污泥消化是利用微生物的代謝作用，使污泥中的有機物質穩(wěn)定化。當污泥中的揮發(fā)性固體VSS含量降到40%以下時，即可認為已達到穩(wěn)定化。污泥消化穩(wěn)定可以采用好氧處理工藝，也可以采用厭氧處理工藝。

一、好氧消化

污泥的好氧消化是在不投加有機物的條件下，對污泥進行長時間的曝氣，使污泥中的微生物處于內源呼吸階段，在進行自身氧化消耗過程中不斷減少。好氧消化可以使污泥中的可生物降解部分被氧化去除，消化程度高、剩余污泥量少，處理后的污泥容易脫水。好氧消化比厭氧消化所需時間要少得多，當消化污泥為剩余活性污時好氧消化水力停留時間一般為10~15d，當消化污泥為剩余活性污泥和初沉污泥的混合物時，好氧消化水力停留時間一般為15~25d，主要用于污泥產(chǎn)量較小的場合。好氧消化污泥負荷一般為0.04~0.05kgBOD5/(kgMLSS·d)，BOD5的去除率約50%。

1.工藝原理及過程

好氧消化類似于活性污泥法，當污泥中的有機物耗盡時，微生物開始消耗其本身的原生質，以獲得細胞反應所需的能量，細胞組織被好氧氧化為二氧化碳、水和氨氮，氨氮隨著消化作用的進行而逐步被氧化為硝酸鹽。

2.工藝控制

（1）好氧消化系統(tǒng)中堿度不足以對混合液起到緩沖作用時，pH值將下降，影響消化效果，因此，應確保好氧消化池內pH值維持在7左右，如pH值太低，可投加堿源補充堿度。

（2）好氧消化池內的溶解氧含量不能低于2mg/L，而且污泥必須保持懸浮狀態(tài)，因此必須提供足夠的攪拌強度，為便于攪拌，污泥的含水率應在95%左右。

（3）好氧消化為放熱反應，池內溫度稍高于入池污泥的溫度，普通好氧消化一般為20~25℃。當溫度低于20℃時水力停留時間將大為延長，pH值也隨之下降，因此，運行時應密切監(jiān)測好氧消化池池內溫度。

二、厭氧消化

污泥的厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行水解、酸化、產(chǎn)甲烷等厭氧生化反應，將污泥中的大部分固體有機物被厭氧消化分解，可使污泥穩(wěn)定化，使之不易腐敗。其次，通過厭氧消化，大部分病原菌或蛔蟲卵被殺死或作為有機物被分解，使污泥無害化。第三，隨著污泥被穩(wěn)定化，不僅使一種減量過程，而且將產(chǎn)生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經(jīng)消化以后，其中的部分有機氮轉化成了氨氮，提高了污泥的肥效，通過厭氧消化處理后，污泥中的有機物約有1/2~1/3被分解，消化污泥的體積減少60%~70%。

1.工藝原理及過程

有機物質厭氧消化產(chǎn)生沼氣，是一個由多種細菌參與的多階段生化反應過程，每一種反應階段都以某類細菌為主，其物產(chǎn)供下一階段的細菌利用，反應過程主要分為一下三個階段：

（1）水解階段

污泥中的有機物成分很復雜，主要包括碳水化合物（主要是淀粉和纖維素）、類脂化合物（主要為脂肪）和蛋白質。以上物質在污泥液中基本上都以固態(tài)或膠態(tài)存在，細菌無法將其直接吸收至體內。但一些兼性細菌可以向體外分泌胞外酶，將以上大分子的固態(tài)和膠態(tài)物質水解成細菌可吸收的溶解性物質。

（2）產(chǎn)酸階段

進行水解的兼性菌完成水解以后，可將水解產(chǎn)物吸入細胞內，繼續(xù)進行分解代謝，代謝產(chǎn)物主要為揮發(fā)性脂肪酸、揮發(fā)醇及一些醛酮物質。

（3）產(chǎn)甲烷階段

在該階段，其主要作用的為產(chǎn)甲烷細菌。但由于該類細菌繁殖速度慢，代謝活力不強，只能利用揮發(fā)性脂肪酸這樣一些易降解物質進行代謝，產(chǎn)生甲烷。

2.厭氧消化系統(tǒng)

（1）消化池

zui常見的是圓柱形固定蓋世消化池，由集氣罩、池蓋、池體與下椎體四部分組成。

（2）進、排泥系統(tǒng)

