消化污泥又稱熟污泥。是在好氧或厭氧條件下進行消化，使污泥中揮發物含量降低到固體，相對不易腐爛、不發惡臭時的污泥。其含水率約為95%，容易脫水。
基本介紹
- 中文名：消化污泥
- 外文名：digested sludge
- 又稱：熟污泥
- 含水率：約為95%
- 過程：酸化階段和甲烷化階段
- 目的：減少污泥體積
簡介,厭氧消化,相關微生物,目的,工藝對磷系統的作用,設備,VD工藝,處理過程,技術優點,消化污泥處理,
簡介
污泥消化是利用微生物的代謝作用，使污泥中的有機物質穩定化。當污泥中的揮發性固體VSS含量降到40%以下時，即可認為已達到穩定化。污泥消化可以採用好氧處理工藝，也可以採用厭氧處理工藝。
污泥耗氧消化是以耗氧的方式氧化污泥中的有機物質，並且減少污泥的質量和體積。操作污泥耗氧消化如同操作活性污泥系統，只要微生物環境維持穩定（如溫度、pH、無毒性物質干擾），系統將能自我維持。
厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應，分解污泥中有機物質的一種污泥處理工藝。厭氧消化是使污泥實現“四化”的主要環節。首先，有機物被厭氧消化分解，可使污泥穩定化，使之不易腐敗。其次，通過厭氧消化，大部分病原菌或蛐蟲卵被殺滅或作為有機物被分解，使污泥無害化。第三，隨著污泥被穩定化，將產生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經消化以後，其中的部分有機氮轉化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的減量化雖然主要借濃縮和脫水，但有機物被厭氧分解，轉化成沼氣，這本身也是一種減量過程。
厭氧消化
厭氧污泥消化過程主要包括兩個階段：酸化階段和甲烷化階段。固態有機物主要成分是天然高分子化合物，如澱粉、纖維素、油脂和蛋白質等，在無氧環境中降解為有機酸、醇、醛、水分子等液態產物和CO2、H2、NH3、H2S等氣體分子，氣體大多溶解在泥液中。該階段的轉化產物主要是有機酸，所以pH值迅速下降。低pH值有抑制細菌生長的作用，而NH3的溶解產物NH4OH有中和作用，經過長時間的酸化階段，pH值回升後，進入氣化階段。氣化階段產生的氣體主要是甲烷，因此也稱該階段為甲烷化階段，與酸化階段相應。該階段的CO2也比較多，還有微量的H2S。也有學者研究認為厭氧污泥消化經歷四個階段：水解、酸化、乙酸化、甲烷化。
污泥
污泥相關微生物
②產氫產乙酸菌以及同型產乙酸菌。
③產甲烷菌，主要包括甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷八疊球菌和甲烷螺旋菌。
目的
（1）減少污泥體積
減少污泥中可降的有機物含量，使污泥的體積減少。與消化前相比，消化污泥的體積一般可減少1/2～1/3。
消化污泥
消化污泥（2）穩定污泥性質
減少污泥中可分解、易腐化物質的數量，使污泥性質穩定。
（3）提高污泥的脫水效果
未消化的污泥呈粘性膠狀結構，不易脫水。消化過的污泥，膠體物質被氣化、液化或分解，使污泥中的水分與固體易分離。
（4）利用產生的甲烷氣體
污泥在消化過程中產生沼氣，沼氣中有用的甲烷氣體約占2/3，可做為燃料用來發電、燒鍋爐、驅動機械等。
（5）消除惡臭
污泥在厭氧消化過程，硫化氫分離出硫分子或與鐵結合成為硫化鐵，因此消化後的污泥不會再發出惡臭。
（6）提高污泥的衛生質量
污泥中含有很多有毒物質如細菌、病原微生物、寄生蟲卵，極不衛生。污泥在消化過程中，產生的甲烷菌具有很強的抗菌作用，可殺死大部分病原菌以及其它有害微生物，使污泥衛生化。
工藝對磷系統的作用
（1） 在好氧的狀態下，微生物過量吸收污水中的磷，之後通過排除污泥將磷從系統中去除。污水中的一部分磷隨著剩餘污泥排出系統，而大部分含磷污泥與污水一起回流進入厭氧狀態，在厭氧的不利狀態下，活性污泥中的聚磷菌將體內的聚磷分解產生能量，一部分能量供給自身的生存，另一部分則供給聚磷菌主動吸收水體中的乙酸酐並將其轉化為PHB儲存在體內。在聚磷菌分解聚磷時，將磷釋放到泥液中，這就時厭氧釋磷。在好氧狀態下，微生物將聚集在體內的PHB分解釋放出大量能量，一部分供給自身的生長繁殖，一部分供給聚磷菌大量吸收泥液中的磷，這就是好氧吸磷。
消化污泥
