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污泥消化工艺
点击次数:2765 发布时间:2014-03-14

污泥消化是利用微生物的代谢作用,使污泥中的有机物质稳定化。当污泥中的挥发性固体VSS含量降到40%以下时,即可认为已达到稳定化。污泥消化稳定可以采用好氧处理工艺,也可以采用厌氧处理工艺。

一、好氧消化

污泥的好氧消化是在不投加有机物的条件下,对污泥进行长时间的曝气,使污泥中的微生物处于内源呼吸阶段,在进行自身氧化消耗过程中不断减少。好氧消化可以使污泥中的可生物降解部分被氧化去除,消化程度高、剩余污泥量少,处理后的污泥容易脱水。好氧消化比厌氧消化所需时间要少得多,当消化污泥为剩余活性污时好氧消化水力停留时间一般为10~15d,当消化污泥为剩余活性污泥和初沉污泥的混合物时,好氧消化水力停留时间一般为15~25d,主要用于污泥产量较小的场合。好氧消化污泥负荷一般为0.04~0.05kgBOD5/(kgMLSS·d),BOD5的去除率约50%。

1.工艺原理及过程

好氧消化类似于活性污泥法,当污泥中的有机物耗尽时,微生物开始消耗其本身的原生质,以获得细胞反应所需的能量,细胞组织被好氧氧化为二氧化碳、水和氨氮,氨氮随着消化作用的进行而逐步被氧化为硝酸盐。

2.工艺控制

(1)好氧消化系统中碱度不足以对混合液起到缓冲作用时,pH值将下降,影响消化效果,因此,应确保好氧消化池内pH值维持在7左右,如pH值太低,可投加碱源补充碱度。

(2)好氧消化池内的溶解氧含量不能低于2mg/L,而且污泥必须保持悬浮状态,因此必须提供足够的搅拌强度,为便于搅拌,污泥的含水率应在95%左右。

(3)好氧消化为放热反应,池内温度稍高于入池污泥的温度,普通好氧消化一般为20~25℃。当温度低于20℃时水力停留时间将大为延长,pH值也随之下降,因此,运行时应密切监测好氧消化池池内温度。

二、厌氧消化

污泥的厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行水解、酸化、产甲烷等厌氧生化反应,将污泥中的大部分固体有机物被厌氧消化分解,可使污泥稳定化,使之不易腐败。其次,通过厌氧消化,大部分病原菌或蛔虫卵被杀死或作为有机物被分解,使污泥无害化。第三,随着污泥被稳定化,不仅使一种减量过程,而且将产生大量高热值的沼气,作为能源利用,使污泥资源化。另外,污泥经消化以后,其中的部分有机氮转化成了氨氮,提高了污泥的肥效,通过厌氧消化处理后,污泥中的有机物约有1/2~1/3被分解,消化污泥的体积减少60%~70%。

1.工艺原理及过程

有机物质厌氧消化产生沼气,是一个由多种细菌参与的多阶段生化反应过程,每一种反应阶段都以某类细菌为主,其物产供下一阶段的细菌利用,反应过程主要分为一下三个阶段:

(1)水解阶段

污泥中的有机物成分很复杂,主要包括碳水化合物(主要是淀粉和纤维素)、类脂化合物(主要为脂肪)和蛋白质。以上物质在污泥液中基本上都以固态或胶态存在,细菌无法将其直接吸取至体内。但一些兼性细菌可以向体外分泌胞外酶,将以上大分子的固态和胶态物质水解成细菌可吸取的溶解性物质。