消化池的污泥與排泥形式有多種，包括上部進泥下部直排、上部進泥下部溢流排泥、下部進泥上部溢流排泥等形式

（3）攪拌系統(tǒng)

消化池內需保持良好的混合攪拌，沒有攪拌的厭氧消化池，池內料液必然存在分層現(xiàn)象。攪拌能使污泥顆粒與厭氧微生物均勻混合，使消化池各處的污泥濃度、pH、微生物種群等保持均勻一致，并及時將熱量傳遞至池內各部位，使加熱均勻且大大降低池底泥砂的沉積與池面浮渣的形成。

（4）加熱系統(tǒng)

要使消化液保持在所要求的溫度，就必須對消化池進行加熱。加熱方法分池內加熱和池外加熱兩類。

池內加熱是將熱量直接通入消化池內，對污泥進行加熱，有熱水循環(huán)和蒸汽直接加熱兩種方式。池外加熱是指將污泥在池外進行加熱，有生污泥預熱和循環(huán)加熱兩種方法。

（5）集氣系統(tǒng)

集氣系統(tǒng)包括氣柜和管路。氣柜常采用低壓浮蓋式濕式氣柜，其儲存容量一般為消化系統(tǒng)6~10h的產(chǎn)氣量。

3.工藝控制

厭氧消化效果具體體現(xiàn)在較高的有機物分解率、較高的沼氣產(chǎn)量、沼氣中較高的甲烷含量和較高的病原菌及蛔蟲卵殺滅率等四個方面。

（1）進、排泥控制

進泥是為消化池內的微生物提供營養(yǎng)源，在實際運行中，進泥量不能超過系統(tǒng)的消化能力，也不能太少。要使有機物分解率大于35%、產(chǎn)氣量大于0.75m³/kg，系統(tǒng)的zui短允許消化時間一般應大于20d，zui大允許有機負荷應小于30kg/(m³·d)，每個污水處理廠的*zui允許消化時間和zui大允許有機負荷存在差別。

（2）消化液pH值控制

在正常運行時，產(chǎn)酸菌和甲烷菌會自動保持平衡，并將消化液的pH值自動維持在6.5~7.5的近中性范圍內。此時，堿度一般在1000~5000mg/L之間，典型值在2500~3500mg/L之間。但消化過程中經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段失去平衡、pH值降至6.5以下的情況，其原因主要有一下幾個方面：

①溫度波動太大

②投入的有機物超負荷

③水利超負荷

④甲烷菌中毒

（3）控制消化液pH值的程序

①密切觀察VFA、ALK、VFA/ALK、CH4含量等指標的變化，如發(fā)現(xiàn)異常，則應開始pH值控制。

②判斷是否需加堿

③根據(jù)具體情況加減

④尋找出現(xiàn)異常的原因，并針對原因采取相應的排除措施。

⑤采取措施后，各項指標會逐漸恢復正常。

（4）毒物控制

工業(yè)廢水成分較多的污水處理廠，其污泥消化系統(tǒng)有時會出現(xiàn)中毒問題。

（5）加熱系統(tǒng)的控制

甲烷菌對溫度的波動非常敏感，一般應將消化液的溫度波動控制在±1.0℃范圍之內。

（6）攪拌系統(tǒng)的控制

攪拌可以連續(xù)進行，也可以間歇操作，多數(shù)污水廠采用間歇攪拌方式。一般每隔2~4小時攪拌一次，攪拌時間不應超過1小時。

（7）操作順序與操作周期控制

污泥厭氧消化池的正常運行過程中除了收集沼氣外，由進泥、排泥、排上清液、加熱和攪拌五個主要操作環(huán)節(jié)組成。

4.系統(tǒng)啟動

污泥厭氧消化系統(tǒng)的啟動，就是完成厭氧消化污泥即厭氧活性污泥或甲烷菌的培養(yǎng)過程。厭氧消化污泥的培養(yǎng)方法有兩種：

（1）逐步培養(yǎng)法：即向厭氧消化池內逐步投入生污泥，使生污泥自行逐漸轉化為厭氧消化污泥的方法。

（2）接種培養(yǎng)法：即向污泥厭氧消化池內投入總容積10% ~30%的厭氧接種污泥的方法。接種污泥一般取自正在運行的城市污水處理廠的污泥厭氧消化池，當液態(tài)消化污泥運輸不便時，可使用經(jīng)過機械脫水的干污泥。在厭氧消化啟動過程中，需要質疑以下事項：