消化污泥（2） 影響生物除磷因素：
① DO：要取得較好的生物除磷效果，必須嚴格控制系統中的厭氧條件，要保證系統中既沒有分子態氧，也沒有氧化態氧，以保證除磷菌有效吸收有機物並釋放磷。
② 一般硝酸鹽的存在會影響除磷效果，但是當COD/TKN>10時，硝酸鹽對生物除磷影響較小。
③ 泥齡：一般污泥泥齡較短的系統產生的剩餘污泥較多，可以取得較好的除磷效果。
④ BOD負荷：BOD/TP=20是正常生物除磷的底限。
⑤ 溫度和pH，一般有影響，但是影響不大。
微生物增長動力學四個假定
（1）反應器系統中指定種類微生物的所有個體都是相同的，事實上，由於所處生命周期階段不同，每個微生物的生理狀態都是不同的。
帶式(污泥)壓濾機
帶式(污泥)壓濾機（2）隨即現象可以忽略，即細胞之間的任何隨機性差別都不予考慮。
（3）每個微生物功能組別（如，好氧異氧菌、自養菌等）中，所有的微生物都被看作屬於同一個種類，且在一個微生物種類中不考慮其個體，因為我們關注的之微生物群整體。
（4）假設懸浮生長式反應器的反應是均勻進行的，儘管反應器中的微生物會處於不同的生長階段。
設備
螺旋槳式攪拌設備組成簡單，操作容易，可以通過豎管向上或向下兩個方向推動污泥，因此在固定污泥液面的前提下，能夠有效地消除浮渣層。螺旋槳式攪拌器特別適用卵形或者帶陡峭錐底的圓柱形消化池。運行簡單，維修量少。但在池內的螺旋槳發生故障時，消化池需打開，消化系統要停止運行。螺旋槳式攪拌器的能力，一般情況下按照，在一天內將消化池全池完全攪拌一次的次數和完成攪拌一次的時間來選擇。
消化污泥設備
消化污泥設備懸掛噴嘴式沼氣攪拌器，主要由懸掛在池頂部的沼氣輸送豎管和噴咀組成。攪拌器可以按需要在池內多點布置，並可分組運行。具有結構簡單；設定和操作靈活；由於可分組攪拌，使所需要的攪拌強度較小；對池的適應性強；不受液面控制等優點。此類形的攪拌器適合於上述的各種池形，用在平底或底部錐形較緩的消化池中更顯示出其優點。攪拌器的能力，一般情況下按照，一天內將消化池全池完全攪拌一次的次數及攪拌系統的組數和完成攪拌一次的時間來選擇。
多根束管式沼氣攪拌器主要由多根沼氣輸送管（束管）和沼氣釋放口組成。束管由消化池頂部的中間位置進入池中，延伸至池底部的釋放口。此攪拌器的特點是構造簡單，易操作。但容易堵塞，需在池頂各束管端頭增設觀察球及高壓水沖洗裝置。因沼氣釋放口的設定聚集在池底中部，適合於小直徑且帶陡峭錐底的池形。攪拌器的選型根據整池的容積選擇。
底部多根吹管式沼氣攪拌器底部多根吹管式沼氣攪拌器主要由多根沼氣輸送管和沼氣釋放口組成。沼氣輸送管可從池頂部側壁或池側面進入，沿池底伸入到池中部與沼氣釋放口連線。與多根束管式沼氣攪拌器類似，此方式攪拌器的特點是構造簡單，易操作。但易堵塞；因沼氣釋放口的設定聚集在池底中部，適合於小直徑且帶陡峭錐底的池形攪拌器。攪拌器的選型根據整池的容積選擇。
上述常用的四種攪拌形式中，除螺旋槳機械攪拌器外，另外三種均利用消化池運行中產生的沼氣。沼氣攪拌法的優點是：由於沼氣的氣泡迅速上升造成的湍流可提高混合質量；污泥可以在內部循環；通過在污泥表面形成的湍流防止浮渣形成；改善脫氣效果；與消化池的形狀和污泥的液位無關。但沼氣攪拌系統的組成較複雜，一般由沼氣壓縮機、沼氣噴射管及沼氣循環管及附屬的冷凝水排放、沼氣過濾器等組成。其運行管理複雜。由於沼氣具有易燃和易爆的特性，因此，沼氣攪拌工藝對設備的安裝，所使用管件的製造材料和安全措施有特殊的要求。對運行和操作要求嚴格。污泥厭氧消化處理在技術和投資上都是污泥處理工藝中重要的組成部分，污泥厭氧消化的工藝設計較複雜，需要考慮確定的因素很多。
VD工藝
處理過程
VD工藝是一個高效的高溫好氧污泥消化過程，它與其它高溫消化系統相比其不同之處在於將三個獨立的功能區放在一個反應器進行。反應器的上部是一級反應區，包括一個同心循環管路和用於混合污泥循環的循環區。在一級反應區的下部為混合區，位於整個反應器的1/2深度處，空氣由此處注入，通過空氣的提升作用為內部的循環提供動力；反應器的底部為深度氧化區，底部能夠提供殺死病菌如沙門氏菌和大腸桿菌等所需要的高溫65℃及停留時間，從而保證污泥產品的質量。VD工藝的處理過程如下：
1、空氣通過進流管進入混合區上部，由於水體中的氣泡和溶解氧形成一個垂直方向密度梯度，從而導致整個一級反應區實現循環。
