[科普中国]-污泥厌氧消化

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。

机理污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程，目前，对厌氧消化的生化过程有两段理论、三段理论和四段理论。其中三段理论指需要经过三个阶段，即水解、酸化阶段，乙酸化阶段，甲烷化阶段。各阶段之间既相互联系又相互影响，各个阶段都有各自特色微生物群体。

水解酸化阶段一般水解过程发生在污泥厌氧消化初始阶段，污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，还有乙醇、二氧化碳。

乙酸化阶段水解阶段产生的简单可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸（如丙酸、乙酸、丁酸、长链脂肪酸）醇、酮、醛、二氧化碳和氢气等。该过程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。

甲烷化阶段甲烷化阶段发生在污泥厌氧消化后期，在这一过程中，甲烷菌将乙酸（CH3COOH）和H2、CO2分别转化为甲烷， 如下：

2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑

4H2+CO2→CH4+ 2H2O

在整个厌氧消化过程中，由乙酸产生的甲烷约占总量的2/3，由CO2和H2转化的甲烷约占总量的1/3。

影响因素温度在污泥厌氧消化过程中，温度对有机物负荷和产气量有明显影响。根据微生物对温度的适应性，可将污泥厌氧消化分为中温（一般30~36℃）厌氧消化和高温（一般50~55℃）厌氧消化。研究表明，在污泥厌氧消化过程中，温度发生±3℃变化时，就会抑制污泥消化速度；温度发生±5℃变化时，就会突然停止产气，使有机酸发生大量积累而破坏厌氧消化。

酸碱度研究表明，污泥厌氧消化系统中，各种细菌在适应的酸碱度 范围内，只允许在中性附近波动。微生物对pH的变化非常敏感。水解与发酵菌及产氢、产乙酸菌适应的pH范围为5.0~6.5，甲烷菌适应的pH范围为6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化过程的反应速度超过甲烷化过程速度，pH就会降低，从而影响产甲烷菌的生活环境，进而影响污泥厌氧消化效果，然而，由于消化液的缓冲作用，在一定范围内避免这种情况的发生。

消化液是污泥厌氧消化过程血红有机物分解而产生的，其中含有除了CO2和NH3外，还有以NH4NCO3形态的NH4+，HCO3-和H2CO3形成缓冲体系，平衡小范围的酸碱波动。如下：

H+ + HCO3- →H2CO3

有毒物质浓度在污泥厌氧消化中，每一种所谓有毒物质是具有促进还是抑制甲烷菌生长的作用，关键在于它们的毒阈浓度。低于毒阈浓度，对甲烷菌生长有促进作用；在毒阈浓度范围内，有中等抑制作用，随浓度逐渐增加，甲烷菌可被驯化；超过毒阈上限。则对微生物生长具有强烈的抑制作用。

工艺类型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。2