第06章污泥处理2

第3节污泥的稳定污泥稳定化的处理方法:厌氧消化法好氧消化法氯化氧化法石灰稳定法热处理法常用方法厌氧消化目的污泥中的挥发性固体的量降低40％左右过程水解、酸化、产乙酸、产甲烷控制过程固态物的水解、液化、产甲烷优点产生能量使污泥固体总量减少作土壤调节剂杀死致病菌缺点投资大运行易受环境条件的影响消化污泥不易沉淀消化反应时间长厌氧消化（厌氧生物处理）基本原理••厌氧消化二阶段理论厌氧消化二阶段理论酸性消化阶段产酸阶段碱性消化阶段甲烷消化阶段碳水化合物脂肪蛋白质有机酸乙醇乙醛甲烷二氧化碳产酸菌产甲烷菌废水处理工艺中的厌氧微生物在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（menthanogens）。表19-1产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对pH的敏感性敏感，最佳pH为6.8~7.2不太敏感，最佳pH为5.5~7.0氧化还原电位Eh-350mv(中温)，-560mv(高温)-150~200mv对温度的敏感性最佳温度：30~38℃，50~55℃最佳温度：20~35℃乙酸CH4CO228%72%长链脂肪酸（丙酸、丁酸等）简单有机化合物（糖、氨基酸、肽）复杂有机化合物（碳水化合物、蛋白质、类脂类）13%10%5%20%35%17%水解产酸H2CO2••厌氧消化三阶段理论厌氧消化三阶段理论根据厌氧消化三阶段理论，复杂有机物的厌氧消化过程主要包括水解、产酸和产甲烷三个阶段，由多种相互依存的细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧化碳，并合成自身细胞物质。每一阶段各有其独特的微生物类群：水解阶段起作用的细菌：主要包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌：主要产氢产乙酸细菌群，利用水解阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等；产甲烷阶段起作用的细菌：是产甲烷菌，利用乙酸、丙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和H2/CO2是其主要基质。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。••厌氧消化四阶段理论厌氧消化四阶段理论乙酸CH4CO228%72%长链脂肪酸（丙酸、丁酸等）简单有机化合物（糖、氨基酸、肽）复杂有机化合物（碳水化合物、蛋白质、类脂类）13%10%5%20%35%17%水解产酸H2CO2产甲烷阶段产氢产乙酸阶段产酸发酵阶段水解阶段影响污泥厌氧消化的主要因素1.pH和碱度最佳为7.0~7.3厌氧消化产生有机酸pH甲烷菌分解有机酸时产生的重碳酸盐不断增加2.温度中温：33~35ºC高温：50~55ºC温度与有机物负荷、产气量关系温度（C）0555045403530251213425637840产气量（m/m·d）有机物负荷（kg/m·d）消化温度与消化时间的关系T（C）6050403020100120105907560453015消化时间t（d）高温消化中温消化常温消化3.负荷投配率——每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数。城市污水中温消化（投配率5-8%）相应的消化时间为1/（5%）-1/（8%）=20-12.5d，高温消化（10-16%）用投配率表示计算厌氧消化池的容积投配率=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。作用使池内污泥浓度分布均匀，利于微生物生长繁殖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沼气风机搅拌螺旋浆搅拌的消化池原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长，缓冲能力下降。若C/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。5.营养与C/N比污泥采用：C/N=（10-20）：1（1）氨氮厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。消化系统中的由于细胞的增殖很少，故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力。6.有毒物质挥发性脂肪酸（VFA是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。（3）S2-的毒害作用无机SO4的还原2-H2S释放：抑制微生物活性，降低产气量，对管道腐蚀性很强硫酸盐还原菌的作用下（2）挥发性脂肪酸控制COD/SO4,比值越大影响越小重金属对甲烷消化的抑制毒阈浓度：例如：重金属Cu2+、Hg2+10~10mol/l（3）其他抑制物质-5-3有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括金属离子、有机化合物、氰化物等。（4）重金属对厌氧消化具有抑制作用的物质抑制物质浓度/(mg/L)抑制物质浓度/(mg/L)挥发性脂肪酸2000Na3500～5500氨氮1500～3000Fe1710溶解性硫化物200Cr6+3Ca2500～4500Cr3+500Mg1000～1500Cd150K2500～4500酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用（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厌氧消化有机酸pH产生的重碳酸盐不断增加有机酸被产甲烷菌分解pH保证消化液碱度含量，增加缓冲体系，维持pH值稳定平衡平衡破坏时两级厌氧与两相厌氧处理•两级厌氧生物处理•两相厌氧生物处理两级高负荷率厌氧消化系统两级厌氧生物处理•两级消化：根据沼气产生的规律设计。