(完整版)第三节污泥的厌氧消化
污泥厌氧消化的方法和特点
污泥厌氧消化的方法是什么？污泥厌氧消化的阶段有哪些？污泥厌氧消化的特点是什么？污泥厌氧消化在无氧条件下，污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程称为厌氧消化。
污泥中的有机物含量很高，采用好氧法能耗太大，一般采用厌氧消化法：即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气（或称污泥气、消化气），使污泥得到稳定。
所以污泥厌氧消化过程也称为污泥生物稳定过程。
污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，多年来厌氧消化被概括为两阶段过程，第一阶段是酸性发酵阶段，有机物在产酸细菌的作用下，分解成脂肪酸及其他产物，并合成新细胞；第二阶段是甲烷发酵阶段，脂肪酸在专性厌氧菌——产甲烷菌的作用下转化成CH4和CO2。
1979年，伯力特（Bryant）等人根据微生物的生理种群，提出了厌氧消化三阶段理论，是当前较为公认的理论模式。
三阶段消化突出了产氢产乙酸细菌的作用，并把其独立地划分为一个阶段。
三阶段消化的第一阶段，是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物，蛋白质与脂肪水解与发酵转化成由糖、氨基酸、脂肪酸，甘油及二氧化碳、氢等；第二阶段，是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。
第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羟产生甲烷。
影响污泥消化的主要有以下因素：l）温度：温度影响消化速度，也影响消化深度。
温度为5－15℃称低温消化，30－35℃称中温消化，50－55℃称高温消化。
高温消化几乎可以杀灭一切病原微生物，但操作管理复杂，加热费用高；中温消化只能杀灭部分病原微生物，低温消化效率很低，所以一般采取中温消化。
2）投配率：即每天投入消化池内的生污泥量与池内熟污泥量的百分率。
投配率的大小影响池内污泥的PH值和消化速率。
投配率小污泥消化速度快而充分，产气量高，但要加大池体积；投配率大，消化速度慢，PH值降低，抑制甲烷细菌的生长，破坏正常的消化过程。
污泥计算、厌氧消化处理污泥
污泥计算、厌氧消化处理污泥⼀，污泥的介绍污泥是⽔处理过程的副产物，包括筛余物、沉泥、浮渣和剩余污泥等。
污泥体积约占处理⽔量的0.3%~0.5%左右，如⽔进⾏深度处理，污泥量还可能增加0.5~1倍。
使污泥减量、稳定、⽆害化及综合利⽤。
（1）确保⽔处理的效果，防⽌⼆次污染；（2）使容易腐化发臭的有机物稳定化；（3）使有毒有害物质得到妥善处理或利⽤；（4）使有⽤物质得到综合利⽤，变害为利。
由于污泥处理技术难度⾼、投资⼤、回报不确定等因素，国内涉⾜此领域的企业少且规模⼩，与外国先进国家相⽐差距较⼤。
在我国现有的污⽔处理设施中，有污泥稳定处理设施的不到25％，处理⼯艺和配套设备完善的不到10％。
国外的城市污泥处理与处置已经有近百年的历史，⽆论是进⾏有效利⽤还是填埋处置，污泥处理与其他废物的处理⼀样，皆是以污泥减量化、稳定化、⽆害化、资源化为⽬的。
1）按成分不同分：污泥：以有机物为主要成分。
其主要性质是易于腐化发臭，颗粒较细，⽐重较⼩（约为1.02~1.006），含⽔率⾼且不易脱⽔，属于胶状结构的亲⽔性物质。
初次沉淀池与⼆次沉淀池的沉淀物均属污泥。
沉渣：以⽆机物为主要成分。
其主要是颗粒较粗，⽐重较⼤（约为2左右），含⽔率较低且易于脱⽔，流动性差。
沉砂池与某些⼯业废⽔处理沉淀池的沉淀物属沉渣。
（2）按来源不同分：初次沉淀污泥（也称⽣污泥或新鲜污泥）：来⾃初次沉淀池。
