污泥厌氧消化
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熟污泥是 发酵污泥 生污泥 是未发酵的污泥 投加量和总量的比数，一般用于污泥厌氧消化试验，消化池的有效容积的污泥，经过消耗每天需要投加污泥一次污 泥，每天需要投加的投加量和消化池的有效容积的比就是投配率。体积投配率和污泥投配率基本一样。体积投配率
小提示
是指反应器里单位体积在单位时间里能承受生污泥的体积！
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章节主要内容
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消 化 池 的 工 艺 和 管 理
P14
•
消 化 池 的 构 造 和 运 行
•
污 泥 厌 氧 消 化 机 理
•
污泥厌氧消化机理
三阶段理论
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1.水解酸化阶段；复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的的作用下水解为 小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内分解产生挥发性有机酸、醇、醛 类等，同时产生氢气和二氧化碳。 2.产氢产乙酸阶段；在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被 分解转化成乙酸和H2，在降解有机酸时还形成CO2。 • • • 3.产甲烷阶段；产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过 程中，产甲烷细菌可以分别通过两种途径生成甲烷。 4H2+CO2→CH4+2H2O 2CH3COOH→2CH4+2CO2 （1/3）CO2还原 （2/3）乙酸脱羧
脱水工艺：机械脱水，自然风干。 •
消化池的工艺和管理
甲烷菌的培养与驯化 分为逐步培养法和一次培养法 逐步培养法
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将每天排放的初次沉淀污泥和浓缩后的活性污泥投入消化池，然后加热，使 每小时温度升高1℃，当温度升到预定消化温度时，维持温度，然后逐日加入 新鲜污泥，直至设计泥面，停止加泥，维持消化温度，使有机物水解、液化， 约需30～40d，待污泥成熟、产生沼气后，方可投入正常运行。 一次培养法 在消化池中投入一定数量的接种污泥，数量应占消化池有效容积的1／10， 再投入新鲜污泥至设计泥面，然后加热，升温速度为1℃／h，直至预定温度。 并投加一定碱（或石灰），使pH保持6．8～7．2之间，稳定一段时间（3～ 5d），污泥成熟，产气后，便可投入试运行。如当地已有消化池，则可取消 化污泥更为简便。
消化池的构造和运行方式
进排泥控制 • •
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最短允许消化时间：达到要求消化效果，污泥在消化池的最短允许水力停留 时间。常用Tm(d)表示。 最大允许有机负荷：达到要求消化效果，单位消化池容积在单位时间内所能 消化的最大有机量。常用Fv[kg/(m3.d)] 污泥浓度高时，投泥量主要受Fv影响，浓度低时，投泥量主要受Tm制约。 对于污泥消化，希望污泥浓度越高越好，消化时间延长，提高了系统的稳定 性。污泥浓度较低时，消化时间不可能很长，污泥量或污泥浓度发生波动时 ，甲烷菌容易受到冲击，消化效果降低。
消化池的构造和运行方式
• • •
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进泥温度太低，应注意热沉淀问题，(温度很低的污泥进池遇热，迅速沉降， 其原因是冷污泥密度大，热污泥密度小) 采用中温二级消化，要排放部分上清液，提高消化池的排泥浓度，减少污泥 调质的加药量。上清液一般由上部阀门控制，重力排放。 上清液含有大量的污染物质，这些物质回流至污水系统后，必然使其入流污 染负荷增加，应认真对待。
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消化池的构造和运行方式
消化池的构造
