[科普中國(guó)]-消化污泥

簡(jiǎn)介

污泥消化是利用微生物的代謝作用，使污泥中的有機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定化。當(dāng)污泥中的揮發(fā)性固體VSS含量降到40%以下時(shí)，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定化。污泥消化可以采用好氧處理工藝，也可以采用厭氧處理工藝。1

污泥耗氧消化是以耗氧的方式氧化污泥中的有機(jī)物質(zhì)，并且減少污泥的質(zhì)量和體積。操作污泥耗氧消化如同操作活性污泥系統(tǒng)，只要微生物環(huán)境維持穩(wěn)定（如溫度、pH、無(wú)毒性物質(zhì)干擾），系統(tǒng)將能自我維持。

厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng)，分解污泥中有機(jī)物質(zhì)的一種污泥處理工藝。厭氧消化是使污泥實(shí)現(xiàn)“四化”的主要環(huán)節(jié)。首先，有機(jī)物被厭氧消化分解，可使污泥穩(wěn)定化，使之不易腐敗。其次，通過(guò)厭氧消化，大部分病原菌或蛐蟲(chóng)卵被殺滅或作為有機(jī)物被分解，使污泥無(wú)害化。第三，隨著污泥被穩(wěn)定化，將產(chǎn)生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經(jīng)消化以后，其中的部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的減量化雖然主要借濃縮和脫水，但有機(jī)物被厭氧分解，轉(zhuǎn)化成沼氣，這本身也是一種減量過(guò)程。

厭氧消化厭氧污泥消化過(guò)程主要包括兩個(gè)階段：酸化階段和甲烷化階段。固態(tài)有機(jī)物主要成分是天然高分子化合物，如淀粉、纖維素、油脂和蛋白質(zhì)等，在無(wú)氧環(huán)境中降解為有機(jī)酸、醇、醛、水分子等液態(tài)產(chǎn)物和CO2、H2、NH3、H2S等氣體分子，氣體大多溶解在泥液中。該階段的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，所以pH值迅速下降。低pH值有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作用，而NH3的溶解產(chǎn)物NH4OH有中和作用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的酸化階段，pH值回升后，進(jìn)入氣化階段。氣化階段產(chǎn)生的氣體主要是甲烷，因此也稱(chēng)該階段為甲烷化階段，與酸化階段相應(yīng)。該階段的CO2也比較多，還有微量的H2S。也有學(xué)者研究認(rèn)為厭氧污泥消化經(jīng)歷四個(gè)階段：水解、酸化、乙酸化、甲烷化。

相關(guān)微生物①主要包括細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物等。細(xì)菌包括纖維素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白質(zhì)分解菌以及脂肪分解菌等。真菌包括毛霉、根霉、曲霉和共頭霉等。原生動(dòng)物包括鞭毛蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)和變形蟲(chóng)等。

②產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌以及同型產(chǎn)乙酸菌。

③產(chǎn)甲烷菌，主要包括甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷八疊球菌和甲烷螺旋菌。

目的（1）減少污泥體積

減少污泥中可降的有機(jī)物含量，使污泥的體積減少。與消化前相比，消化污泥的體積一般可減少1/2～1/3。

（2）穩(wěn)定污泥性質(zhì)

減少污泥中可分解、易腐化物質(zhì)的數(shù)量，使污泥性質(zhì)穩(wěn)定。

（3）提高污泥的脫水效果

未消化的污泥呈粘性膠狀結(jié)構(gòu)，不易脫水。消化過(guò)的污泥，膠體物質(zhì)被氣化、液化或分解，使污泥中的水分與固體易分離。

（4）利用產(chǎn)生的甲烷氣體

污泥在消化過(guò)程中產(chǎn)生沼氣，沼氣中有用的甲烷氣體約占2/3，可做為燃料用來(lái)發(fā)電、燒鍋爐、驅(qū)動(dòng)機(jī)械等。