剩余活性污泥（也称⽣污泥或新鲜污泥）：来⾃活性污泥法后的⼆次沉淀池。
腐殖污泥（也称⽣污泥或新鲜污泥）：来⾃⽣物膜法后的⼆次沉淀池。
消化污泥（也称熟污泥）：⽣污泥经厌氧消化或好氧消化处理后的污泥。
化学污泥（也称化学沉渣）：⽤化学沉淀法处理污⽔后产⽣的沉淀物。
例如，⽤混凝沉淀法去除污⽔中的磷；投加硫化物去除污⽔中的重⾦属离⼦；投加⽯灰中和酸性污⽔产⽣的沉渣以及酸、碱污⽔中和处理产⽣的沉渣等均称为化学污泥。
（3）城市污⽔⼚污泥的特性见表城市废⽔⼚污泥的性质和数量表1（1）污泥量计算1初次沉淀污泥量和⼆次沉淀污泥量的计算公式：V=100C0ηQ/1000（100-p）ρ式中：V——初次沉淀污泥量，m3/d；Q——污⽔流量，m3/d；η——去除率，%；（⼆次沉淀池η以80%计）C0——进⽔悬浮物浓度，mg/L；P——污泥含⽔率，%；ρ——沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。
污泥的处理与处置污泥厌氧消化(Anaerobic Digestion)PPT课件
Anaerobic microorganisms especially methanogens are prone to changes in conditions such as temperature, pH, redox potential, etc.
P354
淀粉酶 葡萄糖
乙酸
丁酸
乳酸
甲酸
丙酸
戊酸
五、厌氧消化的机理和过程
Anaerobic Degradation of Protein
P354
蛋白酶
寡肽 肽酶
氨基酸
五、厌氧消化的机理和过程
Anaerobic Degradation of Fat
P354
脂肪酶，磷脂酶
甘油
纤维糖 半乳糖
磷脂 糖脂 胆碱
四、厌氧消化的特点
Comparison between Anaerobic and Aerobic Processes
Anaerobic
Aerobic
Organic loading rate
High loading rates:10-40 kg COD/m3-day Low loading rates:0.5-1.5 kg COD/m3-day (for high rate reactors, e.g. AF,UASB, E/FBR) (for activated sludge process)
The process is more robust to changing environmental conditions
五、厌氧消化的机理和过程
污水处理中的污泥厌氧消化技术
CHAPTER
02
污泥厌氧消化原理
厌氧消化过程
酸化阶段
在厌氧消化过程中，复杂有机物在微生物的作用下被分解 为简单的有机物，如挥发性脂肪酸等，同时产生H2和 CO2。
产酸阶段
在产酸阶段，有机物继续被分解为更简单的化合物，如醇 类、醛类、酮类等，同时产生H2和CO2。
工艺流程
厌氧消化
污泥的预处理
为了提高厌氧消化效率，需要对 污泥进行预处理，如降低含水率 、调节pH值、添加有机酸等。
污泥在厌氧环境中，通过微生物 的作用，将有机物转化为沼气。
沼气的收集与利用
产生的沼气经过收集后，可用于 发电、供热或进行其他用途。
污泥的收集与输送
将污水处理过程中产生的污泥进 行收集，并通过管道或泵送至厌 氧消化设施。
厌氧消化反应机理
发酵反应
发酵反应是指有机物在微生物的作用下被分解为更简单的化合物 ，如醇类、醛类、酮类等。
酸化反应
酸化反应是指有机物在微生物的作用下被分解为更简单的化合物， 如挥发性脂肪酸等。
产甲烷反应
产甲烷反应是指简单有机物在产甲烷菌的作用下被转化为CH4和 CO2。
CHAPTER
03
污泥厌氧消化工艺
