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厌氧消化池装置工作原理
厌氧消化是以成分复杂的**物为基质，由多种群兼性厌氧和专性厌氧微生物参与的复杂代谢过程。在厌氧消化过程中存在基质链与生物链的交互作用。废水的厌氧生物处理是在无氧和无其他氧化物存在下，厌氧微生物将复杂的无机化合物降解，转化为简单、稳定的无机化合物，并释放能量。甲烷和二氧化碳是主要终产物，也有N2、H2、NH3、H2S出现。
**物的厌氧分解是涉及多种微生物生理类群的复杂生物化学反应。大批学者研究了生化过程中不同阶段的能量水平不同营养功能菌群的代谢途径和不同微生物的形状等。
依据微生物生理类群的代谢差异，Zeikus 提出的“三段四菌群”学说是目前普遍为人接受的观点，它提出厌氧消化是在四个微生物菌群(水解菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群、产甲烷菌群)的作用下完成。其过程可以分为三个阶段。
阶段为水解发酵阶段（也称酸化）。此阶段，通过兼性水解发酵菌（即产酸菌）的代谢活动，将复杂**物——碳水化合物、蛋白质和脂类等发酵成为**酸、醇类、CO2、H2、NH3和H2S等。*二阶段为产氢产乙酸阶段。这一阶段，主要通过专性厌氧的产氢产乙酸菌的生理活动，将阶段的代谢产物--丙酸及其他脂肪酸、醇类和某些芳香族酸转化为乙酸、CO，和H。*三阶段为产甲烷阶段。主要是由产甲烷菌利用阶段、*二阶段产生的乙酸，CO2，H2(还有甲酸、甲醇和甲胺)等为主要基质，终转化为CH和 CO2。产甲烷菌包括两种特很强的:一群产甲烷菌主要利用H把CO还原为CH(也可利用甲酸);另一群产甲烷菌主要以乙酸为基质(也可利用甲醇和甲胺)，把它分解为CH和CO2。在这一阶段中，据研究还有一种同型产乙酸菌可把CH。和CO2合成为乙酸。
厌氧消化是一个多种群多层次的混合发酵过程，在这个复杂的系统中，种群之间存在着互相依存、互相影响和互相制约的关系，其代谢产物之间在 系统内也存在着动态平衡。

厌氧消化的类型
按照厌氧消化池装置内的工作温度把污泥消化分为常温、中温和高温。
1、常温厌氧消化
典型的常温厌氧消化池装置是双层沉淀池，较长时间的历史，主要用于初次沉淀污泥的稳定及中水回用的化粪池。常温厌氧消化池由于没有污泥加热设备，所以操作简单，主要用于小型污水处理厂，更适宜用于生物滤池污泥的稳定， 但是需要注意的是厌氧消化池在操作不当时容易酸性发酵。
2、中温厌氧消化
中温污泥消化是常用的污泥厌氧消化形式，由于实际废水自身的温度低于所要求的工温度，所以需要对被消化的废水事行加热。中温厌氧消化过程是一个相对敏感的过程，这一过程要求有严格的边界条件，如要求加热设备和消化池的绝热效果都是有效，以保证消化池能够在稳定的温度下运行;为了使沼泥稳定运行，消化池内的混应连续搅拌，使消化池内不发生短流和死角，具有良好的接种条件和保证pH值在很小的范围内变化。
3、高温厌氧消化
高温厌氧消化的工作温度是50~55℃，高温下化学反应与生物反应比低温下快得多反应器内温度与其所生长的微生物的生长温度相一致，各类微生物都有其适宜生长温度和生长温度范围，其菌种不同于中温厌氧消化。其优点表现如下。
①高温下废水中的病源微生物可更好去除。
②相对高的生长率意味着高温下厌氧微生物有更高的活性。③高温下溶液黏度低，废水与污泥易混合，消化效果好。
④嗜热菌生长率高，由于其相对率也高，高温条件下污泥的净增长率较低，剩余污泥量少。
它的缺点是对温度的敏感性高、污泥加热及运行管理费用高，所需要的热量大。