①污泥厭氧消化池處理的對象是活性污泥，一般不存在毒性問題。但為了加快培養(yǎng)啟動過程，除了偷取接種污泥外，還應做好加熱保溫工作。

②充分攪拌消化池內的接種污泥加熱至規(guī)定溫度后，再逐漸投加濃縮污泥，同時繼續(xù)做好加熱和攪拌工作，是笑話池內的溫度始終處于*狀態(tài)。

③采用接種培養(yǎng)法時，初期生污泥的投加量與接種消化污泥的數(shù)量和培養(yǎng)時間有關，早期可按設計進泥量的30%~50%投加，一般養(yǎng)到60d后，在逐漸增加投泥量。

④經(jīng)常測定產(chǎn)氣量和池內消化液VFA的濃度及pH值，如果由監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn)消化進行得很不正常，應立即減少進泥量，或在投加其他類型的消化污泥作為接種污泥重新培養(yǎng)。

⑤為防止發(fā)生爆炸事故，接種前應使用氮氣將消化池和輸氣管路系統(tǒng)中的空氣置換出來，產(chǎn)生沼氣后，在逐漸把氮氣置換出去。

⑥污泥厭氧消化池處理的對象是活性污泥，其中的碳、氮、磷等營養(yǎng)物質一般是均衡的，能夠適應閆昂微生物生長繁殖的需要。

5.日常維護管理

（1）經(jīng)常通過進泥、排泥和熱交換器管道上設置的活動清洗口，利用高壓水沖洗管道，以防止泥垢的增厚。當結垢嚴重時，應當停止運行，用酸清洗污垢。

（2）定期檢查并維護攪拌系統(tǒng)：沼氣攪拌立管經(jīng)常有被污泥及其他污物堵塞的現(xiàn)象，可以將其余立管關閉，使用大氣量沖洗被堵塞的立管。機械攪拌槳被長條狀雜物纏繞后，可使機械攪拌器反轉甩掉纏繞雜物。另外，必須定期檢查軸穿過頂板處的氣密性。

（3）定期檢查并維護加熱系統(tǒng)：蒸汽加熱立管也經(jīng)常有被污泥及其他污物堵塞的現(xiàn)象，可以將其余立管關閉，使用大氣量吹開堵塞物。

（4）污泥厭氧消化系統(tǒng)的許多管道和閥門為間歇運行，因而冬季必須注意防凍，，在北方寒冷地區(qū)必須定期檢查消化池和加熱管道的保溫效果，如果保溫不佳，應更換保溫材料或保溫方法。

（5）消化池應定期進行清砂和清渣：池底積砂過多不僅會造成排泥困難，而且會縮小有效池容，影響消化效果；池內頁面積渣過多會阻礙沼氣由液相向氣室的轉移。如果運行時間不長，污泥消化池就積累很多泥砂或浮渣，則應當檢查沉砂池和格柵的除污效果，加強對預處理設施的管理。

（6）污泥消化池運行一段時間后，應停止運行并放空對消化池進行檢修：對池體結構進行檢查，如果有裂縫進行專門修補；檢查池內所有金屬管道、部件及池壁防腐層的腐蝕程度，并對金屬管道、部件進行重新防腐處理，對池壁進行防滲、防腐處理；維修后重新投運前，必須進行滿水試驗和水密性實驗。

（7）沼氣中的甲烷為易燃易爆氣體，因此，在厭氧消化系統(tǒng)運行中，又應注意防爆問題。首先所有電器設備均應采應防爆型；其次，嚴禁人為明火。

6.異常現(xiàn)象的原因及其解決對策

（1）污泥厭氧消化池內VFA/ALK值升高

①進泥量過大，污泥在消化池中的水力停留時間較少，使消化時間變短，消化液中的甲烷菌和堿度造成過渡沖刷，進而導致VFA/ALK值升高.