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消化池的主体是由集气罩、池盖、池体及下锥体等四部分组成，并附设新鲜 污泥投配系统、熟污泥的排出系统、溢流系统、沼气的排出收集及贮存系统 和加温及搅拌设备。 投配、排泥与溢流系统 ① 污泥投配 生污泥（包括初沉污泥、腐殖污泥及经过浓缩的剩余活性污 泥），需先排入消化池的污泥投配池，然后用污泥泵抽送至消化池。污泥投 配池一般为矩形、至少设两个，池容根据生污泥量及投配方式确定，常用 12h的贮泥量设计。投配池应加盖、设排气管、上清液排放管和溢流管。如 果采用消化池外加热生污泥的方式，则投配池可兼作污泥加热池，一般消化 池的进泥口布置在泥位上层，其进泥点及进泥口的形式应有利用搅拌均匀和 破碎浮渣的需要。 ② 排泥 消化池的排泥管设在池底，出泥口布置在池底中央或在池底分散数 处，排空管可与出泥管合并使用，也可单独设立。依靠消化池内的静水压力 将熟污泥排至污泥的后续处理装置。
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2.寻找pH值下降的原因并针对采取相应的控制措施
消化池的构造和运行方式
毒物控制 • • 工业成分比较高的污水，污泥消化系统常出现中毒现象。 怎么办 控制上流有毒物质的排放，加强污染源管理
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消化池中加入Na2S，大部分有毒重金属离子能反应生成不溶性沉淀物，失去 毒性。 加热系统的控制
为什么要控制？
污泥量与进泥量完全相等，并在进泥之前先排泥。 • 如果排泥量大于进泥量，消化池工作液为降低，出现真空状态，消化池池顶 的真空安全阀破坏，空气进入池内浆产生爆炸的危险。
•
如果排泥量小于进泥量，消化池液位上升，污泥自溢流管溢走，得不到消化 此时最佳的进排泥方式为上部进泥底部溢流排泥，使泥位稳定，保证充分消 化的污泥被排走。
三阶段理论图示
• 分析
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4% H2 28% 76% 复杂有机物 较高级有机酸 CH4
乙酸 生成乙酸与脱氢
72% 生成甲烷
污泥厌氧消化机理
厌氧消化的影响因素
• • • • • • 1.温度 2.污泥投配率 3.生熟污泥的混合程度 4.厌氧条件 5.污泥的组成 6.污泥的含水率
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•
7有毒物质浓度
消化池的构造和运行方式
消化池的搅拌 • • • （1）泵加水射器搅拌法 （2）螺旋桨搅拌法 （3）沼气循环搅拌法
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沼气的储存 由于产气量与用气量常常不平衡，所以必须设贮气柜进行调节。沼气从集气 罩通过沼气管输送到贮气柜。沼气管的管径按日平均产气量计算，管内流速 按7～15m／s计，当消化池采用沼气循环搅拌时，则计算管径时应加入搅拌 循环所需沼气量。管道坡度应与气流方向一致，其坡度为0．5％，在最低点 应设置凝结水罐。可及时排除积水。为了减少凝结水量，防止沼气管被冻裂， 沼气管应该保温。应采取防腐措施，一般采用防腐蚀镀锌钢管或铸铁管。在 沼气输送管道的适当地点设置必要的水封罐，以便调整和稳定压力，并在消 化池、贮气柜、压缩机、锅炉房等设备之间起隔绝作用，确保安全。
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甲烷菌对温度的波动非常敏感，一般应将消化液的温度波动控制在1.0 C
o
小提示：温度是否稳定，与投泥次数和每次投泥量及其历时关系很大 • 蒸汽直接池内加热，效率高，但是会消耗锅炉的部分软化水，污泥的含水率 升高，能导致消化池局部过热 解决办法：采用泥水热交换器进行加热，污泥流速控制在1.2m/s以上，流速 低时，污泥遇热结饼，形成烘烤层，降低加热效率。
pH值及碱度控制
•
正常运行时，产酸菌和甲烷菌会自动保持平衡，将消化液的PH维持在6.5-7.5 的中性范围。
以下几种原因会导致产酸阶段和产甲烷阶段失衡，pH降低至6.5一下，并导 致VFA(挥发性脂肪酸)和ORP(氧化还原电位)升高。
1.温度波动大
温度波动大，降低甲烷菌的活性，分解VFA的速率下降。产酸菌受温度影响 小，会不断的将有机物分解为VFA。累积的VFA与消化液中的碱度发生反应
