城市污泥厌氧生物处理

§9-3污泥的厌氧消化AnaerobicDigestionofSludge主要内容一、厌氧生物处理基本原理二、厌氧消化的影响因素三、厌氧消化池的池型、构造四、厌氧生物处理技术的发展五、消化池的运行与管理一、厌氧生物处理基本原理厌氧消化三阶段理论厌氧消化的微生物1、厌氧消化三阶段理论（p353）由多种相互依存的细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧化碳，并合成自身细胞物质。每一阶段各有其独特的微生物类群。水解发酵阶段：使碳水化合物、蛋白质、脂肪水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及CO2、H2。产氢产乙酸阶段：利用第一阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等；产甲烷阶段：甲烷菌利用乙酸、H2/CO2、丙酸、甲醇等为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和H2/CO2是其主要基质。2、参与各阶段的m菌群(p354)水解发酵阶段细菌、原生动物和真菌(专性厌氧菌、兼性厌氧菌)产氢产乙酸菌群和同型乙酸菌；(专性厌氧菌、兼性厌氧菌)甲烷菌（绝对厌氧菌）产甲烷阶段产氢产乙酸阶段二．厌氧消化的影响因素甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。温度因素泥龄与负荷搅拌与混合营养与C/N比氮的守恒和转化有毒物质酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用1、温度因素温度与有机物负荷、产气量关系;消化温度与消化时间的关系见;厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。根据采用消化温度的高低，可以分为常温消化（10～30℃）、中温消化（30～35℃左右）和高温消化（50～55℃）。2、泥龄与负荷（p358）负荷是决定有机物厌氧消化速率快慢的综合性指标，是厌氧消化的重要控制参数。负荷常以投配率表示（国内）（1）投配率：%100%100)m(3熟泥量生泥量每日投加生污泥量消化池有效容积每日投加生污泥体积VF中温消化5～８％为宜。（2）有机负荷率)m((kgVSS/d)3有效池容积每日投加挥发物干重VF可以较好地反映有机物量与m量之间的相对关系一定范围内，FV↑，消化速率↑。（3）泥龄（p358）)d(t/kg)(M(kg)M)d/kg((kg)Merercφθ4、营养与C/N比（p358）C/N=（10～20：1）可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，pＨ↑，出现氨中毒。碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长；消化液缓冲能力低。若C/N比过低原料C/N比过高5、氮的守恒和转化硝酸盐被还原成N2存在于系统中；细胞增殖很少，很少的氮转化为细胞；大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的NH3，消化液中的氮的浓度高于进入消化池的原污泥。6、有毒物质有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。7、酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pH有密切的关系，pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生物要求不同的pH值，过高或过低的pH对微生物是不利的。甲烷细菌生长最适宜的pH值是6.8～7.2，消化系统内必须存在足够的缓冲物质，即保持一定的碱度2000～3000mg/L（以CaCO3计），以中和产酸菌产生的过量酸。挥发性脂肪酸（VFA）是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。三、厌氧消化池的池型、构造污泥的厌氧消化是污泥稳定处理最基本的方法。1、污泥消化设备的分类与构造（１）传统消化池：无搅拌，有分层现象，池容积利用率低，有浮渣层。（２）高速消化池：有加热、搅拌高速消化池（浮动盖式）高速消化池负荷率：1.6～6.4kgVSS/(m3·d)搅拌：完全混合式加温：消化速率↑进料：连续；间歇停留时间：连续运行＞10～15d2、高速消化池池形与构造（1）池形圆柱形：蛋形：大型消化池（p362）（2）构造①污泥的投配、排泥及溢流系统②沼气的收集与贮存设备（p363）利用贮气柜调节产气量和用气量的平衡③搅拌机械法水力法污泥气法联合搅拌法（p363）④加热1.池内直接加热：利用蒸汽直接加热，或池内盘管加热设备简单，热效率高；蒸汽管周围局部污泥过热，影响细菌正常活动，增加污泥含水率；盘管外壁结垢。2.池外间接预热：用热交换器或投配池在池外将新鲜污泥加热后送入消化池预热的是少量新鲜污泥，易于控制，是较理想的加热方法。但加热设备比较复杂。四、厌氧生物处理技术的发展两级厌氧生物处理两相厌氧生物处理水解酸化预处理1、两级厌氧生物处理两级消化原理：根据沼气产生的规律设计。目的：节省能量（节省污泥加温与搅拌的部分能量），能耗和电耗较低。特点：第一级：加热（33～35℃）、搅拌；第二级：不加热（20～26℃）、不搅拌（可视为污泥浓缩池用）。2、两相厌氧生物处理（p371）根据消化机理设计。将厌氧消化的第一、二阶段和第三阶段分别放在两个消化池中进行，使各自都有最佳的环境条件。改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗设计参数：第一相：n=100%；t停=1d处于酸性消化阶段(水解与发酵、产氢产乙酸阶段)，第二相：n=（15～17）%；t停=6～6.5d处于碱性消化阶段（产甲烷阶段）两相都需加热、搅拌。总容积小；加热耗热量少，搅拌能耗少；运行管理方便两相厌氧流化床工艺流程沼气至锅炉出水相甲烷相产酸废水图19-13二相厌氧流化床流程图3、水解酸化预处理工艺将厌氧过程控制在水解酸化阶段，不再进行碱性消化。这一阶段的产物主要是小分子的有机物，易于生物降解。COD去除率不高水力停留时间短，总体积小。五、消化池的运行与管理1、消化污泥的培养驯化2、正常运行的化验指标3、正常运行的控制参数4、消化池发生异常现象时的管理1、消化污泥的培养驯化（p371）（1）逐步培养法（2）一次培养法2、正常运行的化验指标产气率沼气成分；投配污泥含水率：94～96%有机物含量：60～70有机物分解程度：45～55%脂肪酸：2000mg/L（以乙酸计）总碱度：＞2000mg/L（以重碳酸盐计）氨氮：500～1000mg/L3、正常运行的控制参数新鲜污泥投配率；消化温度；搅拌；排泥；沼气气压。4、消化池发生异常现象时的管理（1）产气量下降（2）上清液水质恶化（3）沼气的气泡异常