（5）消除惡臭

污泥在厭氧消化過(guò)程，硫化氫分離出硫分子或與鐵結(jié)合成為硫化鐵，因此消化后的污泥不會(huì)再發(fā)出惡臭。

（6）提高污泥的衛(wèi)生質(zhì)量

污泥中含有很多有毒物質(zhì)如細(xì)菌、病原微生物、寄生蟲(chóng)卵，極不衛(wèi)生。污泥在消化過(guò)程中，產(chǎn)生的甲烷菌具有很強(qiáng)的抗菌作用，可殺死大部分病原菌以及其它有害微生物，使污泥衛(wèi)生化。

工藝對(duì)磷系統(tǒng)的作用（1） 在好氧的狀態(tài)下，微生物過(guò)量吸收污水中的磷，之后通過(guò)排除污泥將磷從系統(tǒng)中去除。污水中的一部分磷隨著剩余污泥排出系統(tǒng)，而大部分含磷污泥與污水一起回流進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，在厭氧的不利狀態(tài)下，活性污泥中的聚磷菌將體內(nèi)的聚磷分解產(chǎn)生能量，一部分能量供給自身的生存，另一部分則供給聚磷菌主動(dòng)吸收水體中的乙酸酐并將其轉(zhuǎn)化為PHB儲(chǔ)存在體內(nèi)。在聚磷菌分解聚磷時(shí)，將磷釋放到泥液中，這就時(shí)厭氧釋磷。在好氧狀態(tài)下，微生物將聚集在體內(nèi)的PHB分解釋放出大量能量，一部分供給自身的生長(zhǎng)繁殖，一部分供給聚磷菌大量吸收泥液中的磷，這就是好氧吸磷。

（2） 影響生物除磷因素：

① DO：要取得較好的生物除磷效果，必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)中的厭氧條件，要保證系統(tǒng)中既沒(méi)有分子態(tài)氧，也沒(méi)有氧化態(tài)氧，以保證除磷菌有效吸收有機(jī)物并釋放磷。

② 一般硝酸鹽的存在會(huì)影響除磷效果，但是當(dāng)COD/TKN>10時(shí)，硝酸鹽對(duì)生物除磷影響較小。

③ 泥齡：一般污泥泥齡較短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥較多，可以取得較好的除磷效果。

④ BOD負(fù)荷：BOD/TP=20是正常生物除磷的底限。

⑤ 溫度和pH，一般有影響，但是影響不大。

微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)四個(gè)假定

（1）反應(yīng)器系統(tǒng)中指定種類(lèi)微生物的所有個(gè)體都是相同的，事實(shí)上，由于所處生命周期階段不同，每個(gè)微生物的生理狀態(tài)都是不同的。

（2）隨即現(xiàn)象可以忽略，即細(xì)胞之間的任何隨機(jī)性差別都不予考慮。

（3）每個(gè)微生物功能組別（如，好氧異氧菌、自養(yǎng)菌等）中，所有的微生物都被看作屬于同一個(gè)種類(lèi)，且在一個(gè)微生物種類(lèi)中不考慮其個(gè)體，因?yàn)槲覀冴P(guān)注的之微生物群整體。

（4）假設(shè)懸浮生長(zhǎng)式反應(yīng)器的反應(yīng)是均勻進(jìn)行的，盡管反應(yīng)器中的微生物會(huì)處于不同的生長(zhǎng)階段。

設(shè)備螺旋槳式攪拌設(shè)備組成簡(jiǎn)單，操作容易，可以通過(guò)豎管向上或向下兩個(gè)方向推動(dòng)污泥，因此在固定污泥液面的前提下，能夠有效地消除浮渣層。螺旋槳式攪拌器特別適用卵形或者帶陡峭錐底的圓柱形消化池。運(yùn)行簡(jiǎn)單，維修量少。但在池內(nèi)的螺旋槳發(fā)生故障時(shí)，消化池需打開(kāi)，消化系統(tǒng)要停止運(yùn)行。螺旋槳式攪拌器的能力，一般情況下按照，在一天內(nèi)將消化池全池完全攪拌一次的次數(shù)和完成攪拌一次的時(shí)間來(lái)選擇。