厌氧消化技术是一种有效的污泥 处理方式，能够将有机物转化为 沼气，实现能源回收。
技术重要性
减少污泥体积，降低 处置成本。
降低污泥中的有害物 质含量，减少对环境 的影响。
实现有机废弃物的资 源化利用，产生能源 。
技术发展概况
早期的厌氧消化技术发展较慢，近年 来随着环保要求的提高和技术的进步 ，该技术得到了快速发展。
污泥处理技术二：厌氧消化
污泥处理技术二：厌氧消化1. 原理与作用厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机物质，实现污泥稳定化非常有效的一种污泥处理工艺。
污泥厌氧消化的作用主要体现在：（1）污泥稳定化。
对有机物进行降解，使污泥稳定化，不会腐臭，避免在运输及最终处置过程中对环境造成不利影响；（2）污泥减量化。
通过厌氧过程对有机物进行降解，减少污泥量，同时可以改善污泥的脱水性能，减少污泥脱水的药剂消耗，降低污泥含水率；（3）消化过程中产生沼气。
它可以回收生物质能源，降低污水处理厂能耗及减少温室气体排放。
厌氧消化处理后的污泥可满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918中污泥稳定化相关指标的要求。
2. 应用原则污泥厌氧消化可以实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化和资源化，减少温室气体排放。
该工艺可以用于污水厂污泥的就地或集中处理。
它通常处理规模越大，厌氧消化工艺综合效益越明显。
3. 厌氧消化工艺3.1. 厌氧消化的分类1）中温厌氧消化中温厌氧消化温度维持在35℃±2℃，固体停留时间应大于20d，有机物容积负荷一般为2.0~4.0kg/m3⋅d，有机物分解率可达到35％~45％，产气率一般为0.75~1.10Nm3/kgVSS（去除）。
2）高温厌氧消化高温厌氧消化温度控制在55℃±2℃，适合嗜热产甲烷菌生长。
高温厌氧消化有机物分解速度快，可以有效杀灭各种致病菌和寄生虫卵。
一般情况下，有机物分解率可达到35%~45%，停留时间可缩短至10~15d。
缺点是能量消耗较大，运行费用较高，系统操作要求高。
3.2. 传统厌氧消化工艺流程与系统组成传统厌氧消化系统的组成及工艺流程，如图4-1所示。
当污水处理厂内没有足够场地建设污泥厌氧消化系统时，可将脱水污泥集中到其他建设地点，经适当浆液化处理后再进行污泥厌氧消化，其系统的组成及工艺流程图，如图4-2所示。
图1传统污泥厌氧消化工艺流程图图2脱水污泥厌氧消化工艺流程图传统污泥厌氧消化系统主要包括：污泥进出料系统、污泥加热系统、消化池搅拌系统及沼气收集、净化利用系统。
(完整版)污水排放处理方案
(完整版)污水排放处理方案引言概述：污水排放是城市化进程中不可避免的环境问题之一。
为了保护水资源和环境，各地纷纷制定了污水排放处理方案。
本文将详细介绍污水排放处理方案的五个部分，包括污水收集、初级处理、中级处理、高级处理和再生利用。
一、污水收集1.1 管网建设：建立污水管网，将城市各个区域的污水汇集到污水处理厂。
1.2 污水收集井：设置污水收集井，方便收集和调节污水流量。
1.3 污水泵站：在污水收集井中设置污水泵站，将污水送至处理厂。
二、初级处理2.1 格栅除污：通过格栅将污水中的固体杂质拦截，避免对后续处理设备造成堵塞。
2.2 沉砂除油：利用沉砂池和油水分离器去除污水中的沙子和油脂等沉淀物。
2.3 调节池：设置调节池，平衡污水流量和水质波动，为后续处理提供稳定的条件。
三、中级处理3.1 活性污泥法：采用活性污泥法进行生物降解，通过微生物的作用将有机物分解为无机物。
3.2 厌氧消化：将污泥进行厌氧消化，产生沼气，并减少污泥量。
3.3 深度过滤：利用滤池或滤料进行深度过滤，去除残余的悬浮物和微生物。
