影響污泥厭氧消化的因素探析及預(yù)處理技術(shù)介紹

導(dǎo)語(yǔ)

污泥是由多種微生物形成的菌膠團(tuán)的集合體，含有大量極易腐敗的有機(jī)物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國(guó)污泥生成量已達(dá)到3015.9萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2020年將突破6000萬(wàn)噸。污泥產(chǎn)量增長(zhǎng)的同時(shí)亦帶來(lái)了嚴(yán)峻的環(huán)境污染壓力。因此如何減少污泥污染并且有效利用這類(lèi)生物質(zhì)能源對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

一、污泥厭氧消化技術(shù)概述

目前污泥的主要處理處置工藝有厭氧消化、好氧堆肥、干化焚燒、石灰穩(wěn)定、深度脫水等。污泥處置技術(shù)雖然呈多樣化的形式，但大多是基于使污泥達(dá)到減量化、無(wú)害化和穩(wěn)定化的目的。因此，在達(dá)到這些目的同時(shí)，如何結(jié)合社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益最大化地利用污泥中的有機(jī)質(zhì)，是今后污泥處理處置技術(shù)發(fā)展所需考慮的重點(diǎn)方向。

其中，污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣作為污泥處置的重要技術(shù)，不僅能夠解決生成量見(jiàn)長(zhǎng)的污泥所造成的環(huán)境問(wèn)題，而且能夠緩解當(dāng)前日益緊張的能源供需矛盾。早在“十一五”起，國(guó)家已提出厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣作為污泥處理的重要工藝技術(shù)，并鼓勵(lì)廣泛推廣。

但是，污泥厭氧消化的投資高、處理技術(shù)較復(fù)雜、啟動(dòng)和處理的時(shí)間長(zhǎng)，特別是我國(guó)北方地區(qū)由于溫度低，對(duì)污泥厭氧消化系統(tǒng)的運(yùn)行管理提出了更高的要求，因此一定程度上限制了污泥厭氧消化法的使用。因此如何充分發(fā)揮污泥厭氧消化的優(yōu)勢(shì)，解決污泥厭氧消化的問(wèn)題，提高污泥消化速率，走污泥的資源化利用之路，是今后發(fā)展污泥厭氧消化處理的重中之重。

二、污泥厭氧消化的原理

污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是指利用厭氧菌對(duì)污泥進(jìn)行發(fā)酵，使污泥中富含的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類(lèi)等大分子有機(jī)質(zhì)逐級(jí)降解為甲烷、二氧化碳等小分子物質(zhì)的過(guò)程。目前厭氧消化較為公認(rèn)模式為三階段理論，第一階段為水解發(fā)酵階段，第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，第三階段為產(chǎn)甲烷階段。

在第一階段，污泥中的一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物被分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物，如一些脂類(lèi)的物質(zhì)會(huì)被轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油，一些蛋白質(zhì)分子會(huì)被轉(zhuǎn)化成氨基酸，一些纖維素類(lèi)物質(zhì)也會(huì)被水解成糖類(lèi)等，然后產(chǎn)酸菌會(huì)通過(guò)厭氧發(fā)酵和氧化等過(guò)程把這些簡(jiǎn)單的有機(jī)物進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化成醇類(lèi)和脂肪酸類(lèi)如甲酸、乙酸、丙酸等;

在第二階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌會(huì)把水解階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如醇類(lèi)和丙酸、丁酸等脂肪酸類(lèi)簡(jiǎn)單有機(jī)物(甲烷、甲醇、乙酸除外)轉(zhuǎn)化乙酸和氫并且會(huì)有二氧化碳放出;

在第三階段，產(chǎn)甲烷菌會(huì)將前兩個(gè)階段產(chǎn)生的乙酸、氫氣及二氧化碳等小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。

三、污泥厭氧消化的影響因素

一般而言，影響污泥厭氧消化的因素主要包括以下四點(diǎn)：

①溫度。溫度是厭氧發(fā)酵過(guò)程主要影響因素，適宜的溫度能使污泥中有機(jī)物充分分解，增加產(chǎn)氣量。根據(jù)溫度的高低可分為常溫消化(10-30℃)、中溫消化(30-35℃左右)和高溫消化(50-55℃左右)。目前的消化系統(tǒng)溫度一般在35℃左右，屬于中溫消化，在此溫度下，有機(jī)物的反應(yīng)速率較快，產(chǎn)氣量比較多，產(chǎn)生的浮渣量比較少，且反應(yīng)后污泥混合液固液容易分離。

