kDa的超濾膜分離，截留液中腐殖酸濃度超過4.2 g/L，占回收液中有機物的60%以上，該截留液經(jīng)進一步濃縮后可以用于制肥。（5）建立了從熱處理強化消化污泥脫水廢液中回收腐殖酸的方法。消化污泥經(jīng)160-180℃熱處理后，脫水泥餅含水率降至60%以下，脫出液中腐殖酸含量超過1200 mg/L，且占有機物總量的90%，經(jīng)50kDa超濾膜回收后可制取更高純度的腐殖酸產(chǎn)品。上述研究系統(tǒng)闡述了污泥消化脫水過程中腐殖酸的變化規(guī)律，首次提出了結(jié)合污泥消化脫水過程回收腐殖酸的方案?；谶@些成果，共發(fā)表論文8篇，其中SCI論文6篇，包括JCR一區(qū)論文3篇，申請發(fā)明專利2項，培養(yǎng)碩士研究生6人。 2100433B