厭氧消化系統(tǒng)試運(yùn)行的一個(gè)主要任務(wù)是培養(yǎng)厭氧活性污泥,即消化污泥。厭氧活性污泥培養(yǎng)的主要目標(biāo)是厭氧消化所需要的甲烷菌和產(chǎn)酸菌,當(dāng)兩菌種達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),有機(jī)質(zhì)才會(huì)被不斷地轉(zhuǎn)化為甲烷氣,即厭氧沼氣。
機(jī)理
污泥厭氧消化是一個(gè)多階段的復(fù)雜過(guò)程,完成整個(gè)消化過(guò)程,需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段(目前公認(rèn)的),即水解、酸化階段,乙酸化階段,甲烷化階段。各階段之間既相互聯(lián)系又相互影響,各個(gè)階段都有各自特色微生物群體。 水解酸化階段
一般水解過(guò)程發(fā)生在污泥厭氧消化初始階段,污泥中的非水溶性高分子有機(jī)物,如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物質(zhì)。水解后的物質(zhì)在兼性菌和厭氧菌的作用下,轉(zhuǎn)化成短鏈脂肪酸,如乙酸、丙酸、丁酸等,還有乙醇、二氧化碳。 乙酸化階段
在該階段主要是乙酸菌將水解酸化產(chǎn)物,有機(jī)物、乙醇等轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜帷T撨^(guò)程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。甲烷化階段
甲烷化階段發(fā)生在污泥厭氧消化后期,在這一過(guò)程中,甲烷菌將乙酸(CH3COOH)和H2、CO2分別轉(zhuǎn)化為甲烷, 如下:
2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑ 4H2+CO2→CH4+ 2H2O
在整個(gè)厭氧消化過(guò)程中,由乙酸產(chǎn)生的甲烷約占總量的2/3,由CO2和H2轉(zhuǎn)化的甲烷約占總量的1/3。
一.厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化
1.污泥的厭氧消化中,甲烷菌的培養(yǎng)與馴化方法主要有兩種; (1)接種培養(yǎng)法 (2)逐級(jí)培養(yǎng)法
2.接種污泥一般取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置,尤其是城市污水處理廠的消化污泥,當(dāng)液態(tài)消化污泥運(yùn)輸不方便時(shí),可用污水廠經(jīng)機(jī)械脫水后的干污泥。在厭氧消化污泥來(lái)源缺乏的地方,可從廢坑塘中腐化的有機(jī)地泥,或人糞,牛糞,豬糞,酒糟或初沉池底泥代替。大型污水處理廠,若同時(shí)啟動(dòng)所需接種量太大,可分組分別啟動(dòng)。
接種污泥培養(yǎng)法是向厭氧消化裝置中投入容積為總?cè)莘e10%-30%厭氧菌種污泥,接種污泥一般為含固率為3%-5%的濕污泥,再加入新鮮污泥**設(shè)計(jì)液面,然后通入蒸汽加熱,升溫速度保持1°C/h,直**達(dá)到消化溫度(可將污泥厭氧消化分為中溫(一般30~36℃)厭氧消化和高溫(一般50~55℃)厭氧消化。研究表明,在污泥厭氧消化過(guò)程中,溫度發(fā)生±3℃變化時(shí),就會(huì)抑制污泥消化速度;溫度發(fā)生±5℃變化時(shí),就會(huì)突然停止產(chǎn)氣,使有機(jī)酸發(fā)生大量積累而破壞厭氧消化。)。如污泥呈酸性,可人工加堿(如石灰石),調(diào)整pH值6.5-7.5。維持消化溫度,穩(wěn)定一段時(shí)間(3-5d)后,污泥即可成熟。再投配新鮮污泥并轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行。此法適用于小型消化池,因?yàn)閷?duì)于大型消化池,使升溫速度為1°C/h,需熱量較大,鍋爐供應(yīng)不上。
(2)逐步培養(yǎng)法指向消化污泥池內(nèi)逐步投入生泥,使生污泥自行逐漸轉(zhuǎn)化為厭氧活性污泥的過(guò)程。該方法使活性污泥經(jīng)歷一個(gè)由好養(yǎng)向厭氧的轉(zhuǎn)變過(guò)程,加入?yún)捬跷⑸锏纳L(zhǎng)速率比好養(yǎng)微生物低很多,因此培養(yǎng)過(guò)程很慢,一般需歷時(shí)6-10個(gè)月左右,才能完成甲烷菌的培養(yǎng)。
或者通過(guò)加熱的方式加速污泥成熟;將每日產(chǎn)生的新鮮污泥投入消化池,待池內(nèi)的污泥量為一定數(shù)量時(shí),通入蒸汽,升溫速度控制在1°c/h。當(dāng)池內(nèi)溫度升到預(yù)定溫度時(shí),可減少蒸汽量,保持溫度不變,并逐日投加一定數(shù)量的新鮮污泥,直**達(dá)到設(shè)計(jì)液面停止加泥,整個(gè)成熟過(guò)程一直持續(xù)恒溫,成熟時(shí)間約30-40d。污泥成熟后,即可投配新鮮污泥并轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行。