四、高级处理4.1 膜分离技术：采用膜分离技术，如超滤、反渗透等，去除微量有机物和无机盐。
4.2 活性炭吸附：利用活性炭吸附剂吸附有机物和重金属离子，提高水质。
4.3 光催化氧化：利用光催化剂和紫外光进行氧化反应，降解难降解有机物。
五、再生利用5.1 水质净化：采用深度过滤和消毒等技术，将处理后的水质达到国家标准，可用于农业灌溉、景观水体等。
5.2 能源回收：利用沼气发电、污泥焚烧等方式回收能源，提高资源利用效率。
5.3 循环利用：将处理后的水用于工业生产、城市绿化等领域，实现水资源的循环利用。
总结：污水排放处理方案是保护水资源和环境的重要措施。
通过污水收集、初级处理、中级处理、高级处理和再生利用等五个部分的综合应用，可以有效降低污水排放对环境的影响，实现水资源的可持续利用。
各地应根据实际情况，制定科学合理的污水排放处理方案，促进城市可持续发展。
污泥处理
• 厌氧消化四阶段理论
第一是水解阶段， 固态有机物被细菌的胞外酶水解； 第二是产酸发酵（酸化）阶段； 第三是产氢产乙酸阶段，在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产 物都要乙酸化，称产乙酸化阶段； 第四是产甲烷阶段。 5% 20% 复杂有机化合物
（碳水化合物、蛋白质、类脂类）
水解阶段
10%
水解 简单有机化合物 （糖、氨基酸、肽） 产酸 长链脂肪酸 （丙酸、丁酸等） 13% H2 CO2 17% 乙酸 35%
投配率=1/停留时间
4. 消化池的搅拌 在有机物的厌氧发酵过程中，让反应器中的微 生物和营养物质(有机物)搅拌混合，充分接触，将 使得整个反应器中的物质传递、转化过程加快。 使池内污泥浓度分布均匀，利于 微生物生长繁殖 作用 释放有害气体 使环境因素在反应器内保持均匀
方法： 泵+水射器 消化气循环 混合搅拌法
表19-1 产酸菌和产甲烷菌的特性参数
参数 对pH的敏感性 氧化还原电位Eh 对温度的敏感性 产甲烷菌 敏感，最佳pH为6.8~7.2 <-350mv(中温)，<-560mv(高温) 最佳温度：30~38℃，50~55℃ 产酸菌 不太敏感，最佳pH为 5.5~7.0 <-150~200mv 最佳温度：20~35℃
消化池的构造 主 要 设 备 消化池 附属设备 加热 搅拌 破渣 集气 排液 溢流 浮动式顶盖 加料，排料 池外加热 池内加热 固定式顶盖
螺旋浆 压缩机 射流器抽吸污泥气 用自来水或污泥上清液喷淋 将循环污泥或污泥液送到浮渣层 上 用鼓风机或用射流器抽吸污泥气 进行搅拌
监测防护装置
消化池构造
浮动式盖消化池
（1） 水解与发酵菌 5-6.5 产氢产乙酸菌 5-6.5 产甲烷菌 6.6-7.5 （2）缓冲剂 CO2和NH3（NH3、NH4+） H++HCO3-→H2CO3组成缓冲液 消化系统应保持2000mg/l的碱度，防止pH下降，缓冲能力 弱， 脂肪酸是甲烷发酵的产物，其一般浓度在 1000mgl以下； （3）碱度的调整 投加碱性物质
污泥厌氧消化过程的生态学特征研究
污泥厌氧消化过程的生态学特征研究随着城市化和工业化的快速发展，废水处理成为了城市管理的重点和难点之一。
而污泥的处理则是废水处理工厂中最为重要的环节之一。
其中，污泥厌氧消化是目前一种广泛采用的污泥处理方法。
本文将重点论述污泥厌氧消化过程的生态学特征研究。
一、污泥厌氧消化过程的原理厌氧消化是利用微生物将有机物转化为甲烷等气体的过程。
厌氧消化涉及到多种微生物和化学反应，其基本原理包括酸化、乙酸生成、甲烷生成等过程。
污泥厌氧消化的原理是将污泥置于密闭的有机反应器中，在气密条件下通过厌氧发酵和厌氧呼吸作用，将有机物转化为二氧化碳和甲烷等气体产物。
其中，厌氧发酵的产物主要为有机酸，而厌氧呼吸过程产生的甲烷则是消化过程的最终产物。