懸掛噴嘴式沼氣攪拌器，主要由懸掛在池頂部的沼氣輸送豎管和噴咀組成。攪拌器可以按需要在池內(nèi)多點(diǎn)布置，并可分組運(yùn)行。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；設(shè)置和操作靈活；由于可分組攪拌，使所需要的攪拌強(qiáng)度較??；對(duì)池的適應(yīng)性強(qiáng)；不受液面控制等優(yōu)點(diǎn)。此類(lèi)形的攪拌器適合于上述的各種池形，用在平底或底部錐形較緩的消化池中更顯示出其優(yōu)點(diǎn)。攪拌器的能力，一般情況下按照，一天內(nèi)將消化池全池完全攪拌一次的次數(shù)及攪拌系統(tǒng)的組數(shù)和完成攪拌一次的時(shí)間來(lái)選擇。

多根束管式沼氣攪拌器主要由多根沼氣輸送管（束管）和沼氣釋放口組成。束管由消化池頂部的中間位置進(jìn)入池中，延伸至池底部的釋放口。此攪拌器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，易操作。但容易堵塞，需在池頂各束管端頭增設(shè)觀(guān)察球及高壓水沖洗裝置。因沼氣釋放口的設(shè)置聚集在池底中部，適合于小直徑且?guī)Ф盖湾F底的池形。攪拌器的選型根據(jù)整池的容積選擇。

底部多根吹管式沼氣攪拌器底部多根吹管式沼氣攪拌器主要由多根沼氣輸送管和沼氣釋放口組成。沼氣輸送管可從池頂部側(cè)壁或池側(cè)面進(jìn)入，沿池底伸入到池中部與沼氣釋放口連接。與多根束管式沼氣攪拌器類(lèi)似，此方式攪拌器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，易操作。但易堵塞；因沼氣釋放口的設(shè)置聚集在池底中部，適合于小直徑且?guī)Ф盖湾F底的池形攪拌器。攪拌器的選型根據(jù)整池的容積選擇。

上述常用的四種攪拌形式中，除螺旋槳機(jī)械攪拌器外，另外三種均利用消化池運(yùn)行中產(chǎn)生的沼氣。沼氣攪拌法的優(yōu)點(diǎn)是：由于沼氣的氣泡迅速上升造成的湍流可提高混合質(zhì)量；污泥可以在內(nèi)部循環(huán)；通過(guò)在污泥表面形成的湍流防止浮渣形成；改善脫氣效果；與消化池的形狀和污泥的液位無(wú)關(guān)。但沼氣攪拌系統(tǒng)的組成較復(fù)雜，一般由沼氣壓縮機(jī)、沼氣噴射管及沼氣循環(huán)管及附屬的冷凝水排放、沼氣過(guò)濾器等組成。其運(yùn)行管理復(fù)雜。由于沼氣具有易燃和易爆的特性，因此，沼氣攪拌工藝對(duì)設(shè)備的安裝，所使用管件的制造材料和安全措施有特殊的要求。對(duì)運(yùn)行和操作要求嚴(yán)格。污泥厭氧消化處理在技術(shù)和投資上都是污泥處理工藝中重要的組成部分，污泥厭氧消化的工藝設(shè)計(jì)較復(fù)雜，需要考慮確定的因素很多。