消化池的工艺和管理
污泥的处理工艺 和
LOGO 甲烷菌的培养
污泥处理工艺采用：重力浓缩＋中温一级厌氧消化＋机械脱水工艺； 浓缩：重力浓缩，气浮浓缩，离心浓缩 消化工艺 • • 一级消化工艺：污泥进行搅拌和加热，完成消化 二级消化工艺：串联运行，先进入一级消化，然后进入二级消化，一级消化 不排除上清液，二级消化不设搅拌加热。相比于一级耗热少，减少了搅拌能 耗和污泥含水率，上清液固体含量。 简单总结一下 消化池—加热系统—搅拌系统—进排泥系统—集气系统
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污泥的厌氧消化
张彪
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消化池的构造和运行方式
搅拌系统的控制
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一种意见认为应保持连续搅拌，另一种意见认为只要每天搅拌数次，总搅拌 时间保持6h之上。 目前运行的消化系统绝大多数采用间歇搅拌运行，并注意一下几点，投泥过 程同时搅拌，蒸汽加热过程同时搅拌，底部出排泥，尽量不搅拌，上部排泥 ，宜同时搅拌。
小介绍
• • 消化池的日常运行中有五大操作，进泥，排泥，排上清液，搅拌，加热。 操作不能同时进行，其操作顺序会对消化效果产生很大的影响。
消化池的构造和运行方式
2.投入的有机物超负荷
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投泥量增多或进泥中含固量升高时，导致有机物超负荷，产酸菌活性增大， 产生较多的VFA，甲烷菌的增值速率很慢，不能将增多的VFA分解掉，VFA 累计，使pH值降至6.5以下。
3.水力超负荷
投泥的体积量突然增多，消化时间缩短，降低Tm。甲烷菌世代时间长，部分 甲烷菌被冲刷不能恢复，必然造成VFA累计。 4.甲烷菌中毒 进泥中有有毒物，会使甲烷菌受到抑制或完全失去活性，此时产酸俊正常， 仍产生VFA。 • 控制措施 1.外加碱源
1、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌提供食物。 2、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境。 3、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌清除毒素。 4、产甲烷菌为不产甲烷菌（产酸菌）清除代谢废物解除反馈抑制。 5、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌共同维持发酵环境PH值。
消化池的构造和运行方式
消化池的池型 消化池的基本池型有圆柱形和蛋形两种。如下
消化池的构造和运行方式
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池内蒸气直接加热法 就是利用插在消化池内的蒸气竖管，直接向消化池送 入 蒸气，加热污泥。蒸气在竖管中的流速一般为3～5 m／s。这种加热方法 比较简单，热效率高。但竖管周围的污泥易被过热，影响甲烷细菌的正常活 动。由于增加了冷凝水，消化污泥的含水率稍有提高，消化池的容积需增加 5～7％。 池外预热法 是把新鲜污泥预先加热后，投配到消化池中。这种方法的优点 是预热的污泥，只是新鲜污泥，数量较少，易于控制，预热达到的温度较高， 有利于杀灭寄生虫卵，以提高消化污泥的卫生条件，不会使消化池中的甲烷 细菌受到过热的影响，因此是一种较好的加温方法。缺点是加温的设备比较 复杂。池外预热法，可分为热交换器预热与投配池内预热两种。
消化池的构造和运行方式
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小提示：污泥的投配管和排泥管的直径一般为150～200 mm。一般排泥管与 放空管合并使用。污泥管的最小直径为150mm，为了能在最适当的高度除去 上清液，可在池子的不同高度设置若干个排出口，最小管径为75mm。 ③ 溢流装置 消化池的污泥投配过量、排泥不及时或沼气产量与用气量不平 衡等情况发生时，沼气室内的沼气压缩，气压增加甚至可能压破池顶盖。因 此消化池必须设置溢流装置，及时溢流，以保持沼气室压力恒定。溢流管的 溢流高度，必须考虑是在池内受压状态下工作。在非溢流工作状态时或泥位 下降时，溢流管仍需保持泥封状态，溢流装置必须绝对避免集气罩与大气相 通，也避免消化池气室与大气连通。溢流装置常用形式有倒虹管式、大气压 式及水封式等3种。 污泥加热 为了使消化池的消化温度恒定（中温或高温消化），必须对新鲜污泥进行加 热和补偿消化池池体及管道系统的热损失。加热的热源可用锅炉或其他生产 设备的余热。 加热方法有池内蒸气直接加热与池外预热两种。
