厭氧消化地影響因素有哪些

1、實用標準文檔厭氧消化的影響因素有哪些?厭氧消化的影響因素有哪些？甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應的控制階段， 因此厭氧反應的各項影響因素也以對 甲烷菌的影響因素為準。一、溫度因素厭氧消化中的微生物對溫度的變化非常敏感（日變化小于土2C），溫度的突然變化，對沼氣產量有明顯影響，溫度突變超過一定范圍時，則會停止產氣。根據采用消化溫度的高低，可以分為常溫消化（10-30 C ）、中溫消化（33-35 C 左右）和高溫消化（50-55 C左右）。二、生物固體停留時間（污泥齡）與負荷三、攪拌和混合攪拌可使消化物料分布均勻，增加微生物與物料的接觸，并使消化產物及時分離， 從而提高消化效率、增加產氣量。同時，對消

2、化池進行攪拌，可使池內溫度均勻， 加快消化速度，提高產氣量。攪拌方法包括氣體攪拌、機械攪拌、泵循環(huán)等。氣體攪拌是將消化池產生的沼氣， 加壓后從池底部沖入，利用產生的氣流，達到攪拌的目的。機械攪拌適合于小的 消化池，液攪拌和氣攪拌適合于大、中型的沼氣工程。四、營養(yǎng)與C/N比厭氧消化原料在厭氧消化過程中既是產生沼氣的基質，又是厭氧消化微生物賴以 生長、繁殖的營養(yǎng)物質。這些營養(yǎng)物質中最重要的是碳素和氨素兩種營養(yǎng)物質， 在厭氧菌生命活動過程中需要一定比例的氮素和碳素 （COD N： P=200： 5 : 1）0 原料C/N比過高，碳素多，氮素養(yǎng)料相對缺乏，細菌和其他微生物的生長繁殖受 到限制，有機物的

3、分解速度就慢、發(fā)酵過程就長。若C/N比過低，可供消耗的碳素少，氮素養(yǎng)料相對過剩，則容易造成系統(tǒng)中氨氮 濃度過高，出現(xiàn)氨中毒。五、有毒物質揮發(fā)性脂肪酸（VFA是消化原料酸性消化的產物，同時也是甲烷菌的生長代謝的 基質。一定的揮發(fā)性脂肪酸濃度是保證系統(tǒng)正常運行的必要條件，但過高的VFA會抑制甲烷菌的生長，從而破壞消化過程。有許多化學物質能抑制厭氧消化過程中微生物的生命活動，這類物質被稱為抑制 劑。抑制劑的種類也很多，包括部分氣態(tài)物質、重金屬離子、酸類、醇類、苯、氰化物及去垢劑等。六、酸堿度、pH值和消化液的緩沖作用pH值的變化直接影響著消化過程和消化產物。1、由于pH的變化引起微生物體表面的電荷變

4、化，進而影響微生物對營養(yǎng)物的吸收；2、pH除了對微生物細胞有直接影響外，還可以促使有機化合物的離子化作用， 從而對微生物產生間接影響，因為多數非離子狀態(tài)化合物比離子狀態(tài)化合物更容易滲入細胞；3、pH強烈地影響酶的活性，酶只有在最適宜的pH值時才能發(fā)揮最大活性，不適宜的pH值使酶的活性降低，進而影響微生物細胞內的生物化學過程。七、氧化還原電位(ORP或Eh)厭氧環(huán)境，主要以體系中的氧化還原電位來反映。高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化 還原電位為-500-600mV;中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應低于 -300-380mV。產酸細菌對氧化還原電位的要求不甚嚴格，甚至可在+10

