厭氧消化系統試運行的一個主要任務是培養厭氧活性污泥,即消化污泥。厭氧活性污泥培養的主要目標是厭氧消化所需要的甲烷菌和產酸菌,當兩菌種達到動態平衡時,有機質才會被不斷地轉化為甲烷氣,即厭氧沼氣。
機理
污泥厭氧消化是一個多階段的復雜過程,完成整個消化過程,需要經過三個階段(目前公認的),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系又相互影響,各個階段都有各自特色微生物群體。 水解酸化階段
一般水解過程發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物,如碳水化合物、蛋白質、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。水解后的物質在兼性菌和厭氧菌的作用下,轉化成短鏈脂肪酸,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物,有機物、乙醇等轉變為乙酸。該過程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。甲烷化階段
甲烷化階段發生在污泥厭氧消化后期,在這一過程中,甲烷菌將乙酸(CH3COOH)和H2、CO2分別轉化為甲烷, 如下:
2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑ 4H2+CO2→CH4+ 2H2O
在整個厭氧消化過程中,由乙酸產生的甲烷約占總量的2/3,由CO2和H2轉化的甲烷約占總量的1/3。
一.厭氧微生物的培養和馴化
1.污泥的厭氧消化中,甲烷菌的培養與馴化方法主要有兩種; (1)接種培養法 (2)逐級培養法
2.接種污泥一般取自正在運行的厭氧處理裝置,尤其是城市污水處理廠的消化污泥,當液態消化污泥運輸不方便時,可用污水廠經機械脫水后的干污泥。在厭氧消化污泥來源缺乏的地方,可從廢坑塘中腐化的有機地泥,或人糞,牛糞,豬糞,酒糟或初沉池底泥代替。大型污水處理廠,若同時啟動所需接種量太大,可分組分別啟動。
接種污泥培養法是向厭氧消化裝置中投入容積為總容積10%-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**設計液面,然后通入蒸汽加熱,升溫速度保持1°C/h,直**達到消化溫度(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,在污泥厭氧消化過程中,溫度發生±3℃變化時,就會抑制污泥消化速度;溫度發生±5℃變化時,就會突然停止產氣,使有機酸發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),調整pH值6.5-7.5。維持消化溫度,穩定一段時間(3-5d)后,污泥即可成熟。再投配新鮮污泥并轉入正式運行。此法適用于小型消化池,因為對于大型消化池,使升溫速度為1°C/h,需熱量較大,鍋爐供應不上。
(2)逐步培養法指向消化污泥池內逐步投入生泥,使生污泥自行逐漸轉化為厭氧活性污泥的過程。該方法使活性污泥經歷一個由好養向厭氧的轉變過程,加入厭氧微生物的生長速率比好養微生物低很多,因此培養過程很慢,一般需歷時6-10個月左右,才能完成甲烷菌的培養。
或者通過加熱的方式加速污泥成熟;將每日產生的新鮮污泥投入消化池,待池內的污泥量為一定數量時,通入蒸汽,升溫速度控制在1°c/h。當池內溫度升到預定溫度時,可減少蒸汽量,保持溫度不變,并逐日投加一定數量的新鮮污泥,直**達到設計液面停止加泥,整個成熟過程一直持續恒溫,成熟時間約30-40d。污泥成熟后,即可投配新鮮污泥并轉入正式運行。
二.培菌注意事項
1.厭氧消化系統的處理對象是活性污泥,不存在毒性問題,但是厭氧消化繁殖速度太慢,為加快培養啟動過程,除投入接種污泥以外,還應做好厭氧消化污泥的成熟。
2.厭氧消化污泥培養,初期生污泥投加量與接種污泥的數量及培養時間有關,早期可按設計污泥量的30%-50%投加,到培養經歷了60d左右,可逐漸增加投泥量。若從監測結果發現消化不正常時,應減少投泥量。
3.厭氧消化系統處理城市污水處理廠的活性污泥,由于活性污泥中碳,氮,磷等營養是均衡的,能夠適應厭氧微生物生長繁殖需要,因此,即使在厭氧消化污泥培養的初期也不需要和處理工業廢水那樣加入營養物質。
4.城市污水廠厭氧消化系統,產生沼氣的時間較早,沼氣量也較大。為防止發生爆炸事故,投泥前,應使用不活潑的氣體(氮氣)將輸氣管路系統的空氣置換出去,以后在投泥;產生沼氣后,在逐漸把氮氣置換出去。
三.馴化
馴化的目的是選擇適應實際水質情況的微生物,淘汰無用的微生物,對于厭氧生物處理工藝,是通過馴化使厭氧菌成為優勢菌群。具體做法shou先保持工藝的正常運轉,然后嚴格控制工藝控制參數,DO在厭氧池控制在0.1mg/l以下,外回流比50%-100%,內回流比200%-300%,并且,每天排除日產泥量30%-50%的剩余污泥。在此過程中,每天測試進出水水質指標,直到出水各指標達到設計要求。
影響因素 溫度
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在污泥厭氧消化過程中,溫度對有機物負荷和產氣量有明顯影響。根據微生物對溫度的適應性,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,在污泥厭氧消化過程中,溫度發生±3℃變化時,就會抑制污泥消化速度;溫度發生±5℃變化時,就會突然停止產氣,使有機酸發生大量積累而破壞厭氧消化。 酸堿度 #p#分頁標題#e#
研究表明,污泥厭氧消化系統中,各種細菌在適應的酸堿度 范圍內,只允許在中性附近波動。微生物對pH的變化非常敏感。水解與發酵菌及產氫、產乙酸菌適應的pH范圍為5.0~6.5,甲烷菌適應的pH范圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過程的反應速度超過甲烷化過程速度,pH就會降低,從而影響產甲烷菌的生活環境,進而影響污泥厭氧消化效果,然而,由于消化液的緩沖作用,在一定范圍內避免這種情況的發生。
消化液是污泥厭氧消化過程血紅有機物分解而產生的,其中含有除了CO2和NH3外,還有以NH4NCO3形態的NH4+,HCO3-和H2CO3形成緩沖體系,平衡小范圍的酸堿波動。如下:
H+ + HCO3- ═H2CO3 有毒物質濃度
在污泥厭氧消化中,每一種所謂有毒物質是具有促進還是抑制甲烷菌生長的作用,關鍵在于它們的毒閾濃度。低于毒閾濃度,對甲烷菌生長有促進作用;在毒閾濃度范圍內,有中等抑制作用,隨濃度逐漸增加,甲烷菌可被馴化;超過毒閾上限。則對微生物生長具有強烈的抑制作用。