二.培菌注意事項(xiàng)
1.厭氧消化系統(tǒng)的處理對(duì)象是活性污泥,不存在毒性問(wèn)題,但是厭氧消化繁殖速度太慢,為加快培養(yǎng)啟動(dòng)過(guò)程,除投入接種污泥以外,還應(yīng)做好厭氧消化污泥的成熟。
2.厭氧消化污泥培養(yǎng),初期生污泥投加量與接種污泥的數(shù)量及培養(yǎng)時(shí)間有關(guān),早期可按設(shè)計(jì)污泥量的30%-50%投加,到培養(yǎng)經(jīng)歷了60d左右,可逐漸增加投泥量。若從監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)消化不正常時(shí),應(yīng)減少投泥量。
3.厭氧消化系統(tǒng)處理城市污水處理廠的活性污泥,由于活性污泥中碳,氮,磷等營(yíng)養(yǎng)是均衡的,能夠適應(yīng)厭氧微生物生長(zhǎng)繁殖需要,因此,即使在厭氧消化污泥培養(yǎng)的初期也不需要和處理工業(yè)廢水那樣加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
4.城市污水廠厭氧消化系統(tǒng),產(chǎn)生沼氣的時(shí)間較早,沼氣量也較大。為防止發(fā)生爆炸事故,投泥前,應(yīng)使用不活潑的氣體(氮?dú)猓⑤敋夤苈废到y(tǒng)的空氣置換出去,以后在投泥;產(chǎn)生沼氣后,在逐漸把氮?dú)庵脫Q出去。
三.馴化
馴化的目的是選擇適應(yīng)實(shí)際水質(zhì)情況的微生物,淘汰無(wú)用的微生物,對(duì)于厭氧生物處理工藝,是通過(guò)馴化使厭氧菌成為優(yōu)勢(shì)菌群。具體做法shou先保持工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn),然后嚴(yán)格控制工藝控制參數(shù),DO在厭氧池控制在0.1mg/l以下,外回流比50%-100%,內(nèi)回流比200%-300%,并且,每天排除日產(chǎn)泥量30%-50%的剩余污泥。在此過(guò)程中,每天測(cè)試進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo),直到出水各指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
影響因素 溫度
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在污泥厭氧消化過(guò)程中,溫度對(duì)有機(jī)物負(fù)荷和產(chǎn)氣量有明顯影響。根據(jù)微生物對(duì)溫度的適應(yīng)性,可將污泥厭氧消化分為中溫(一般30~36℃)厭氧消化和高溫(一般50~55℃)厭氧消化。研究表明,在污泥厭氧消化過(guò)程中,溫度發(fā)生±3℃變化時(shí),就會(huì)抑制污泥消化速度;溫度發(fā)生±5℃變化時(shí),就會(huì)突然停止產(chǎn)氣,使有機(jī)酸發(fā)生大量積累而破壞厭氧消化。 酸堿度 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
研究表明,污泥厭氧消化系統(tǒng)中,各種細(xì)菌在適應(yīng)的酸堿度 范圍內(nèi),只允許在中性附近波動(dòng)。微生物對(duì)pH的變化非常敏感。水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌適應(yīng)的pH范圍為5.0~6.5,甲烷菌適應(yīng)的pH范圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過(guò)程的反應(yīng)速度超過(guò)甲烷化過(guò)程速度,pH就會(huì)降低,從而影響產(chǎn)甲烷菌的生活環(huán)境,進(jìn)而影響污泥厭氧消化效果,然而,由于消化液的緩沖作用,在一定范圍內(nèi)避免這種情況的發(fā)生。
消化液是污泥厭氧消化過(guò)程血紅有機(jī)物分解而產(chǎn)生的,其中含有除了CO2和NH3外,還有以NH4NCO3形態(tài)的NH4+,HCO3-和H2CO3形成緩沖體系,平衡小范圍的酸堿波動(dòng)。如下:
H+ + HCO3- ═H2CO3 有毒物質(zhì)濃度
在污泥厭氧消化中,每一種所謂有毒物質(zhì)是具有促進(jìn)還是抑制甲烷菌生長(zhǎng)的作用,關(guān)鍵在于它們的毒閾濃度。低于毒閾濃度,對(duì)甲烷菌生長(zhǎng)有促進(jìn)作用;在毒閾濃度范圍內(nèi),有中等抑制作用,隨濃度逐漸增加,甲烷菌可被馴化;超過(guò)毒閾上限。則對(duì)微生物生長(zhǎng)具有強(qiáng)烈的抑制作用。