(2)产酸阶段

进行水解的兼性菌完成水解以后,可将水解产物吸入细胞内,继续进行分解代谢,代谢产物主要为挥发性脂肪酸、挥发醇及一些醛酮物质。

(3)产甲烷阶段

在该阶段,其主要作用的为产甲烷细菌。但由于该类细菌繁殖速度慢,代谢活力不强,只能利用挥发性脂肪酸这样一些易降解物质进行代谢,产生甲烷。

2.厌氧消化系统

(1)消化池

zui常见的是圆柱形固定盖世消化池,由集气罩、池盖、池体与下椎体四部分组成。

(2)进、排泥系统

消化池的污泥与排泥形式有多种,包括上部进泥下部直排、上部进泥下部溢流排泥、下部进泥上部溢流排泥等形式

(3)搅拌系统

消化池内需保持良好的混合搅拌,没有搅拌的厌氧消化池,池内料液必然存在分层现象。搅拌能使污泥颗粒与厌氧微生物均匀混合,使消化池各处的污泥浓度、pH、微生物种群等保持均匀一致,并及时将热量传递至池内各部位,使加热均匀且大大降低池底泥砂的沉积与池面浮渣的形成。

(4)加热系统

要使消化液保持在所要求的温度,就必须对消化池进行加热。加热方法分池内加热和池外加热两类。

池内加热是将热量直接通入消化池内,对污泥进行加热,有热水循环和蒸汽直接加热两种方式。池外加热是指将污泥在池外进行加热,有生污泥预热和循环加热两种方法。

(5)集气系统

集气系统包括气柜和管路。气柜常采用低压浮盖式湿式气柜,其储存容量一般为消化系统6~10h的产气量。

3.工艺控制

厌氧消化效果具体体现在较高的有机物分解率、较高的沼气产量、沼气中较高的甲烷含量和较高的病原菌及蛔虫卵杀灭率等四个方面。

(1)进、排泥控制

进泥是为消化池内的微生物提供营养源,在实际运行中,进泥量不能超过系统的消化能力,也不能太少。要使有机物分解率大于35%、产气量大于0.75m³/kg,系统的zui短允许消化时间一般应大于20d,zui大允许有机负荷应小于30kg/(m³·d),每个污水处理厂的zui佳zui允许消化时间和zui大允许有机负荷存在差别。

(2)消化液pH值控制

在正常运行时,产酸菌和甲烷菌会自动保持平衡,并将消化液的pH值自动维持在6.5~7.5的近中性范围内。此时,碱度一般在1000~5000mg/L之间,典型值在2500~3500mg/L之间。但消化过程中经常出现产酸阶段和产甲烷阶段失去平衡、pH值降至6.5以下的情况,其原因主要有一下几个方面:

①温度波动太大

②投入的有机物超负荷

③水利超负荷

④甲烷菌中毒

(3)控制消化液pH值的程序

①密切观察VFA、ALK、VFA/ALK、CH4含量等指标的变化,如发现异常,则应开始pH值控制。

②判断是否需加碱

③根据具体情况加减

④寻找出现异常的原因,并针对原因采取相应的排除措施。

⑤采取措施后,各项指标会逐渐恢复正常。

(4)毒物控制

工业废水成分较多的污水处理厂,其污泥消化系统有时会出现中毒问题。

(5)加热系统的控制

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℃范围之内。

(6)搅拌系统的控制

搅拌可以连续进行,也可以间歇操作,多数污水厂采用间歇搅拌方式。一般每隔2~4小时搅拌一次,搅拌时间不应超过1小时。

(7)操作顺序与操作周期控制

污泥厌氧消化池的正常运行过程中除了收集沼气外,由进泥、排泥、排上清液、加热和搅拌五个主要操作环节组成。

4.系统启动

污泥厌氧消化系统的启动,就是完成厌氧消化污泥即厌氧活性污泥或甲烷菌的培养过程。厌氧消化污泥的培养方法有两种:

(1)逐步培养法:即向厌氧消化池内逐步投入生污泥,使生污泥自行逐渐转化为厌氧消化污泥的方法。

(2)接种培养法:即向污泥厌氧消化池内投入总容积10% ~30%的厌氧接种污泥的方法。接种污泥一般取自正在运行的城市污水处理厂的污泥厌氧消化池,当液态消化污泥运输不便时,可使用经过机械脱水的干污泥。在厌氧消化启动过程中,需要质疑以下事项:

①污泥厌氧消化池处理的对象是活性污泥,一般不存在毒性问题。但为了加快培养启动过程,除了偷取接种污泥外,还应做好加热保温工作。

②充分搅拌消化池内的接种污泥加热至规定温度后,再逐渐投加浓缩污泥,同时继续做好加热和搅拌工作,是笑话池内的温度始终处于zui佳状态。

③采用接种培养法时,初期生污泥的投加量与接种消化污泥的数量和培养时间有关,早期可按设计进泥量的30%~50%投加,一般养到60d后,在逐渐增加投泥量。

④经常测定产气量和池内消化液VFA的浓度及pH值,如果由监测结果发现消化进行得很不正常,应马上减少进泥量,或在投加其他类型的消化污泥作为接种污泥重新培养。

⑤为防止发生爆炸事故,接种前应使用氮气将消化池和输气管路系统中的空气置换出来,产生沼气后,在逐渐把氮气置换出去。

⑥污泥厌氧消化池处理的对象是活性污泥,其中的碳、氮、磷等营养物质一般是均衡的,能够适应闫昂微生物生长繁殖的需要。

5.日常维护管理

(1)经常通过进泥、排泥和热交换器管道上设置的活动清洗口,利用高压水冲洗管道,以防止泥垢的增厚。当结垢严重时,应当停止运行,用酸清洗污垢。

(2)定期检查并维护搅拌系统:沼气搅拌立管经常有被污泥及其他污物堵塞的现象,可以将其余立管关闭,使用大气量冲洗被堵塞的立管。机械搅拌桨被长条状杂物缠绕后,可使机械搅拌器反转甩掉缠绕杂物。另外,必须定期检查轴穿过顶板处的气密性。

(3)定期检查并维护加热系统:蒸汽加热立管也经常有被污泥及其他污物堵塞的现象,可以将其余立管关闭,使用大气量吹开堵塞物。

(4)污泥厌氧消化系统的许多管道和阀门为间歇运行,因而冬季必须注意防冻,,在北方冰冷地区必须定期检查消化池和加热管道的保温效果,如果保温不佳,应更换保温材料或保温方法。

(5)消化池应定期进行清砂和清渣:池底积砂过多不仅会造成排泥困难,而且会缩小有效池容,影响消化效果;池内页面积渣过多会阻碍沼气由液相向气室的转移。如果运行时间不长,污泥消化池就积累很多泥砂或浮渣,则应当检查沉砂池和格栅的除污效果,加强对预处理设施的管理。

(6)污泥消化池运行一段时间后,应停止运行并放空对消化池进行检修:对池体结构进行检查,如果有裂缝进行专门修补;检查池内所有金属管道、部件及池壁防腐层的腐蚀程度,并对金属管道、部件进行重新防腐处理,对池壁进行防渗、防腐处理;维修后重新投运前,必须进行满水试验和水密性实验。

(7)沼气中的甲烷为易燃易爆气体,因此,在厌氧消化系统运行中,又应注意防爆问题。首先所有电器设备均应采应防爆型;其次,严禁人为明火。

6.异常现象的原因及其解决对策

(1)污泥厌氧消化池内VFA/ALK值升高

①进泥量过大,污泥在消化池中的水力停留时间较少,使消化时间变短,消化液中的甲烷菌和碱度造成过渡冲刷,进而导致VFA/ALK值升高.