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消 化 池 的 构 造 和 运 行
•
污 泥 厌 氧 消 化 机 理
•
污泥厌氧消化机理
三阶段理论
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1.水解酸化阶段；复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的的作用下水解为 小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内分解产生挥发性有机酸、醇、醛 类等，同时产生氢气和二氧化碳。 2.产氢产乙酸阶段；在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被 分解转化成乙酸和H2，在降解有机酸时还形成CO2。 • • • 3.产甲烷阶段；产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过 程中，产甲烷细菌可以分别通过两种途径生成甲烷。 4H2+CO2→CH4+2H2O 2CH3COOH→2CH4+2CO2 （1/3）CO2还原 （2/3）乙酸脱羧
脱水工艺：机械脱水，自然风干。 •
消化池的工艺和管理
甲烷菌的培养与驯化 分为逐步培养法和一次培养法 逐步培养法
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将每天排放的初次沉淀污泥和浓缩后的活性污泥投入消化池，然后加热，使 每小时温度升高1℃，当温度升到预定消化温度时，维持温度，然后逐日加入 新鲜污泥，直至设计泥面，停止加泥，维持消化温度，使有机物水解、液化， 约需30～40d，待污泥成熟、产生沼气后，方可投入正常运行。 一次培养法 在消化池中投入一定数量的接种污泥，数量应占消化池有效容积的1／10， 再投入新鲜污泥至设计泥面，然后加热，升温速度为1℃／h，直至预定温度。 并投加一定碱（或石灰），使pH保持6．8～7．2之间，稳定一段时间（3～ 5d），污泥成熟，产气后，便可投入试运行。如当地已有消化池，则可取消 化污泥更为简便。
消化池的构造和运行方式
进排泥控制 • •
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最短允许消化时间：达到要求消化效果，污泥在消化池的最短允许水力停留 时间。常用Tm(d)表示。 最大允许有机负荷：达到要求消化效果，单位消化池容积在单位时间内所能 消化的最大有机量。常用Fv[kg/(m3.d)] 污泥浓度高时，投泥量主要受Fv影响，浓度低时，投泥量主要受Tm制约。 对于污泥消化，希望污泥浓度越高越好，消化时间延长，提高了系统的稳定 性。污泥浓度较低时，消化时间不可能很长，污泥量或污泥浓度发生波动时 ，甲烷菌容易受到冲击，消化效果降低。
消化池的构造和运行方式
• • •
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进泥温度太低，应注意热沉淀问题，(温度很低的污泥进池遇热，迅速沉降， 其原因是冷污泥密度大，热污泥密度小) 采用中温二级消化，要排放部分上清液，提高消化池的排泥浓度，减少污泥 调质的加药量。上清液一般由上部阀门控制，重力排放。 上清液含有大量的污染物质，这些物质回流至污水系统后，必然使其入流污 染负荷增加，应认真对待。
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消化池的主体是由集气罩、池盖、池体及下锥体等四部分组成，并附设新鲜 污泥投配系统、熟污泥的排出系统、溢流系统、沼气的排出收集及贮存系统 和加温及搅拌设备。 投配、排泥与溢流系统 ① 污泥投配 生污泥（包括初沉污泥、腐殖污泥及经过浓缩的剩余活性污 泥），需先排入消化池的污泥投配池，然后用污泥泵抽送至消化池。污泥投 配池一般为矩形、至少设两个，池容根据生污泥量及投配方式确定，常用 12h的贮泥量设计。投配池应加盖、设排气管、上清液排放管和溢流管。如 果采用消化池外加热生污泥的方式，则投配池可兼作污泥加热池，一般消化 池的进泥口布置在泥位上层，其进泥点及进泥口的形式应有利用搅拌均匀和 破碎浮渣的需要。 ② 排泥 消化池的排泥管设在池底，出泥口布置在池底中央或在池底分散数 处，排空管可与出泥管合并使用，也可单独设立。依靠消化池内的静水压力 将熟污泥排至污泥的后续处理装置。
