污泥的厌氧消化.docx

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：
三阶段理论：Toerienetal(1970）Substrateflowinanaerobicdigestion,5thInternationalConferenceonwaterpollutionresearch,SanFrancisco,CA.书上:Bryant1979
28%
4%

24%
H2
76%
单糖VFACO2H24H2+CO2CH4+2H2O
72%
复杂有机物较高级的有机酸CH4methane
52%
20%
水解与发酵HAc2CH3COOH2CH4+2CO2
(水解与发酵菌)乙酸Aceticacid
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
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)
在好氧消化时:
C2H3O2Na+2O2NaHCO3+H2O+CO2+848.8KJ/mol
在厌氧消化时:
C2H3O2Na+H2ONaHCO3+CH4+29.3KJ/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)
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.

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：

厌氧消化池工作原理与影响因素
GasGas
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）
mesophilicandthermophilic
中温消化：负荷=2.5-3.0产气量1-1.3m3/m3d,消化时间20d,灭菌率低
高温消化:负荷=6-7kg/m3.d,产气3-4,消化时间10d.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
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,digestionworse
n.,,VFA,pH,biogas,digestionwell
n=5-8%formosephilicdigestionofsludge,HRT=20-12.5d
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=10-20：1C一为反应过程提供能源，二为合成新细胞（5：1）C5H7NO3
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
很小量
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
SO2-45000mg/LH2S的腐蚀作用
氨的毒害作用：
NH3+H2ONH+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
速率平衡
水解发酵与产酸阶段：PH=5-6.5
（甲烷菌对PH非常敏感）
消化液的缓冲方程式:
H++HCO-3H2CO3
PH=-lgK