5、0-100mV的兼性條件下生長繁殖；甲烷細菌最適宜的氧化還原電位為-350m V或更低。八、氨氮厭氧消化過程中，氮的平衡是非常重要的因素。消化系統(tǒng)中的由于細胞的增殖很 少，故只有很少的氮轉化為細胞，大部分可生物降解的氮都轉化為消化液中的氨 氮，因此消化液中氨氮的濃度都高于進料中氨氮的濃度。實驗研究表明，氨氮對厭氧消化過程有較強的毒性或抑制性，氨氮以NH4及NH3等形式存在于消化液中，NH3對產甲烷菌的活性有比NH4更強的抑制能力。國內污泥厭氧消化裝置停運或運行不良的原因淺析(2011-06-23 11:01:28)轉載標簽：污泥污泥處置厭氧消化高碑店雜談高碑店消化發(fā)電項目數據解讀北京高碑店污水

6、廠直到幾年前還一直是我國污水界最有代表性的工程之一，其厭氧消化更是繼天津的幾個厭氧消化項目之后，國內建設最早、規(guī)模最大、設計配套最完整、運行時間較長的項目之一。但2008年奧運會前，消化部分停止了運行，至今尚未恢復生產，時間已過去了三年多，甚至還有傳聞說消化罐等要徹底拆除，為計劃中的帶式干化項目讓地。關于高碑店的消化項目，有多篇已發(fā)表的論文可供參考。如張韻等高碑店污泥消化 發(fā)電項目、張韻等高碑店污水處理廠污泥處理系統(tǒng)及設計中應注意的一些問題、劉達 克高碑店污泥消化的啟動 、李維、楊向平等高碑店污水處理廠沼氣熱電聯(lián)供情況介紹 、 王立國 高碑店厭氧消化與沼氣發(fā)電、 宋曉雅等高碑店污水處理廠污泥處

7、理系統(tǒng)工藝介 紹及運行分析 等。本文擬采用這些論文所提供的數據， 建立一個厭氧消化的分析計算模型， 以了解厭氧消化項目的設計思想， 并結合所報道的實際運行數據， 分析技術經濟特征， 進而 探討項目消化停運的原因。一、項目設計條件與模型的建立資料顯示， 一、 二期項目在泥區(qū)物流、厭氧消化工藝方面的設計參數是基本一致的，所 不同的地方僅在于消化器的攪拌形式、 沼氣發(fā)電機的選型和配置、 脫硫工藝類型等。 這里按 每期項目數據單獨分析?！霸O計水量50萬m/d，初沉泥和二沉池的混合污泥量為4417m/ d,污泥含水率97%”，則濃縮污泥的干固體量為 132.5 噸/日。項目采用中溫兩級消化, 溫度 35

8、度,一級消化的固體停留時間 21 天,二級 7天,一級 消化器 12個,二級 4個,則單體消化器的有效容積為 7800立方米。入消化器濃縮污泥量 2208 立方米 / 日,則含固率的設計值為 6%（實際 4-5%）； 設計消化參數取值為干基有機質含量60%,消化降解率 50%。則每日有機質降解量為39.75 噸 /日。設計日產氣量設計值為 26500 立方米。 假設甲烷含量在 60-65%之間, 取中值 63%,則日 產甲烷量約 16695 立方米 /日。由此可知,設計時可能采用了有機質降解產甲烷系數 0.42 Nm3 /kg.VSSr 。消化器的設計直徑 20 米,總高 28.8 米,其中地

9、下 5米。據此可得到消化器的表面積。二期項目設計時，給出了項目“消化池冬季所需最大加熱量為226.8萬Kcal / h。夏季最小加熱量為138.3萬Kcal /h”的數據，據此，可采用北京地區(qū)氣溫、土溫數據，建立適 合此類消化池的加熱部分計算模型。為使模型完整， 根據進出水數據， 反推得到污水處理工藝的設計數據如下： 入水 BOD5 200 mg/l，出水20 mg/l , TSS進水200 mg/l，初沉池固體去除率 50%剩余污泥產率系數 0.60 kg/kg , MLVSS濃度 1.6 kg/m 3, MLVSS分解系數 0.05, MLVSS/MLSS匕 0.60。在沼氣使用方面，一、