②进泥的含固率或有机物含量升高,导致消化池有机物投配超负荷,大量的有机物进入消化液,使消化液中的VFA含量升高,而ALK浓度却不变,因此导致VFA/ALK值升高。

③进泥中有毒物质含量增多,使甲烷菌的活性降低,VFA的分解速率下降,使VFA出现积累,导致VFA/ALK值升高。

④消化池内温度波动太大,使甲烷菌活性降低,VFA的分解速率下降,使VFA出现积累,导致VFA/ALK值升高

⑤搅拌系统出现故障使搅拌效果不佳,导致消化池内局部过热或局部温度偏低、或者有机物负荷不均匀,均会导致甲烷菌活性降低。

(2)污泥厌氧消化池产气量下降

以城市污水处理厂的污泥中温厌氧消化为例,生污泥含水率为96%左右、投配率为6%~8%时,每m³生污泥的产气量为10~12m³,投配率为13%~15%时每m³生污泥的产气量为13~15m³产气量下降的原因和解决的对策如下:

①有机物投配负荷太低:在其他条件正常时,沼气产量与投入的有机物成正比,投入的有机物越多,沼气产量越多。反之投入的有机物越少,泽沼气产量越少。

②甲烷菌活性降低:由于某种原因导致甲烷菌活性降低,分解VFA速率降低,因而沼气产量也随之降低。

③排泥量过大:使消化池内厌氧微生物的数量减少,破坏了微生物量与营养量的平衡,使产气量随之降低,对策自然是减少排泥量。

④消化池有效容积减少:由于池内页面浮渣的积累和池底泥砂的堆积使消化池有效容积减小,整体消化效果下降、产气量也随之降低。

⑤沼气泄漏:消化池和暑期系统的管道或设施出现漏气现象使计量到的产气量比时间产量小,此时应马上查找漏点并予以修补,以防止出现沼气爆炸等更大的事故。

⑥消化池内温度下降:进泥量过大或加热设施出现故障使消化池内温度下降,产气量也随之降低。

(3)上清液含固量升高

消化池排放的上清液含固量升高,回事出水水质下降,回流倒污水处理系统增加污水处理的负荷,同时还会使排放的消化污泥浓度降低,其原因和控制对策可以归纳如下:

①上清液排放量过大导致其含固量升高。

②排放上清液时速度过快,导致排放管道内流速太大,将消化池内大量的固体污泥颗粒一起携带排走。

③上清液排放口与进泥口距离太紧,进入的污泥发生短路,污泥未经充分消化就被直接排出,因而含固量升高。

④进泥量过大或进泥中固体负荷过大,是得消化不完全,有机物的分解率即消化率降低。

⑤排泥量太少使消化池内消化污泥积聚太多、搅拌过渡、浮渣混入等原因。

(4)消化液的温度下降

①用于加热的蒸汽或热水供应不足或热交换器出现故障,解决的办法是加大蒸汽或热水的供应量或修理热交换器。

②投泥的频率较低,一次投泥量过大,导致加热系统的负荷不够

③混合搅拌不均匀会导致消化池内局部过热,局部由于热量不足而温度降低

(5)气相压力增大

污泥厌氧消化池气相眼里增大过多,会使沼气自压力安全阀溢入大气,不仅损失沼气量,而且可能因沼气的易燃易爆带来危险。

(6)气相出现负压,会使空气自真空安全阀进入消化池,破坏消化池内的厌氧状态。其原因和控制对策可以归纳如下:

①排泥量大于排泥量或排泥时速过快,会使消化池液位降低,产生真空管。

②投加氨水、熟石灰、氢氧化钠等药剂补充碱度调整pH只时,如果投加过量也会因消耗混合液中的二氧化碳使气相中的二氧化碳大量向混合液转移

③用于沼气搅拌的压缩机的出气管道出现泄漏时,及时修复泄漏点即可解决。

④用风机或压缩机将沼气池抽送到胶原的使用点时,抽气量大于产气量,也可导致消化池气相楚翔负压,此时应加强抽气量的平衡调度

⑤消化池内产甲烷菌的活性下降等原因导致产气量突然减少,而排气等设施未能及时反应也会导致消化池气象出现负压,此时要完善产气与抽气或用气之间的自控管理,实现自动运行。

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