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2.寻找pH值下降的原因并针对采取相应的控制措施
消化池的构造和运行方式
毒物控制 • • 工业成分比较高的污水，污泥消化系统常出现中毒现象。 怎么办 控制上流有毒物质的排放，加强污染源管理
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消化池中加入Na2S，大部分有毒重金属离子能反应生成不溶性沉淀物，失去 毒性。 加热系统的控制
为什么要控制？
污泥量与进泥量完全相等，并在进泥之前先排泥。 • 如果排泥量大于进泥量，消化池工作液为降低，出现真空状态，消化池池顶 的真空安全阀破坏，空气进入池内浆产生爆炸的危险。
•
如果排泥量小于进泥量，消化池液位上升，污泥自溢流管溢走，得不到消化 此时最佳的进排泥方式为上部进泥底部溢流排泥，使泥位稳定，保证充分消 化的污泥被排走。
三阶段理论图示
• 分析
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4% H2 28% 76% 复杂有机物 较高级有机酸 CH4
乙酸 生成乙酸与脱氢
72% 生成甲烷
污泥厌氧消化机理
厌氧消化的影响因素
• • • • • • 1.温度 2.污泥投配率 3.生熟污泥的混合程度 4.厌氧条件 5.污泥的组成 6.污泥的含水率
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•
7有毒物质浓度
消化池的构造和运行方式
消化池的搅拌 • • • （1）泵加水射器搅拌法 （2）螺旋桨搅拌法 （3）沼气循环搅拌法
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沼气的储存 由于产气量与用气量常常不平衡，所以必须设贮气柜进行调节。沼气从集气 罩通过沼气管输送到贮气柜。沼气管的管径按日平均产气量计算，管内流速 按7～15m／s计，当消化池采用沼气循环搅拌时，则计算管径时应加入搅拌 循环所需沼气量。管道坡度应与气流方向一致，其坡度为0．5％，在最低点 应设置凝结水罐。可及时排除积水。为了减少凝结水量，防止沼气管被冻裂， 沼气管应该保温。应采取防腐措施，一般采用防腐蚀镀锌钢管或铸铁管。在 沼气输送管道的适当地点设置必要的水封罐，以便调整和稳定压力，并在消 化池、贮气柜、压缩机、锅炉房等设备之间起隔绝作用，确保安全。
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甲烷菌对温度的波动非常敏感，一般应将消化液的温度波动控制在1.0 C
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小提示：温度是否稳定，与投泥次数和每次投泥量及其历时关系很大 • 蒸汽直接池内加热，效率高，但是会消耗锅炉的部分软化水，污泥的含水率 升高，能导致消化池局部过热 解决办法：采用泥水热交换器进行加热，污泥流速控制在1.2m/s以上，流速 低时，污泥遇热结饼，形成烘烤层，降低加热效率。
pH值及碱度控制
•
正常运行时，产酸菌和甲烷菌会自动保持平衡，将消化液的PH维持在6.5-7.5 的中性范围。
以下几种原因会导致产酸阶段和产甲烷阶段失衡，pH降低至6.5一下，并导 致VFA(挥发性脂肪酸)和ORP(氧化还原电位)升高。
1.温度波动大
温度波动大，降低甲烷菌的活性，分解VFA的速率下降。产酸菌受温度影响 小，会不断的将有机物分解为VFA。累积的VFA与消化液中的碱度发生反应
消化池的工艺和管理
污泥的处理工艺 和
LOGO 甲烷菌的培养
污泥处理工艺采用：重力浓缩＋中温一级厌氧消化＋机械脱水工艺； 浓缩：重力浓缩，气浮浓缩，离心浓缩 消化工艺 • • 一级消化工艺：污泥进行搅拌和加热，完成消化 二级消化工艺：串联运行，先进入一级消化，然后进入二级消化，一级消化 不排除上清液，二级消化不设搅拌加热。相比于一级耗热少，减少了搅拌能 耗和污泥含水率，上清液固体含量。 简单总结一下 消化池—加热系统—搅拌系统—进排泥系统—集气系统