10、二期項目裝機量均為2000 kW;以二期的設計發(fā)電效率38.3%考慮,需要耗用沼氣 1 9955立方米/日；根據二期項目發(fā)電機余熱量 50.3%,發(fā)電機滿負荷時 所產余熱應能滿足冬季最大加熱量需求。這里為分析方便起見, 不采用全部余熱生成熱水的方法, 而是考慮部分高溫余熱 （相當 于發(fā)電沼氣輸入熱量的19.5%）生成蒸汽或導熱油用于干化,以此來考察厭氧消化的多余能量結合干化實現(xiàn)污泥減量的潛力。 僅采用缸套冷卻水和潤滑油冷卻水進行熱水回收, 這相當 于沼氣發(fā)電輸入熱量的 28.5%。熱水不足部分,在專設的沼氣鍋爐中燃燒沼氣替代。滿足發(fā) 電同時滿足消化供熱最大需求的沼氣剩余部分用于干化。干化數據采

11、用動態(tài)取值,升水蒸發(fā)量凈熱耗在 660-720 kcal/kg 之間,干化后含固率越 高,凈熱耗越低。二、運行效果與技術問題從日產污泥的干固體量看, 此項目如果不進行消化, 采用帶機假設可機械脫水至含固率 20%的話,每日應產生濕泥量 663 噸。按照設計,厭氧消化可實現(xiàn)干固體減量30%,經脫水后,獲得含固率 25%的濕泥約 371噸,相當于總體濕泥減量 44%。在沼氣產量為26500立方米/日時，維持設計發(fā)電量 2000 kWh,需要將沼氣的75.3%需 要用于發(fā)電, 21.7%用于沼氣鍋爐生產蒸汽或熱水用于滿足最大熱能消耗下的保溫加熱,剩 余的 3%與來自沼氣發(fā)電機的余熱（回收為導熱油或蒸

12、汽）,可供蒸發(fā)1428 kg/h 的水分,能將脫水至含固率 25%的污泥干燥到大約 27.5%。從本項目的設計參數看, 厭氧消化產生的能量用于發(fā)電后, 剩余熱量僅能滿足干化提升2.5 個百分點,能量產出有限。發(fā)電同時進行熱干化的可能性較低,除非干化有大量廢熱可 供利用,不占沼氣份額、從污泥減量看， 厭氧消化在理論上十分有意義， 消化后污泥的脫水性質改善， 可望實現(xiàn) 污泥減量（以未消化濕泥的脫水后含固率20%計）的幅度較大。然而，實際運行下來，結果與設計值有較大的偏差。根據李維、楊向平等高碑店污 水處理廠沼氣熱電聯(lián)供情況介紹 （載給水排水 2003 年第 12 期）， 2003 年初兩期項目 均

13、實現(xiàn)穩(wěn)定運行后的實際總產氣量僅為 25000 立方米 /日，日均發(fā)電量 55000 千瓦，發(fā)電量 約為設計值4000 kWh （實際3836 kWh）的57% 產氣量相當于設計值 53000立方米的47%該文分析，高碑店項目的實際來水量為 80多萬立方米 /日， 相當于設計值 100萬立方 米的 80%，因此厭氧項目的產氣能力可望達到 40000立方米/日，也就是設計值的 75%以上。 此時設施還應有較好的經濟效益。然而，幾年運行下來，產氣量遠遠達不到設計規(guī)模，經濟效益不佳，其間又出現(xiàn)過兩次 重大安全事故，技術、管理、安全等多方面的原因，最終造成了項目的停運。張韻等高碑 店污水處理廠污泥處理系

