[科普中国]-污泥消化

简介

最早问世的污泥消化设施为兼有沉淀作用的化粪池；其后发展成为多种形式的双层沉淀池，下层为污泥消化室，上层为沉淀室；最后出现专为污泥消化而设的污泥消化池，为目前广泛采用。双层沉淀池由于效率低，造价高,目前已很少采用。化粪池是一种简单的沉淀池,仍普遍地用于分散的独立住宅。

污泥消化处理可分好氧消化和厌氧消化两类，其目的是为了稳定初沉池污泥、剩余活性污泥和腐殖污泥，以利于污泥后续处理。

污泥好氧消化是在延时曝气活性污泥法的基础上发展起来的。具有稳定性强和灭菌投资少、运行管理方便、最终产物无臭及上清液BOD低等优点，但能耗大、运行费用较高。适用于中、小型污水处理厂(站)的污泥处理。

污泥厌氧消化是对有机污泥进行稳定处理的最常用的方法，可以处理有机物含量较高的污泥。有机物被厌氧分解，随着污泥的稳定化，产生大量的高热值的沼气作为能源利用，使污泥资源化。适用于大型污水处理厂(站)的污泥处理方法。

好氧消化污泥好氧消化实质上是活性污泥法的继续，其工作原理是污泥中的微生物有机体的内源代谢过程通过曝气充人氧气，活性污泥中的微生物有机体自身氧化分解，转化为二氧化碳、水和氨气等，使污泥得到稳定。美国、日本和加拿大等发达国家都有不少中、小型污水处理厂采用好氧消化处理污泥。与现在普遍采用的污泥厌氧消化相比，污泥好氧消化具有以下优点：

①对悬浮同体的去除率与厌氧法大致相等。

②上清液中BOD的质量浓度较低，为10 mg/L以下。

③处理后的产物无臭味，类似腐殖质，肥效较高。

④运行安全、管理方便。

⑤处理效率高，需要的处理设施体积小，投资较少。

同时，它也具有以下缺点：

①因需供氧，相应的运行费用高。

②不能产生甲烷气体等有用的副产物。

③消化后的污泥的机械脱水性能较差。

尽管好氧消化的能耗大，运行费用稍高，但由于它具有运行管理方便、操作灵活、投资低、处理不容易失败等优点，对于处理量较小(≤20000m3/d)的污水处理厂仍是一种有效实用的污泥稳定技术。1

厌氧消化厌氧消化池主要应用于处理城市污水处理厂的污泥，也可应用于处理固体含量很高的有机废水；它的主要作用是：①将污泥中的一部分有机物转化为沼气；②将污泥中的一部分有机物转化成为稳定性良好的腐殖质；③提高污泥的脱水性能：④使得污泥的体积减少1/2以上；⑤使污泥中的致病微生物得到一定程度的灭活，有利于污泥的进一步处理和利用。2

消化原理污泥厌氧消化的原理和过程与高质量浓度有机废水的厌氧处理相似。

厌氧生物处理是一个依靠三大主要类群细菌完成的复杂的微生物学过程。将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段。

1．水解酸化阶段

复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸，同时产生H2和C02。

2．产氢产乙酸阶段

在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，并形成C02。

3．产甲烷阶段

产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把H2和CO2转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱氧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。

与废水厌氧处理有所区别的是：产甲烷过程是控制整个废水处理的主要过程，而在污泥厌氧消化中，固态物的水解、液化是主要控制过程。

消化后的污泥称为熟污泥或消化污泥，这种污泥容易脱水，所含固体数量减少，不会腐化，氨氮浓度增高，污泥中的致病菌和寄生虫卵大为减少。一般消化后的污泥体积可减少60%～70%，质量可减少40%左右，消化污泥可进一步进行干化处理或用作肥料。

影响因素在隔绝氧气的情况下，污泥中的有机物先是被腐生细菌代谢，转化为有机酸，然后厌氧的甲烷细菌降解有机酸为甲烷和二氧化碳。过程进展的快慢决定于这两类细菌的协调情况。甲烷细菌的生长条件极为严格。腐生细菌产生的有机酸必须及时降解，如有积累，一旦pH值低于6.5左右,甲烷细菌的生长即受限制，平衡破坏，消化时间大大延长。一般用搅拌污泥（使泥质均匀）和控制有机酸及碱度的方法来维持过程的正常进行。有机酸(以醋酸计)控制在1000毫克/升以下,2000毫克/升左右时过程即受影响。碱度（以碳酸钙计）控制在2000毫克/升以上。 有机酸有上升趋势时应立即停止加料（生污泥）。碱度不足时可加石灰。温度也是一个重要的生长因素。过程可在33～35°C进行（称中温消化），也可在50～56°C进行(称高温消化)。通常采用中温消化。消化时间随搅拌情况而异；充分搅拌时（称高负荷率污泥消化）常少于15天；不搅拌时（称传统污泥消化）常在30～60天之间。高温消化常充分搅拌，消化时间约6～10天，产气率较高,寄生虫卵可杀灭90%以上，但耗热和耗能量大。

工艺类型厌氧消化工艺种类很多。厌氧消化可分为人工消化法与自然消化法。在人工消化法中，根据池盖构造的不同，又分为定容式(固定盖)消化池和动容式(浮动盖)消化池。按容量大小可分为小型消化池(1500～2500 m3)、中型消化池(2500～5000 m3)、大型消化池(5000～10000 m3)。按消化温度的不同又可分为低温消化(低于20℃)、中温消化(30～36℃)和高温消化(45～55℃)三种形式。按消化池的效率不同可分为常规消化和高效消化。

按运行方式可分为一级消化、二级消化。

1．一级消化

一级消化指在一个消化装置内完成消化全过程，这种消化池内一般不设搅拌设备，因而池内污泥有分层现象，仅一部分池容积起到对有机物的分解作用，池底部容积主要用于储存和浓缩熟污泥。由于微生物不能与有机物充分接触，消化速率很低，消化时间很长，一般为30～60 d。因此一级消化工艺仅适用于小型装置，目前已很少应用。

2．二级消化

二级消化指将消化池一分为二，污泥先在第一级消化池中(设有加温、搅拌装置，并有集气罩收集沼气)进行消化，经过7～12 d旺盛的消化反应后，排出的污泥送人第二级消化池。

第二级消化池中不设加温和搅拌装置，依靠来自一级消化池污泥的余热继续消化污泥，消化温度为20---26℃，产气量约占总产气量的20%，可收集或不收集，由于不搅拌，第二级消化池兼有浓缩功能。二级消化是对一级消化的改善，由于中温消化的前8 d里产生的沼气量约占总产气量的80%，在一级消化中，污泥中温消化有机物的分解程度为45%～55%，消化污泥排入干化厂后将继续分解，产生的污泥气体逸人大气，既污染环境又损失热量，而二级消化则可以很好地解决此类问题。因此采用二级消化是比较合理的。3