污泥消化機(jī)理課件

1、第四章、污泥的消化機(jī)理1、污泥消化機(jī)理 厭氧消化定義：污泥在無(wú)氧的條件下，由兼性茵及專性厭氧細(xì)菌將污泥中可生物降解的有機(jī)物分解為二氧化碳和甲烷氣(或稱污泥氣、消化氣)，使污泥得到穩(wěn)定。分類： 自然厭氧消化:包括化糞池、雙層沉淀池、堆肥等 人工強(qiáng)化的厭氧消化:有消化池。 消化優(yōu)點(diǎn)（）與消化前污泥相比可減少%的體積;（）生成的沼氣是可利用能源;（）消除了惡臭;（）厭氧菌有一定的抗菌作用,在一定程度上改善了污泥的衛(wèi)生性;（）增加了污泥作為肥料的可利用性。機(jī)理： 1）兩階段機(jī)理 產(chǎn)酸階段、甲烷階段 2）三階段機(jī)理 水解階段、酸性階段、甲烷階段不溶性有機(jī)物和大分子可溶性有機(jī)物水解揮發(fā)性脂肪酸脫氫兼性菌（

2、異養(yǎng)菌）產(chǎn)酸菌（專性菌）細(xì)菌體有機(jī)物其它產(chǎn)物、H2O等簡(jiǎn)單有機(jī)物、長(zhǎng)鏈有機(jī)物CO2、H2O甲烷發(fā)酵甲烷菌（專性自養(yǎng)菌）CH4、H2O細(xì)菌體酸性階段堿性階段水解階段產(chǎn)酸階段甲烷階段水解階段： 在水解與發(fā)酵細(xì)菌作用下，使碳水化合物、蛋白質(zhì)及脂肪水解與發(fā)酵轉(zhuǎn)化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、二氧化碳及氫等。參與的微生物： 包括細(xì)菌、原生動(dòng)物和真菌，統(tǒng)稱水解與發(fā)酵細(xì)菌，大多數(shù)為專性厭氧菌，也有不少兼性厭氧茵。產(chǎn)酸階段： 在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成氫、二氧化碳和乙酸。參與的微生物： 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌以及同型乙酸菌，它們能夠在厭氧條件下，將第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為乙酸、二氧化碳、氫；甲烷階段：

3、通過(guò)兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌的作用，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組是對(duì)乙酸脫按產(chǎn)生甲烷，參與的微生物： 甲烷菌或稱為產(chǎn)甲烷菌，屬于絕對(duì)的厭氧菌，主要代謝產(chǎn)物是甲烷。甲烷菌常見(jiàn)的有四種：甲烷桿菌：桿狀細(xì)胞，連成鏈或長(zhǎng)絲狀，或呈短而直的桿狀；甲烷球菌：球形細(xì)胞呈正圓或橢圓形，排列成對(duì)或成鏈；甲烷八疊球菌：它可繁殖成為有規(guī)則的、大小一致的細(xì)胞，堆積在一起；甲烷螺旋菌：呈有規(guī)則的彎曲桿狀和螺旋絲狀。2、甲烷產(chǎn)值計(jì)算式MCH4=0.35( QC-1.42Rg)VMCH4甲烷產(chǎn)值（L/s）0.35換算系數(shù) 去除效率Q投配量（L/s）一般為連續(xù)投CBODL濃度1.42系數(shù)，由細(xì)菌體重量換算成BODL的

4、換算系數(shù)Rg細(xì)菌體增殖速度 Rg= -Y QY產(chǎn)率系數(shù)，一般為0.05-0.06克細(xì)菌/克BODV消化池容積3、影響厭氧消化的因素1）溫度甲烷菌對(duì)于溫度的適應(yīng)性，可分為兩類，即中溫甲烷菌(適應(yīng)溫度區(qū)為3036)，高溫甲烷菌(適應(yīng)溫度區(qū)為50一53)兩區(qū)之間的溫度，反應(yīng)速度反而減退?？梢?jiàn)消化反應(yīng)與溫度之間的關(guān)系是不連續(xù)的。溫度與有機(jī)物負(fù)荷、產(chǎn)氣量關(guān)系見(jiàn)圖817。 中溫消化： 利用中溫中烷菌進(jìn)行厭氧消化處理的系統(tǒng)。高溫消化： 利用高溫甲烷菌進(jìn)行消化處理的系統(tǒng)。 說(shuō)明：從上圖可知，中溫消化條件下，有機(jī)物負(fù)荷為2.53.0kg(m3d)，產(chǎn)氣量約l1.3m3(m3d)；而高溫消化條件下，有機(jī)物負(fù)荷為6