2、在這個循環建立並穩定後，將空氣進入點移到混合區的下部，未處理的污泥則通過進流管進入反應器中並進行循環，其進流管在進氣口上方。
3、由於高的水位壓力，根據亨利定律，從面保證水中的高的氧氣傳遞速率和混合液中具有很高的溶解氧，從而有效保證一級反應區和深度氧化區所需要的溶解氧。
4、反應器內循環的混合液體當到達反應器頂部的接觸池時，混合液中含有廢氣的氣泡將釋放出來，釋放出來的廢氣進入生化過濾器過濾後排放，去掉這些氣體對於系統的運行是非常重要的。
5、混合區中比例很小的一部分從混合區進入下部深度氧化區，在這個區域內溶解氧含量極高，停留時間較長，污泥中剩餘有機成分全在此處被高度氧化，同時所含的溶氣也有利於後續產物池內的固液分離。在此過程中最關鍵和最重要的特點是在這個過程中隨著有機物的氧化，污泥溫度不斷升高，並利用周圍良好的保溫環境使反應器內的溫度得到穩定並維持在一定水平（65攝氏度）。
6、消化後污泥以極快的速度（2m/s）被抽到位於地表的分離池，由於速度很快從而保證不會在反應器的內部產生沉澱情況，同時在污泥向地表的流動過程中，由於快速的減壓，形成了充分充氧的低密度的絮體。使其在分離池中產生浮選作用，頂部被浮選出來的污泥其濃度將達到含泥率10%。底部的液體則回到水處理系統中。
7、污泥經脫水後可得到含固率大於30%的便於運輸的泥餅肥料。
技術優點
1、總投資比傳統工藝省；
2、占地少，本系統結構非常緊湊，占地面積小；
3、處理效果好。在處理過程中，能在四日的停留時間內使揮發性固體減少40%-50%。經處理後的出廠污泥可達到美國EPA中A級標準。污泥經脫水後，可以直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置問題；
4、運行費用為傳統高溫好氧消化的一半以下，去除每千克可揮發固體是動力需求為1.4kw.h；
5、對消化後的污泥，只需要加少量的有機絮凝劑進行污泥脫水可使污泥含水率降至65－70%，這樣可以降低運輸和處理費用。
6、環境影響小，採用VD污泥處理工藝，異味氣體和揮發性有機物的排放量很低，同時較低的空氣需要量及獨特的設計可以減少泡沫的產生；
7、在氣候非常惡劣的地方，或為了同周邊環境相協調時，可以將該系統設定於封閉的建築物之內；
8、維修管理方便，並可以通過自動控制，實現無人值守；
9、使用價格不高的熱交換器，即可實現過程的熱量回收（收回的熱量可用來採暖），而不需要象厭氧消化那樣配置價格昂貴的氣體淨化裝置和專用鍋爐。
消化污泥處理
消化污泥是污水處理的最終產物，它必須對環境不產生有害污染。自從污水處理以來，已經實踐過的方法是在農業污泥的利用上。如果比較其污水污泥的成分和廄肥的成分，很清楚，由於污泥可作為土壤的有機成分，並作為肥料，成為植物所需的營養元素，所以，它能夠被人們大量利用。
因此，污水污泥已經是農業生產上所需要的，污水污泥是一種潛在的再循環營養源，下述數據充分說明了這個問題(Kreft，1983)。1981年，年產達35000萬m3的污水污泥，相當於30000t磷和40000—50000t氮，以人工肥料價值計算，等於220000萬馬克(DM)。而且，有機物質含量達800000t，以泥炭價值計算，相當於360000萬馬克。當有人考慮到我們可利用的磷源非常有限，而且耕作土壤由於有機成分的缺乏而受到威脅時，那么，很明顯，農業利用污水污泥是一項有意義的事情，而不僅僅只限於經濟上的原因。
然而，污泥的農業利用也有需要考慮的問題，對大污水廠來說，污水污泥的日產量大，大田處理所要求的面積大，轉移距離遠，通常運輸困難阻礙了這種處理方法的推廣利用。也有成功經驗，下薩斯韋班德聯邦污水處理廠在1982年把381000m3的污泥施入農田。這說明了即使大量的污水污泥，只要適當安排，也能採用此法處理掉。大型污水廠廣泛地採用新技術解決這些難題，使得污水污泥和石灰混合，或和鐵鹽有機絮凝劑等混合，機械脫水，填埋處理或在焚化爐中燃燒。這些方法當然還會產生少量的脫水污泥，再行最終處理。但這些方法也具有負作用，諸如，氣體排放使得污染物散失，有毒物質隨氣體淨化裝置的洗滌液重新循環到污水廠，以及棄置的污物侵占農田等。
除過污泥量的爭議外，對於農業使用污泥來說，其污水污泥的性質也起著很大的作用。特別要進一步考慮三個方面的問題。首先是弄清楚所供給的污泥的成分，第二是衛生學障礙，第三是污泥有毒物質的含量。