②污泥底物營(yíng)養(yǎng)組成。污泥底物營(yíng)養(yǎng)主要表現(xiàn)在C/N比值，厭氧細(xì)菌所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是由投配污泥提供的，是衡量營(yíng)養(yǎng)配比的最重要的指標(biāo)，C/N太高，細(xì)菌所需要的氮含量不足，消化液的緩沖能力就會(huì)降低，pH值就會(huì)下降;C/N 太低 ，氮含量過(guò)多，pH值就會(huì)升高，從而抑制消化過(guò)程，且容易造成系統(tǒng)中氨氮濃度過(guò)高，出現(xiàn)氨中毒。

③pH值。水解過(guò)程與發(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5-6.5，而對(duì)產(chǎn)甲烷菌的pH值的適應(yīng)范圍為6.6-7.5。如果超出厭氧微生物生長(zhǎng)繁殖適宜的pH值范圍，進(jìn)而影響微生物細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)過(guò)程。

④其他影響因素，如攪拌，其目的是使消化池內(nèi)的新舊污泥混合均勻，同時(shí)避免污泥結(jié)殼，使消化產(chǎn)物及時(shí)分離，從而提高消化效率、增加產(chǎn)氣量。另外則是污泥齡與投配率則表現(xiàn)在污泥在消化池內(nèi)的停留時(shí)間，投配率是指每天投入的新污泥占消化池有效體積的比例，投配率高，消化速度慢，則會(huì)造成產(chǎn)氣量下降，所以需根據(jù)基建面積和含水率適量投配。

四、污泥厭氧消化技術(shù)預(yù)處理方式

在污泥厭氧消化過(guò)程中，可以通過(guò)采用一定的預(yù)處理技術(shù)，例如破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，釋放有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)污泥的水解速率，從而改善污泥厭氧消化性能，使污泥厭氧消化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可用性不斷得到提高。

1高壓噴射預(yù)處理技術(shù)

利用高壓泵，循環(huán)噴射污泥至一個(gè)固定的碰撞盤(pán)上，在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械力可以將污泥當(dāng)中微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)給予破壞，釋放細(xì)胞當(dāng)中的物質(zhì)，使污泥中蛋白質(zhì)含量得到提高，促進(jìn)水解。利用3MPa高壓噴射預(yù)處理的污泥，經(jīng)過(guò)厭氧消化，污泥揮發(fā)性固體的去除率明顯獲得提高，可以達(dá)到13%-50%，這就說(shuō)明利用高壓噴射方法可以促進(jìn)污泥厭氧消化的進(jìn)行。

2超聲波預(yù)處理技術(shù)

利用超聲波處理法、破碎細(xì)胞超聲波技術(shù)實(shí)施污泥的預(yù)處理。主要是破壞微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁，可以釋放細(xì)胞的有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)污泥水解和消化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以明確，利用低頻超聲波可以獲得最有效地機(jī)械力，超聲波處理污泥的時(shí)間要控制在30分鐘 以內(nèi)，因?yàn)殡S著處理時(shí)間的增加，污泥產(chǎn)氣量也會(huì)由此增加。超聲波技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生污染，同時(shí)分解速度非?？?，可以在極短的時(shí)間內(nèi)釋放細(xì)胞中的物質(zhì)，但是固體水解效果卻比較差，此外各種液體參數(shù)和超聲波設(shè)備會(huì)直接影響到超聲波的作用，因此在大規(guī)模工程中仍舊無(wú)法普及應(yīng)用。

3熱處理技術(shù)

熱處理法主要就是利用加熱的方式，使污泥當(dāng)中部分細(xì)胞體受熱膨脹，最后破裂，釋放出蛋白質(zhì)和膠質(zhì)等，隨后在高溫影響下，通過(guò)受熱水解、溶化，形成氨氮、揮發(fā)酸、碳水化合物等，這樣可以促進(jìn)污泥厭氧消化。通過(guò)大量的試驗(yàn)，可以得知污泥水解熱處理最佳的溫度范圍為165℃-180℃。

4堿處理法

在常溫條件下，通過(guò)加堿的方式，促進(jìn)污泥溶解自身一些纖維成分。利用堿液預(yù)處理，可以有效地溶解污泥中硝化纖維，轉(zhuǎn)化硝化纖維為有機(jī)碳化合物，具有可溶性特點(diǎn)。總之，利用堿處理法可以在增污泥中COD和VS的降解率，使其產(chǎn)氣量不斷增大，同時(shí)提高產(chǎn)氣中的甲烷含量，使污泥厭氧消化的周期不斷明顯縮短。

1 2

編輯：王媛媛