5、.07.0kg(m3d)，產(chǎn)氣量約3.0一4.0m3(m3d)。 中溫或高溫厭氧消化允許的溫度變動(dòng)范圍為1.52.0。當(dāng)有 3的變化時(shí)，就會(huì)抑制消化速率，有 5的急劇變化時(shí)，就會(huì)突然停止產(chǎn)氣，使有機(jī)酸大量積累而破壞厭氧消化進(jìn)程。 消化時(shí)間：是指產(chǎn)氣量達(dá)到總量的90所需時(shí)間。消化溫度與消化時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)下圖，由上圖可見(jiàn)中溫消化的消化時(shí)間約為20d，高溫消化約為10d。中溫消化的溫度與人體溫接近，故對(duì)寄生蟲卵及大腸茵的殺滅率較低；高溫消化對(duì)寄生蟲卵的殺滅率可達(dá)99，對(duì)大腸菌指數(shù)可達(dá)100 ，能滿足衛(wèi)生要求(衛(wèi)生要求對(duì)蛔蟲卵酌殺滅率95以上大腸茵指數(shù)100 )。2）污泥投配率定義：指每天投加新鮮污泥體

6、積占消化池有效容積的百分?jǐn)?shù) 表達(dá)式：v新鮮污泥量，m3d；n污泥投配率，； v消化池的有效容積，m3 說(shuō)明：投配率過(guò)高，消化池內(nèi)脂肪酸可能積累，pH值下降，有機(jī)物分解程度減少，污泥消化不完全產(chǎn)氣量下降，消化池容積大。 投配率與產(chǎn)氣量的經(jīng)驗(yàn)公式：投配率過(guò)低污泥消化較完全，產(chǎn)氣串較高，消化池容積大，基建費(fèi)用增高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，城市污水處理廠污泥中溫消化的投配率以6一8為宜,相應(yīng)的消化時(shí)間為2012.5d 中溫消化的投配率以10一16為宜,相應(yīng)的消化時(shí)間為610d 3)攪拌和混合作用：使新鮮污泥與熟污泥均勻接觸，加速熱傳導(dǎo)，均勻地供給細(xì)菌以養(yǎng)料；打碎消化池液面上的浮渣層，使整個(gè)池子處于消化活躍狀態(tài)，以提

7、成消化的負(fù)荷方法：泵加水射器攪拌法；消化氣循環(huán)攪拌法和混合攪拌法等 攪拌與否產(chǎn)氣量與投配率關(guān)系9.1610.2011.6013.8518.60不攪拌13.9514.3117.4220.3429.71攪拌產(chǎn)氣量 （m3/m3）54321投配率（%）7.017.307.758.158.70不攪拌7.868.489.9310.6512.06攪拌產(chǎn)氣量 （m3/m3）109876投配率（%）可見(jiàn)攪拌比不攪拌，產(chǎn)氣量約增加30%4)營(yíng)養(yǎng)與碳氮比 厭氧消化池中，細(xì)菌生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)由污泥提供。52.350-55蛋白質(zhì)76.575-73脂肪脂肪酸42.540-44碳水化合物平均（%）含氮量（%）基質(zhì)名稱各種基質(zhì)

8、含氮量合成細(xì)胞所需的碳源擔(dān)負(fù)著雙重任務(wù)：其一是作為反應(yīng)過(guò)程的能源，其二是合成新細(xì)胞。 CN達(dá)到(10一20)：1為宜。如(CN太高，細(xì)胞的氮量不足，消化液的緩沖能力低，pH值容易降低； CN太低，氮量過(guò)多，pH可能上升，銨鹽容易積累，會(huì)抑制消化進(jìn)程。污泥的各種基質(zhì)含量及碳氮比碳氮比 （1）蛋白質(zhì)（）脂肪，脂肪酸（）碳水化合物（）基質(zhì)名稱6.80-7.504.60-5.019.40-10.3545.266.039.028.517.535.026.316.532.0混合污泥剩余污泥初沉池污泥污泥種類從CN看，初次沉淀池污泥比較合適，混合污泥次之，而活性污泥不大適宜單獨(dú)進(jìn)行厭氧消化處理5)酸堿度 在

9、消化系統(tǒng)中，第一、二階段由于有機(jī)酸的積累，使PH值下降，第三階段由于有機(jī)酸的分解，使PH值上升，如果第一、二階段的反應(yīng)速率超過(guò)產(chǎn)甲烷的第三階段，則pH值會(huì)降低，影響產(chǎn)甲烷菌的生活環(huán)境。但是，在消化系統(tǒng)中，由于消化液的緩沖作用，在一定范圍內(nèi)可以避免發(fā)生這種情況。緩沖劑是在有機(jī)物分解過(guò)程中產(chǎn)生的即消化液中的CO2和NH3：水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對(duì)pH值的適應(yīng)范圍大致為56.5，而甲烷菌對(duì)pH值的適應(yīng)范因?yàn)?.67.5之間。因此，要求消化液有足夠的緩沖能力。 堿度計(jì)算6）有毒物質(zhì) 對(duì)消化有抑制作用的物質(zhì)主要有重金屬離子、砷、CN-、有機(jī)酸等 重金屬離子對(duì)甲烷消化的抑制作用有兩個(gè)方面，其一是與酶結(jié)合，產(chǎn)生變性物質(zhì)，使酶的作用消失； 其二是與氫氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。 下表列舉某些物質(zhì)對(duì)消化進(jìn)程產(chǎn)生影響的濃度80003500-5500100-200Na+120002500-4500