二、污泥厌氧消化过程的微生物特征在污泥厌氧消化的过程中，微生物起到了至关重要的作用。
常见的微生物类别包括酸化菌、古生菌和甲烷菌等。
酸化菌：主要包括产酸杆菌、泛酸杆菌和琼脂杆菌等。
这些细菌在厌氧消化过程中，通过发酵分解有机物质，产生有机酸，从而促进消化过程的进展。
古生菌：主要包括甲烷古菌，这些微生物可直接利用碳酸氢盐为碳源，通过还原过程生成甲烷等气体。
甲烷菌：主要包括亚甲基菌和甲烷球菌等。
这些微生物通过将有机酸转化为甲醇和二氢气，然后再将其转化为甲烷，从而完成厌氧消化过程。
三、污泥厌氧消化过程的生态学特征1.菌群结构的变化污泥厌氧消化过程中的生态学特征主要体现在菌群结构的变化上。
厌氧消化过程中，污泥中的菌落数量会增加，而且种类和数量的变化与消化器的操作条件、有机负荷、退化程度等都密切相关。
此外，菌群结构变化亦会影响消化速率和消化效果等指标。
2.传质作用的影响厌氧消化过程中，物质的传质对于菌群的生长和代谢活动都有重要的影响。
由于污泥颗粒大小的不同，传质作用亦有差异，如颗粒较大的污泥质量传输较慢易出现堵塞现象，而颗粒较小的污泥对于气体的传输比较良好。
3.污泥的稳定性在厌氧消化过程中，污泥的稳定性与厌氧发酵的产物有关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
蛋白质分解菌，脂肪分解菌)
产酸菌是兼性厌氧菌和专性厌氧菌，对PH，VFA，温度变化适应性强，增殖速度快；甲烷菌是专性厌氧菌，PH=6.4-7.4，对PH，VFA，温度变化敏感，增殖速度慢。
产甲烷阶段的能量分析: (以乙酸钠为例)
n.,, VFA, pH,biogas,digestionwell
n=5-8% for mosephilic digestion of sludge, HRT= 20-12.5 d
3、搅拌和混合细菌与底物的混合
泵混合，水射器，消化气搅拌，混合搅拌
4、营养与C/N比
C/N= 10-20：1 C一为反应过程提供能源，二为合成新细胞（5：1）C5H7NO3
加温系统：散热量与供热量计算，加热方式，锅炉选择
8.3.5消化池工作方式
标准负荷消化池（无搅拌）
高负荷消化池（完全混合）
两级消化工艺：减少耗热量，减少搅拌能耗，熟污泥含水率低。
一级：二级= 3：1–2：1—1：1（一级有搅拌、加热；二级无搅拌，利用余热消化，兼做浓缩池，排除上清液）消化前8-10天产气量占80%）两级消化不减少池容,两级池子总池容等于一个单级消化池.
虽然厌氧消化过程是要经历多个阶段,但是在连续操作的厌氧消化反应器中这几个阶段同时存在,并保持某种平衡状态.
8.3.2厌氧消化动力学（与好氧相似）
甲烷发酵阶段是厌氧消化速率的控制因素。
动力学方程式：
有机物降解
细菌增殖
有机物浓度与污泥泥龄的关系：
8.3.3厌氧消化池工作原理与影响因素
Gas Gas
进泥进泥
8.3污泥的厌氧消化
厌氧消化法：在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气（biogas），是污泥得到稳定。
8.3.1厌氧消化的机理(间歇实验)
二阶段理论：产酸阶段----产甲烷阶段
四阶段理论：水解、酸化、酸退、甲烷化
根据参与甲烷发酵的不同营养类群微生物对基质的代谢厌氧降解过程分为三个阶段：
污泥----一级消化池----二级消化池---后处理
（一级消化池容大于二级消化池容）
两相消化新工艺，phases，酸化（水解与发酵，产氢产乙酸2个阶段）与甲烷化分别在最佳的环境中进行（PH），
水解酸化速率很快，停留时间1d（投配率100%）；第二相消化池投配率15-17%停留时间6-6.5 d
CO2，H2CH4，CO2
保持足够的碱度(2000mg/l),使其有足够的缓冲能力.
