(完整版)第三节污泥的厌氧消化
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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：
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
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：
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）
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
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.
碳水化合物分解菌CH3CH2COOH+2H2O---CH3COOH+3H2+CO2
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)
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
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
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
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、池形百度文库圆柱形蛋形
P361
2、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
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
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
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：
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
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：
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）
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
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.
碳水化合物分解菌CH3CH2COOH+2H2O---CH3COOH+3H2+CO2
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)
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
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
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
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、池形百度文库圆柱形蛋形
P361
2、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
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
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