VD工藝處理過(guò)程VD工藝是一個(gè)高效的高溫好氧污泥消化過(guò)程，它與其它高溫消化系統(tǒng)相比其不同之處在于將三個(gè)獨(dú)立的功能區(qū)放在一個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行。反應(yīng)器的上部是一級(jí)反應(yīng)區(qū)，包括一個(gè)同心循環(huán)管路和用于混合污泥循環(huán)的循環(huán)區(qū)。在一級(jí)反應(yīng)區(qū)的下部為混合區(qū)，位于整個(gè)反應(yīng)器的1/2深度處，空氣由此處注入，通過(guò)空氣的提升作用為內(nèi)部的循環(huán)提供動(dòng)力；反應(yīng)器的底部為深度氧化區(qū)，底部能夠提供殺死病菌如沙門(mén)氏菌和大腸桿菌等所需要的高溫65℃及停留時(shí)間，從而保證污泥產(chǎn)品的質(zhì)量。VD工藝的處理過(guò)程如下：

1、空氣通過(guò)進(jìn)流管進(jìn)入混合區(qū)上部，由于水體中的氣泡和溶解氧形成一個(gè)垂直方向密度梯度，從而導(dǎo)致整個(gè)一級(jí)反應(yīng)區(qū)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

2、在這個(gè)循環(huán)建立并穩(wěn)定后，將空氣進(jìn)入點(diǎn)移到混合區(qū)的下部，未處理的污泥則通過(guò)進(jìn)流管進(jìn)入反應(yīng)器中并進(jìn)行循環(huán)，其進(jìn)流管在進(jìn)氣口上方。

3、由于高的水位壓力，根據(jù)亨利定律，從面保證水中的高的氧氣傳遞速率和混合液中具有很高的溶解氧，從而有效保證一級(jí)反應(yīng)區(qū)和深度氧化區(qū)所需要的溶解氧。

4、反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的混合液體當(dāng)?shù)竭_(dá)反應(yīng)器頂部的接觸池時(shí)，混合液中含有廢氣的氣泡將釋放出來(lái)，釋放出來(lái)的廢氣進(jìn)入生化過(guò)濾器過(guò)濾后排放，去掉這些氣體對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行是非常重要的。

5、混合區(qū)中比例很小的一部分從混合區(qū)進(jìn)入下部深度氧化區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)溶解氧含量極高，停留時(shí)間較長(zhǎng)，污泥中剩余有機(jī)成分全在此處被高度氧化，同時(shí)所含的溶氣也有利于后續(xù)產(chǎn)物池內(nèi)的固液分離。在此過(guò)程中最關(guān)鍵和最重要的特點(diǎn)是在這個(gè)過(guò)程中隨著有機(jī)物的氧化，污泥溫度不斷升高，并利用周?chē)己玫谋丨h(huán)境使反應(yīng)器內(nèi)的溫度得到穩(wěn)定并維持在一定水平（65攝氏度）。

6、消化后污泥以極快的速度（2m/s）被抽到位于地表的分離池，由于速度很快從而保證不會(huì)在反應(yīng)器的內(nèi)部產(chǎn)生沉淀情況，同時(shí)在污泥向地表的流動(dòng)過(guò)程中，由于快速的減壓，形成了充分充氧的低密度的絮體。使其在分離池中產(chǎn)生浮選作用，頂部被浮選出來(lái)的污泥其濃度將達(dá)到含泥率10%。底部的液體則回到水處理系統(tǒng)中。

7、污泥經(jīng)脫水后可得到含固率大于30%的便于運(yùn)輸?shù)哪囡灧柿稀?/p>

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1、總投資比傳統(tǒng)工藝??；

2、占地少，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常緊湊，占地面積??；

3、處理效果好。在處理過(guò)程中，能在四日的停留時(shí)間內(nèi)使揮發(fā)性固體減少40%-50%。經(jīng)處理后的出廠(chǎng)污泥可達(dá)到美國(guó)EPA中A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污泥經(jīng)脫水后，可以直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置問(wèn)題；

4、運(yùn)行費(fèi)用為傳統(tǒng)高溫好氧消化的一半以下，去除每千克可揮發(fā)固體是動(dòng)力需求為1.4kw.h；

5、對(duì)消化后的污泥，只需要加少量的有機(jī)絮凝劑進(jìn)行污泥脫水可使污泥含水率降至65－70%，這樣可以降低運(yùn)輸和處理費(fèi)用。