8.3.4厌氧消化池池形和构造
1、池形：圆柱形蛋形P来自612、构造：污泥投配、排泥与溢流系统
沼气排出、收集与储存设备（0.35m3CH4/kgBOD；10-15m3/m3污泥；1-1.3 m3/m3池容）
搅拌系统：沼气搅拌，泵循环搅拌，水射器搅拌，机械搅拌，联合搅拌
高温消化:负荷=6-7kg/m3.d ,产气3-4 ,消化时间10 d.灭菌率99%
（消化时间：产气量达到总量的９０％所需 时间）
2、生物固体停留时间( SRT)与污泥投配率
完全混合消化池的水力停留时间等于污泥龄（无回流，有搅拌，完全混合）
泥龄的表达式与活性污泥法相同
SRT＝池中总生物量／每日排出的生物量
在好氧消化时:
C2H3O2Na+2O2NaHCO3+H2O+CO2+848.8 KJ /mol
在厌氧消化时:
C2H3O2Na +H2O NaHCO3+CH4+29.3 KJ /mol
在底物相同的条件下,厌氧消化产生的能量仅是好氧消化的1/20–1/30.这些能量大部分都用于维持细菌的生活,而只有很少能量由于细胞合成.(这就是厌氧法产生剩余污泥量少的缘故)
Acidification Methanogenesis
（使厌氧生化反应的各阶段处于最优条件下运行，系统处理效率高，总池容小，加温和搅拌能耗少，运行管理方便，消化更彻底）
从动力学知道有机物降解是污泥泥龄的函数，泥龄＝水力停留时间，所以以水力停留时间设计消化池．消化池的水力停留时间以污泥投配率的倒数表示：
式中：V‘=每日投配的新鲜污泥量，m3/d
V=消化池的有效体积，m3
n—污泥投配率，%。1/n是水力停留时间，d。
n., VFA, pH,biogas,digestionworse
三阶段理论：Toerien et al (1970）Substrate flow in anaerobic digestion, 5thInternational Conference on water pollution research, San Francisco,CA.书上:Bryant 1979
C/N，氮不足，消化液缓冲能力低，PH；C/N太低，N；PH，铵盐积累，会抑制消化
5、氮的守恒与转化
保持N平衡，有机N，NH3，N2，细胞N
6、有毒物质
重金属离子对甲烷消化的抑制（表8-15）
阴离子的毒害作用：SO2-4+8H+S2-+4H2O
SO2-45000mg/L H2S的腐蚀作用
氨的毒害作用：
NH3+H2ONH+4+OH-NH4HCO3，PH
NH+4（离子态）150mg/L
7、酸碱度、PH和消化液的缓冲作用
水解发酵与产酸阶段：PH=5-6.5
甲烷菌适应的PH=6.6-7.5（甲烷菌对PH非常敏感）
消化液的缓冲方程式:
H++HCO-3H2CO3
PH=- lgK’+lg(HCO-3)/(H2CO3)
H2
单糖VFA CO2 H2 4H2+CO2CH4+2H2O
复杂有机物较高级的有机酸CH4methane
水解与发酵H Ac 2CH3COOH2CH4+2CO2
(水解与发酵菌)乙酸Acetic acid
细菌原生动物生成乙酸与脱氢生成甲烷
真菌(产氢产酸菌) (产甲烷菌)
第一阶段第二阶段第三阶段
(纤维素分解菌产氢产乙酸菌甲烷杆菌球菌
上清液
出泥加热
出泥
标准负荷厌氧消化池 高负荷厌氧消化池
在厌氧消化池中３个阶段同时存在，甲烷发酵阶段的速率最慢，因此甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素，影响厌氧消化池正常工作的主要因素如下：
1、温度
中温（30-350C）与高温（50-550C）
mesophilic and thermophilic
中温消化：负荷=2.5-3.0产气量1-1.3 m3/m3d,消化时间20d ,灭菌率低