②進泥的含固率或有機物含量升高，導致消化池有機物投配超負荷，大量的有機物進入消化液，使消化液中的VFA含量升高，而ALK濃度卻不變，因此導致VFA/ALK值升高。

③進泥中有毒物質含量增多，使甲烷菌的活性降低，VFA的分解速率下降，使VFA出現(xiàn)積累，導致VFA/ALK值升高。

④消化池內溫度波動太大，使甲烷菌活性降低，VFA的分解速率下降，使VFA出現(xiàn)積累，導致VFA/ALK值升高

⑤攪拌系統(tǒng)出現(xiàn)故障使攪拌效果不佳，導致消化池內局部過熱或局部溫度偏低、或者有機物負荷不均勻，均會導致甲烷菌活性降低。

（2）污泥厭氧消化池產(chǎn)氣量下降

以城市污水處理廠的污泥中溫厭氧消化為例，生污泥含水率為96%左右、投配率為6%~8%時，每m³生污泥的產(chǎn)氣量為10~12m³，投配率為13%~15%時每m³生污泥的產(chǎn)氣量為13~15m³產(chǎn)氣量下降的原因和解決的對策如下：

①有機物投配負荷太低：在其他條件正常時，沼氣產(chǎn)量與投入的有機物成正比，投入的有機物越多，沼氣產(chǎn)量越多。反之投入的有機物越少，澤沼氣產(chǎn)量越少。

②甲烷菌活性降低：由于某種原因導致甲烷菌活性降低，分解VFA速率降低，因而沼氣產(chǎn)量也隨之降低。

③排泥量過大：使消化池內厭氧微生物的數(shù)量減少，破壞了微生物量與營養(yǎng)量的平衡，使產(chǎn)氣量隨之降低，對策自然是減少排泥量。

④消化池有效容積減少：由于池內頁面浮渣的積累和池底泥砂的堆積使消化池有效容積減小，整體消化效果下降、產(chǎn)氣量也隨之降低。

⑤沼氣泄漏：消化池和暑期系統(tǒng)的管道或設施出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象使計量到的產(chǎn)氣量比時間產(chǎn)量小，此時應立即查找漏點并予以修補，以防止出現(xiàn)沼氣爆炸等更大的事故。

⑥消化池內溫度下降：進泥量過大或加熱設施出現(xiàn)故障使消化池內溫度下降，產(chǎn)氣量也隨之降低。

（3）上清液含固量升高

消化池排放的上清液含固量升高，回事出水水質下降，回流倒污水處理系統(tǒng)增加污水處理的負荷，同時還會使排放的消化污泥濃度降低，其原因和控制對策可以歸納如下：

①上清液排放量過大導致其含固量升高。

②排放上清液時速度過快，導致排放管道內流速太大，將消化池內大量的固體污泥顆粒一起攜帶排走。

③上清液排放口與進泥口距離太緊，進入的污泥發(fā)生短路，污泥未經(jīng)充分消化就被直接排出，因而含固量升高。

④進泥量過大或進泥中固體負荷過大，是得消化不*，有機物的分解率即消化率降低。

⑤排泥量太少使消化池內消化污泥積聚太多、攪拌過渡、浮渣混入等原因。

（4）消化液的溫度下降

①用于加熱的蒸汽或熱水供應不足或熱交換器出現(xiàn)故障，解決的辦法是加大蒸汽或熱水的供應量或修理熱交換器。

②投泥的頻率較低，一次投泥量過大，導致加熱系統(tǒng)的負荷不夠

③混合攪拌不均勻會導致消化池內局部過熱，局部由于熱量不足而溫度降低

（5）氣相壓力增大

污泥厭氧消化池氣相眼里增大過多，會使沼氣自壓力安全閥溢入大氣，不僅損失沼氣量，而且可能因沼氣的易燃易爆帶來危險。

（6）氣相出現(xiàn)負壓，會使空氣自真空安全閥進入消化池，破壞消化池內的厭氧狀態(tài)。其原因和控制對策可以歸納如下：

①排泥量大于排泥量或排泥時速過快，會使消化池液位降低，產(chǎn)生真空管。

②投加氨水、熟石灰、氫氧化鈉等藥劑補充堿度調整pH只時，如果投加過量也會因消耗混合液中的二氧化碳使氣相中的二氧化碳大量向混合液轉移

③用于沼氣攪拌的壓縮機的出氣管道出現(xiàn)泄漏時，及時修復泄漏點即可解決。

④用風機或壓縮機將沼氣池抽送到膠原的使用點時，抽氣量大于產(chǎn)氣量，也可導致消化池氣相楚翔負壓，此時應加強抽氣量的平衡調度

⑤消化池內產(chǎn)甲烷菌的活性下降等原因導致產(chǎn)氣量突然減少，而排氣等設施未能及時反應也會導致消化池氣象出現(xiàn)負壓，此時要完善產(chǎn)氣與抽氣或用氣之間的自控管理，實現(xiàn)自動運行。

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