污泥厭氧消化

發布時間：

2024-05-21

污泥厭氧消化

污泥厭氧消化是指污泥在無氧條件下，由兼性菌和厭氧細菌將污泥中的可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到穩定的過程，是污泥減量化、穩定化的常用手段之一。

一、原理：

污泥厭氧消化是一個多階段的復雜過程，完成整個消化過程，需要經過三個階段（目前公認的），即水解、酸化階段，乙酸化階段，甲烷化階段。各階段之間既相互聯系又相互影響，各個階段都有各自特色微生物群體。

（1）水解酸化階段：

一般水解過程發生在污泥厭氧消化初始階段，污泥中的非水溶性高分子有機物，如碳水化合物、蛋白質、脂肪、纖維素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物質。水解后的物質在兼性菌和厭氧菌的作用下，轉化成短鏈脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，還有乙醇、二氧化碳。

（2）乙酸化階段：

在該階段主要是乙酸菌將水解酸化產物，有機物、乙醇等轉變為乙酸。該過程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。

（3）甲烷化階段：

甲烷化階段發生在污泥厭氧消化后期，在這一過程中，甲烷菌將乙酸（CH3COOH）和H2、CO2分別轉化為甲烷，如下：

2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑

4H2+CO2→CH4+ 2H2O

在整個厭氧消化過程中，由乙酸產生的甲烷約占總量的2/3，由CO2和H2轉化的甲烷約占總量的1/3。

二、影響因素：

1. 溫度：

在污泥厭氧消化過程中，溫度對有機物負荷和產氣量有明顯影響。根據微生物對溫度的適應性，可將污泥厭氧消化分為中溫（一般30~36℃）厭氧消化和高溫（一般50~55℃）厭氧消化。研究表明，在污泥厭氧消化過程中，溫度發生±3℃變化時，就會抑制污泥消化速度；溫度發生±5℃變化時，就會突然停止產氣，使有機酸發生大量積累而破壞厭氧消化。

2. 酸堿度：

研究表明，污泥厭氧消化系統中，各種細菌在適應的酸堿度范圍內，只允許在中性附件波動。微生物對pH的變化非常敏感。水解與發酵菌及產氫、產乙酸菌適應的pH范圍為5.0~6.5，甲烷菌適應的pH范圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過程的反應速度超過甲烷化過程速度，pH就會降低，從而影響產甲烷菌的生活環境，進而影響污泥厭氧消化效果，然而，由于消化液的緩沖作用，在一定范圍內避免這種情況的發生。

消化液是污泥厭氧消化過程血紅有機物分解而產生的，其中含有除了CO2和NH3外，還有以NH4NCO3形態的NH4+，HCO3-和H2CO3形成緩沖體系，平衡小范圍的酸堿波動。如下：

H+ + HCO3- ═H2CO3

3. 有毒物質濃度：

在污泥厭氧消化中，每一種所謂有毒物質是具有促進還是抑制甲烷菌生長的作用，關鍵在于它們的毒閾濃度。低于毒閾濃度，對甲烷菌生長有促進作用；在毒閾濃度范圍內，有中等抑制作用，隨濃度逐漸增加，甲烷菌可被馴化；超過毒閾上限。則對微生物生長具有強烈的抑制作用。

三、污泥厭氧消化分類：

根據不同的分類方法，污泥厭氧消化可有不同的分類。

1. 按溫度分類：

可分為中溫消化（30~33℃）和高溫消化（50~55℃），高溫消化比中溫消化產氣率高，消化池體積小，但能耗相對較高，控制困難。

2. 按運行方式分類：

可分為一級消化和二級消化。一級消化指污泥厭氧消化是在單池內完成；二級消化根據污泥消化的運行經驗，在兩個消化池內完成，第一級消化池設有加熱、攪拌裝置及氣體收集裝置，第二級消化池不進行加熱和攪拌，利用第一級的余熱繼續消化。

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