厌氧消化池装置中厌氧消化的影响因素
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。改变pH可以引起水解酸化过程中微生物种群和代谢途径的剧烈变化。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**过产甲烷阶段，会造成**酸的累积而抑制反应;产甲烷与产酸速率接近，则无大量**酸累积，消化液的pH值升高。发酵产酸中间产物难以控制，产量不稳定，但pH值可以作为综合各个阶段消化状态的一个指标。研究认为，碳水化合物和蛋白质的水解挥发性脂肪酸(VFA)的产生量和产生速率在pH等于7条件时达到，以TOC和COD表示的水解效率高达80%以上。
2 、温度
厌氧消化根据消化温度差异，可以分为高温消化(50℃以上)、中温消化(30~36℃)、常温消化三种方式。当温度在55~60℃左右时，消化效率，厌氧消化也比较稳定，消化时间仅需要10d左右。从微生物活性来说，产甲烷菌正常生存的温度范围10~60℃，其活性随着温度升高而。当温度低于10℃，虽能存活，但代谢将基本停止;当温度**过70℃活性降低。
国内污泥厌氧消化早期多集中于中温条件，高温消化被认为需要消耗更大能量。张辰研究认为，高温厌氧消化对VS和COD具有更高的去除率，提供更多的产甲烷基质和沼气量。无论高温或中温消化均会导致污泥脱水性能变差，且高温消化污泥的毛细吸水时间(CST)**中温消化污泥。对病原菌的杀灭方面研究发现，中温厌氧消化粪大肠菌群数较少，小于2×106MPN/g，高温厌氧消化满足小于1000MPN/g，说明高温厌氧消化残渣制作肥料更可靠。为保持消化池内的温度适中，必须进行加热升温。厌氧消化池的常用加热方式包括：在消化池外热交换器预热、用蒸汽直接在消化池内加热、在消化池内部安装热水加热盘管三种。
3 、营养与碳氮比
合成细胞所需要的碳源具有双重任务。一是作为反应过程的能源，二是合成新细胞。合成细胞的C/N比约为5∶1，要求C/N比约为(10~20)∶1。如果氮量不足，则消化液缓冲能力低，pH容易降低。反之，pH可能上升，铵盐容易累积，会抑制消化过程。孙洪伟等认为，碳氮比C/N对胞外聚合物(EPS)及其组分具有显著影响。当C/N由0升高至15，EPS和紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)含量逐渐升高，而松散型胞外聚合物(LB-EPS)含量逐渐降低。此外，C/N导致毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)值显著，污泥的脱水性能变差。实际生产中，污泥碳氮比较低，易产生氨抑制，污泥单厌氧消化存在产气量低、系统不稳定等问题。利用果蔬、厨房垃圾等易腐**废物与污泥共消化可以提高甲烷产率与单位处理效率。
4 、其他
搅拌，厌氧消化池存在分层现象，透过搅拌可以分层，增加污泥与微生物的接触，使进泥与原有原料充分接触，加快消化速度。实际生产多采用间歇搅拌方式或多级搅拌方式。由于产甲烷菌的增殖较慢，对环境变化敏感，生物固体停留时间(污泥龄)也是厌氧消化的影响因素之一。污泥池中的硝酸盐将被还原成氮气，由于细胞增殖很少，很少氮转化为细胞，大部分转化为消化液中的氨，氮平衡也是重要的影响因素。另外，重金属及胺类等有毒物质也是影响因素。

厌氧消化
厌氧消化是利用厌氧微生物经过水解、酸化、产甲烷等过程，将污泥中的大部分固体**物水解、液化后并终分解掉的过程。
厌氧消化工艺
生物污泥进入到消化池后，由于没有搅拌装置，污泥会在消化池内进行分层。其中污泥的厌氧消化主要在反应层中进行，污泥中的**物被厌氧转变为甲烷和二氧化碳。随着污泥消化反应的进行，会在消化池的底部形成熟污泥层，这里是已经得到稳定化处理后的污泥。污泥厌氧消化的好处是在反应过程中会有沼气产生，可以再生利用。但是传统的污泥消化池的反应速率通常都是比较慢的，停留时间也比较长，反应池容积也比较大，因此在传统工艺的基础上，通过增加加热装置和搅拌装置来提高污泥消化的速率，形成了所谓的高速污泥消化池。通过提升污泥的温度（中温35~38℃，高温55~65℃），提高反应速率，加快稳定化的进度。比如中温条件下，一般可以将消化时间缩短到15天左右。
但是由于高速消化池内存在搅拌装置，因此污泥不会得到浓缩，也是说不能分离上清液，因此出现了高速消化池与传统消化池串联的工艺，通过高速污泥消化池的快速消化，以及传统消化池的分层处理，来实现污泥的消化，污泥的浓缩和上清液的排放。
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