6、環(huán)境影響小，采用VD污泥處理工藝，異味氣體和揮發(fā)性有機(jī)物的排放量很低，同時(shí)較低的空氣需要量及獨(dú)特的設(shè)計(jì)可以減少泡沫的產(chǎn)生；

7、在氣候非常惡劣的地方，或?yàn)榱送苓叚h(huán)境相協(xié)調(diào)時(shí)，可以將該系統(tǒng)設(shè)置于封閉的建筑物之內(nèi)；

8、維修管理方便，并可以通過(guò)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守；

9、使用價(jià)格不高的熱交換器，即可實(shí)現(xiàn)過(guò)程的熱量回收（收回的熱量可用來(lái)采暖），而不需要象厭氧消化那樣配置價(jià)格昂貴的氣體凈化裝置和專(zhuān)用鍋爐。

消化污泥處理消化污泥是污水處理的最終產(chǎn)物，它必須對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生有害污染。自從污水處理以來(lái)，已經(jīng)實(shí)踐過(guò)的方法是在農(nóng)業(yè)污泥的利用上。如果比較其污水污泥的成分和廄肥的成分，很清楚，由于污泥可作為土壤的有機(jī)成分，并作為肥料，成為植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，所以，它能夠被人們大量利用。

因此，污水污泥已經(jīng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上所需要的，污水污泥是一種潛在的再循環(huán)營(yíng)養(yǎng)源，下述數(shù)據(jù)充分說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題(Kreft，1983)。1981年，年產(chǎn)達(dá)35000萬(wàn)m3的污水污泥，相當(dāng)于30000t磷和40000—50000t氮，以人工肥料價(jià)值計(jì)算，等于220000萬(wàn)馬克(DM)。而且，有機(jī)物質(zhì)含量達(dá)800000t，以泥炭?jī)r(jià)值計(jì)算，相當(dāng)于360000萬(wàn)馬克。當(dāng)有人考慮到我們可利用的磷源非常有限，而且耕作土壤由于有機(jī)成分的缺乏而受到威脅時(shí)，那么，很明顯，農(nóng)業(yè)利用污水污泥是一項(xiàng)有意義的事情，而不僅僅只限于經(jīng)濟(jì)上的原因。

然而，污泥的農(nóng)業(yè)利用也有需要考慮的問(wèn)題，對(duì)大污水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，污水污泥的日產(chǎn)量大，大田處理所要求的面積大，轉(zhuǎn)移距離遠(yuǎn)，通常運(yùn)輸困難阻礙了這種處理方法的推廣利用。也有成功經(jīng)驗(yàn)，下薩斯韋班德聯(lián)邦污水處理廠(chǎng)在1982年把381000m3的污泥施入農(nóng)田。這說(shuō)明了即使大量的污水污泥，只要適當(dāng)安排，也能采用此法處理掉。大型污水廠(chǎng)廣泛地采用新技術(shù)解決這些難題，使得污水污泥和石灰混合，或和鐵鹽有機(jī)絮凝劑等混合，機(jī)械脫水，填埋處理或在焚化爐中燃燒。這些方法當(dāng)然還會(huì)產(chǎn)生少量的脫水污泥，再行最終處理。但這些方法也具有負(fù)作用，諸如，氣體排放使得污染物散失，有毒物質(zhì)隨氣體凈化裝置的洗滌液重新循環(huán)到污水廠(chǎng)，以及棄置的污物侵占農(nóng)田等。

除過(guò)污泥量的爭(zhēng)議外，對(duì)于農(nóng)業(yè)使用污泥來(lái)說(shuō)，其污水污泥的性質(zhì)也起著很大的作用。特別要進(jìn)一步考慮三個(gè)方面的問(wèn)題。首先是弄清楚所供給的污泥的成分，第二是衛(wèi)生學(xué)障礙，第三是污泥有毒物質(zhì)的含量。2