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污泥处置厌氧消化工程
污泥是污水、造纸等行业可持续化进展的老大难问题，也是一个亟待解决的社会民生问题。污泥厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌的生化反应，分解污泥有机物质的一种方法。其工艺能够将污泥有机物稳定化、资源化，在世界各地得到普遍推崇。通过厌氧消化，污泥中大部分的病原菌和蛔虫卵被杀灭，部分有机氮转化成氨氮，有机物质被消化分解，产生能量(甲烷);消化完全时，还可以消退恶臭。厌氧消化工艺操作比较便利稳定、处理过程中排污泥量少，污泥生物稳定性和脱水性也大为改善。本文在介绍污泥厌氧消化三段论的基础上(水解阶段、产酸阶段、产甲烷阶段)，对其生产过程的酸碱性、温度、碳氮比等影响因素的讨论进展进行综述。1、污泥厌氧消化运行阶段1.1预处理及水解阶段微生物破壁和水解是污泥厌氧消化的限制因素之一。通过预处理，污泥中的碳水化合物、类脂化合物和蛋白质等固态或胶态有机质大分子，水解成细菌可汲取的溶解性物质，水解过程还伴随着少量的二氧化碳和氨气，水解反应式如下：微生物细胞壁的破壁技术主要包括生化技术、物化破壁技术。生化技术包括利用高效厌氧水解菌水解和利用好氧或微氧嗜热溶胞菌在较高温对污泥强化水解两类。物化破壁技术包括热水解处理、超声波处理、碱解处理、臭氧处理等。其中热水解处理是将污泥在密闭容器加热，使污泥絮体发生一系列的物理化学变化的预处理过程，在实际生产中最为常见。讨论结果表明，热水解能转变污泥生物降解性能，特殊是对溶解性碳水化合物、挥发性悬浮固体(VSS)的水解率有较大的影响，而对氨氮影响较小。超声波预处理的讨论主要集中在不同频率、不同强度对污泥作用效果。王晓燕认为，超声处理能促进生物酶强化污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸;曹秀芹等认为作用时间对污泥破解效果的影响远大于声能密度。徐慧敏等基于超声联合热碱有效破解污泥有机质讨论表明，二者同步可以大幅度提高有机质的破解，提高其生物可利用性。此外，石璞玉等臭氧预处理讨论表明，臭氧投加量与污泥破壁效果呈现正相关，而超声处理比臭氧处理对厌氧微生物起到更强的消减作用。1.2产酸阶段进行水解的兼性菌完成水解后，将水解产物吸入，连续进行分解代谢，即为产酸阶段。产酸阶段主要依靠产酸菌发挥作用。产酸菌一般为兼性菌，也有少量肯定厌氧菌。产酸菌在污泥中大量存在且生长速率快，适应的温度范围广，能够在高温环境下存活。在厌氧消化过程中，产酸菌能够将非溶解性的有机物质分解并转化为简洁的溶解性物质，代谢产物主要为挥发性脂肪酸、挥发醇及一些醛酮物质。消化产物脂肪酸主要包括乙酸、丙酸和丁酸，占挥发性脂肪酸95%，其三种酸中以乙酸为主，占65%~75%;挥发醇主要为甲醇和乙醇。这些溶解性物质能够为产甲烷菌生长繁殖供应养分物质。产酸菌能够通过自身活动消退厌氧消化初期带入的溶解氧，并且能够裂解苯环、重金属等对产甲烷菌有害的物质(H2O2浓度较低时，兼性菌会分泌出一种分解H2O2的酶，将H2O2分解掉，而专性厌氧菌无此功能，这也是兼性菌和专性厌氧菌之间区分本质所在)。也有学者认为，污泥消化可以考虑将有机质尽可能转化为短链有机酸类(如乙酸)，再通过耦合系统转化为高附加值生物化学品，即将反应掌握在产酸阶段，这样不仅可使污泥获得稳定化、无害化处理，还可以寻求污泥资源化再利用的新途径。1.3产甲烷阶段产甲烷率是污泥厌氧消化最大的瓶颈问题。一是产甲烷菌是专性厌氧菌，氧的存在能使其快速失去活性。其机理是当环境有氧存在时，氧气能与产酸阶段产生的氢气快速合成双氧水，双氧水是一种强氧化剂，其浓度较高时，对全部类型的细菌均具有杀伤作用。二是产甲烷菌繁殖速度慢，代谢活力不强，只能利用挥发性脂肪酸代谢成甲烷。因此产酸阶段是产甲烷阶段的前提，大部分甲烷菌将产酸阶段产生的乙酸吸入胞内进行代谢。为了提高产甲烷速率，国内外科技工做了大量基础性的讨论与探讨。孙龙讨论表明，10%的含固率和5%的含固率产甲烷气率和有机质去除率类似，实际生产可以考虑设计较高含固率厌氧反应器。此外，应用新材料是讨论热点之一。Bigg等利用纳米材料导电性，将其作为电子供体将二氧化碳还原成甲烷，提升产甲烷菌的产甲烷性;讨论还发觉0.1%的纳米零价铁的添加量，可以提高甲烷产量30.4%~40.4%。夏兆辉等认为炭材料如生物炭、活性炭等具有比表面积大、导电性优良等，可以促进厌氧消化系统中电子传递，促进二氧化碳还原成甲烷。2、污泥厌氧消化的影响因素2.1酸碱度酸碱度是污泥厌氧消化限速因子之一。厌氧消化整个过程，通常水解、产酸和产甲烷三个阶段同时存在，各种酸碱综合作用，体现为消化液pH值。转变pH可以引起水解酸化过程中微生物种群和代谢途径的猛烈变化。产酸菌和产甲烷菌均在特定pH值范围才能发挥代谢作用，见表1。当水解和产酸速率超过产甲烷阶段，会造成有机酸的累积而抑制