•目的：节省能量（节省污泥加温与搅拌的部分能量）•特点：第一级：加热（33～35℃）、搅拌；第二级：不加热（20～26℃）、不搅拌（可视为污泥浓缩池用）。消化时间与产气率关系曲线消化时间（d)048121620242830102030405060708090100产气率（%）30C两相厌氧生物处理•两相厌氧消化：根据消化机理设计。•目的：改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗。•特点：第一相：n=100%；t停=1d处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）。需加热少、需要搅拌。第二相：n=（15～17）%；；处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌。•优点：（1）总容积小（2）加热耗热量少，（3）运行管理方便消化池的构造主要设备搅拌螺旋浆压缩机射流器抽吸污泥气破渣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集气排液溢流监测防护装置加料，排料附属设备消化池浮动式顶盖固定式顶盖加热池外加热池内加热消化池构造浮动式盖消化池污泥消化池大型厌氧生物处理消化池的设计计算内容池体设计加热保温系统设计搅拌设备设计池体选型确定池的数目和单池容积确定池体各部尺寸布置消化池的各种管道消化池有效容积按每天处理污泥量及污泥投配率进行计算：100'×=pVV消化池座数n：0VVn=消化池有效容积按有机负荷(Ns)计算：ssNGV=式中：V——消化池有效容积，m3；V'——每天要处理的污泥量，m3/d；p——污泥投配率，城市污水厂高负荷率消化池，当消化温度为30~35℃时，p可取5%~8%；n——消化池的座数；Gs——每日要处理的污泥干固体量，kgVSS/d；Ns——单位容积消化池污泥（VSS）负荷率，0.6~1.5kgVSS/（m3/d）。计算消化池的构造尺寸：消化池必须附设各种管道：污泥管、上清液排放管、溢流管、沼气管和取样管。溢流装置（安全装置）及时溢流——保持沼气压力恒定，防止投配过量、排泥不及时、气量不平衡等情况发生。（3）搅拌设备目的：污泥浓度不超过10%的差，5-10h全池污泥搅拌一次泵压0.2Mpa0.2-0.3m以下，污泥面泥量（生）1：3-5m，池径大于10m，可设21m以上的水射器②联合搅拌生污泥回流与沼气搅拌③沼气搅拌5-7m³/min.1000m³池容，气流速度7-15m/s①泵加水射器—溢流管的设计应避免无浮渣层，以避免堵塞，加泥器应尽量接近池底，以免断流。排泥，（不用溢流排泥）泵排泥（2）沼气的收集与贮存柜容：日均产气量的25%-40%，产气量——即6-10h的平均产气量计算沼气搅拌压缩机沼气(消化气)的收集和利用污泥和高浓度有机废水的厌氧消化均会产生大量沼气。在设计消化池时必须同时考虑相应的沼气收集、储存和安全等配套设施，以及利用沼气加热入流污泥和池液的设备。沼气贮柜沼气压缩机沼气脱硫沼气发电贮气罐直接通入热水水蒸气，含水率增加，局部污泥温度高，热交换器加热，盘管外壁结壳,池外污泥预热，y加温方法提高生污泥温度Q1①所需总热量池体耗热量Q2管道，热交换等耗热量Q3②热交换器的设计③热水锅炉的选择锅炉的加热面积为：F=(1.1-1.2)Qmax/EE为锅炉加热面的发热强度，kj/(m².h)（4）加温设备及计算热交换器消化池的运行、管理1、消化污泥的培养与驯化2、正常运行的化学指标（1）逐步培养法初沉污泥+浓缩后的活性污泥→投入消化池→加热30-40d（2）一次培养法污泥经过滤后投入（1）产气量（CO230%、CH450%）（2）投配污泥含水率94-96%（3）有机物含量60-70%（4）有机物分解程度45-55%（5）脂肪酸与总碱度2000mg/l（6）NH3—N500---1000mg/l（1）投配率，温度；（2）搅拌:连续或间歇搅拌；（3）进排泥,池内污泥浓度不低于30g/l，投配率不易过高；（4）pH值和酸碱度.4、消化池异常现象气量下降，上清液水质恶化3、正常运行控制参数（1）产气量下降①底物不足②排泥量过大③消化池温度低④消化池容积减少⑤有机酸积累，碱度不足（2）上清液水质恶化原因：排泥量不够，固体负荷过大，搅拌过度啤酒泡：排泥量大,负荷过高（3）沼气的气泡异常大量气泡喷出:浮渣层过厚三种形式不起泡：中止投配污泥。①高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种,但可驯化驯化时，升温速度为10℃/h，最佳达到53℃原因：温度高于38℃，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质5、维护与管理保温，防止在空气中，CH4占空气5-16%，避免爆炸。②人工加碱控制PH6.5-7.5，污泥稳定的其他方法好氧消化法氯化氧化法石灰稳定法热处理法好氧消化法既在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，使污泥中的微生物处于内源呼吸的阶段，使污泥达到稳定。好氧消化的特点可生物降解有机物的降解程度高；上清液的BOD浓度低；消化污泥量少，稳定，易脱水；消化池运行管理简单。好氧消化能耗高；不能回收沼气；适合少量污泥稳定处理C5H7NO2+7O25CO2+3H2O+H++NO3-好氧消化的机理氯化氧化法石灰稳定法热处理法投加氯气投加石灰提高温度杀菌抑制微生物改善污泥脱水性能提高pH值