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搅拌系统的控制
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一种意见认为应保持连续搅拌，另一种意见认为只要每天搅拌数次，总搅拌 时间保持6h之上。 目前运行的消化系统绝大多数采用间歇搅拌运行，并注意一下几点，投泥过 程同时搅拌，蒸汽加热过程同时搅拌，底部出排泥，尽量不搅拌，上部排泥 ，宜同时搅拌。
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• • 消化池的日常运行中有五大操作，进泥，排泥，排上清液，搅拌，加热。 操作不能同时进行，其操作顺序会对消化效果产生很大的影响。
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2.投入的有机物超负荷
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投泥量增多或进泥中含固量升高时，导致有机物超负荷，产酸菌活性增大， 产生较多的VFA，甲烷菌的增值速率很慢，不能将增多的VFA分解掉，VFA 累计，使pH值降至6.5以下。
3.水力超负荷
投泥的体积量突然增多，消化时间缩短，降低Tm。甲烷菌世代时间长，部分 甲烷菌被冲刷不能恢复，必然造成VFA累计。 4.甲烷菌中毒 进泥中有有毒物，会使甲烷菌受到抑制或完全失去活性，此时产酸俊正常， 仍产生VFA。 • 控制措施 1.外加碱源
1、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌提供食物。 2、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境。 3、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌清除毒素。 4、产甲烷菌为不产甲烷菌（产酸菌）清除代谢废物解除反馈抑制。 5、不产甲烷菌（产酸菌）为产甲烷菌共同维持发酵环境PH值。
消化池的构造和运行方式
消化池的池型 消化池的基本池型有圆柱形和蛋形两种。如下
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池内蒸气直接加热法 就是利用插在消化池内的蒸气竖管，直接向消化池送 入 蒸气，加热污泥。蒸气在竖管中的流速一般为3～5 m／s。这种加热方法 比较简单，热效率高。但竖管周围的污泥易被过热，影响甲烷细菌的正常活 动。由于增加了冷凝水，消化污泥的含水率稍有提高，消化池的容积需增加 5～7％。 池外预热法 是把新鲜污泥预先加热后，投配到消化池中。这种方法的优点 是预热的污泥，只是新鲜污泥，数量较少，易于控制，预热达到的温度较高， 有利于杀灭寄生虫卵，以提高消化污泥的卫生条件，不会使消化池中的甲烷 细菌受到过热的影响，因此是一种较好的加温方法。缺点是加温的设备比较 复杂。池外预热法，可分为热交换器预热与投配池内预热两种。
消化池的构造和运行方式
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小提示：污泥的投配管和排泥管的直径一般为150～200 mm。一般排泥管与 放空管合并使用。污泥管的最小直径为150mm，为了能在最适当的高度除去 上清液，可在池子的不同高度设置若干个排出口，最小管径为75mm。 ③ 溢流装置 消化池的污泥投配过量、排泥不及时或沼气产量与用气量不平 衡等情况发生时，沼气室内的沼气压缩，气压增加甚至可能压破池顶盖。因 此消化池必须设置溢流装置，及时溢流，以保持沼气室压力恒定。溢流管的 溢流高度，必须考虑是在池内受压状态下工作。在非溢流工作状态时或泥位 下降时，溢流管仍需保持泥封状态，溢流装置必须绝对避免集气罩与大气相 通，也避免消化池气室与大气连通。溢流装置常用形式有倒虹管式、大气压 式及水封式等3种。 污泥加热 为了使消化池的消化温度恒定（中温或高温消化），必须对新鲜污泥进行加 热和补偿消化池池体及管道系统的热损失。加热的热源可用锅炉或其他生产 设备的余热。 加热方法有池内蒸气直接加热与池外预热两种。