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污泥消化

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所属类别:城镇污泥处理与处置

基本信息

中文名称:污泥消化
外文名称:

稳定污泥中有机物的生物处理工艺。污泥消化后不易腐化,病原菌和寄生虫卵大部分被灭活,没有恶臭,且较易脱水,有利于对污泥的进一步处置或利用。

机理

污泥消化工艺有厌氧消化和好氧消化两种。

厌氧消化

最常用的处理工艺。在厌氧条件下,兼性厌氧菌将污泥中的碳水化合物、蛋白质和脂肪等,转化为有机酸等结构简单的有机物,pH值下降到6左右,这一过程称为酸性发酵阶段。然后,由专性厌氧的甲烷菌将有机酸等转化为甲烷和二氧化碳等(总称污泥气),pH值恢复到7以上,这一过程称为碱性发酵阶段。经过这两个阶段,泥质已稳定,其中污泥气可收集利用(参见污泥气利用)。每分解1 kg挥发性干物质,一般可产污泥气750~1 100 L。在厌氧消化过程中,通过接种消化污泥、控制污泥停留时间,即可维持pH值经常在7.2左右,从而得到所需的稳定污泥,有机物分解率一般可达50%。

影响污泥厌氧消化的因素很多,其中最重要的因素是温度。消化过程的工作温度可分为低温、中温和高温3种情况(图1)。

图1 污泥消化与温度的关系图

(1)低温(或常温)消化。工作温度为10~20℃。如在双层沉淀池污泥室中的消化过程,污泥停留时间在60 d以上。因低温消化不需搅拌和加热,所以设施和管理简单,但池的容积大,污泥气产量较少,多在规模较小的污水处理设施中应用。

(2)中温消化。工作温度为30~38℃。城市污水厂绝大多数采用中温消化,污泥停留时间约20 d左右。中温消化技术成熟,效果较好。

(3)高温消化。工作温度为50~57℃。污泥停留时间可缩短为15 d。高温消化灭活病原菌和寄生虫卵的效果最好,但管理复杂,能耗较大,污泥气产量比中温消化高出不多。高温消化多用于粪便消化,在城市污泥消化中应用不多。

好氧消化

利用好氧菌在好氧条件下的内源呼吸阶段,不补充营养,对污泥进行延时曝气,使污泥稳定的工艺。20世纪60年代以来,匈牙利和德国等国家采用这一方法,即用短时(如3 h)的活性污泥处理污水,然后将剩余污泥单独延时曝气(如曝气时间为3 d)。此法的优点是得到与厌氧消化同样稳定的污泥,池容积可减少约30%,缺点是电耗一般要增加50%~100%,且不能产生有利用价值的污泥气。

构筑物

污泥消化的构筑物统称为消化池。化粪池(又称腐化池)与双层沉淀池同属低温消化池。中温消化池一般为密闭的圆柱形(或矩形)钢筋混凝土池,内径一般为6~35 m,高5~15 m。新颖构筑物卵形中温消化池的受力情况较好,搅拌无死角,上端浮渣面积小,但施工较困难。

圆柱形消化池顶盖可为固定式(图2),也可为浮动式(图3)。浮动盖下设水封,盖可随泥面的变动而升降,始终保持池内气压大于大气压,以免空气进入池内,而与污泥气混合形成可爆气体。盖上设检修口、集气罩等;池壁设有溢流管、进泥管、取样管;池底有排泥管。消化池通常至少须设2座,消化池之间设控制间,并布置污泥泵、闸阀等。池壁外表面需敷设保温层。

图2 固定盖式消化池示意图

图3 浮盖式消化池示意图

中温消化时,原污泥温度可能低于工作温度20℃左右,池体及管路还有热损失,因此需加热。加热方式是加蒸汽于池内,也可在池外用热交换器加热。池内加蒸汽会降低污泥浓度,池子容积也要增加5%~7%。用热交换器加热,可不增加污泥体积,优于池内加热。

污泥搅拌可保持池内的污泥温度和污泥浓度均匀,是防止形成分层和浮渣结壳的措施。搅拌可提高有机物的分解率和分解速度,搅拌后池内各点污泥浓度的差异不超过10%。搅拌方式可用污泥气进行气力搅拌(气提泵、扩散器等)、水力循环搅拌和机械(旋桨、射流器等)搅拌,亦可综合使用上述几种搅拌方式。

消化池所产生的污泥气集中于池顶,由管道送至气柜贮存。如污泥含水率为 96%,则1 m3污泥可产污泥气约10~15 m3。污泥气中含甲烷达65%,而空气中含8.6%~20.8%(体积比)污泥气,即能形成可爆气体,为此必须注意防爆安全。消化池的气柜应气密,且应保持2~3 kPa的正压。与消化池有关的建筑、设施,均应遵守有关防火、防爆的规定。此外,污泥气中还含有硫化氢,在有水流的情况下,将对管道及设备产生腐蚀,一般可采用干法(常压氧化法)或湿法(喷淋法)脱硫。

消化池通常是并联使用,也可串联使用,即两级消化。两级消化的第1级消化池分解大部分有机物,其加热、搅拌、集气,均按常规消化池操作,但不排上清液,所产污泥气约占总产气量的90%。第2级消化不加热、不搅拌,可集气或不集气(用开口池),但排上清液。两级消化的优点是上清液为静态沉淀所形成,含固量低,而排泥则较浓。两级消化的总池容及耗热量均低于一级消化。

  
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