14、統(tǒng)及設計中應注意的一些問題（ 2005 年首屆中國城鎮(zhèn)水務發(fā)展 戰(zhàn)略國際研討會論文集） 、宋曉雅等高碑店污水處理廠污泥處理系統(tǒng)工藝介紹及運行分析 （載給水排水 2004 年第 12 期）對高碑店厭氧發(fā)電項目的技術問題進行了較為全面的總 結，這里不做引述，僅提出幾個比較關鍵的問題討論如下：1、進泥含固率低的問題原設計濃縮池出泥含水率為 94%，而實際運行的濃縮池出泥含水率 9596%。固體回流給 污水處理、脫水都帶來了問題，但核心問題是單位池容的產氣率降低。筆者以為， 4-6%的含固率是目前國內厭氧消化項目的典型取值范圍，如果僅提高進泥含 固率就可以保證實現(xiàn)設計產氣率，這一問題其實不難解決。由于

15、水量減少了20%，這意味著干固體量也應減少 20%，但進泥濃度下降為 5%，仍可保持同樣的水力停留時間， 消化率應不 受到什么影響。如果濃縮只能達到4%含固率的話，也可考慮將少量濃縮污泥進行預脫水，然后將這部分脫水污泥打入消化罐混合而成5%，由此可徹底避免文章所提到的“固體回流現(xiàn)象”。含固率低一定會造成加熱量提高，有機質負荷降低，池容產氣量減少，因此在池容一定 的條件下， 4%含固率的進泥一定不如 6%。含固率是對項目效益產生影響的因素之一，但還不是最主要的問題。 相反，低固體濃度， 對于降低攪拌的電力消耗、減少換熱器結垢只會有 好處。2、脫硫系統(tǒng)設計選型問題來水變化對沼氣的構成產生了重大影響

16、，硫化氫濃度高于設計值 10 倍，導致沼氣脫硫 效果不理想， 引起后續(xù)處理設備的腐蝕 （如球罐出現(xiàn)漏點、 發(fā)電機系統(tǒng)內的汽水熱交換器發(fā) 生腐蝕穿透等現(xiàn)象） 以及堵塞等， 影響了發(fā)電機的發(fā)電效率及余熱利用效率。 設備腐蝕直接 導致了運行成本升高。沼氣的硫化氫濃度值是一般厭氧項目日常必測的項目， 一旦發(fā)現(xiàn)硫化氫濃度超標 10 倍， 就應采取措施，及時改造，如增加一級洗滌、增加化學品用量等。事實上，二期在一期干法 脫硫不佳的影響下， 已經改為濕法， 但效果仍然不好。業(yè)主其實已得出了“單獨的干式脫硫 和濕式脫硫均不能解決脫硫問題，必須考慮硫從系統(tǒng)中去除和回收的問題” （宋曉雅等 高 碑店污水處理廠污泥

17、處理系統(tǒng)工藝介紹及運行分析）。實際沼氣產量低于設計值 50%，實際脫硫負荷相對減低，但設備仍腐蝕嚴重，業(yè)主甚至 為了降低備件成本還在 2004 年初就試用了兩臺國產發(fā)電機，而未能采用治本方法解決硫的 出路，這不能不說是個遺憾。3、消化工藝問題浮渣導致上清液管路易堵塞，沉砂在消化器底部堆積影響溢流排泥。浮渣是污泥厭氧消化的主要問題之一，對采用氣體攪拌的來說尤為典型。高碑店一期采 用沼氣攪拌為主， 循環(huán)攪拌為輔的方式。 理論上不難理解， 攪拌強度大， 則有機質降解率高， 反之則低。攪拌本身會造成浮渣，加大攪拌強度，將使浮渣增多。宋曉雅等厭氧消化系統(tǒng) 攪拌強度的探討 一文提供的數據顯示， 一期采用低

18、強度攪拌的方式運行， 有機質降解率只 有 1530%，遠低于設計值的 50%。以 2003 年的運行數據來看，全年有機質降解率在 20-60% 之間，平均 36%，也低于設計值。二期采用了連續(xù)機械攪拌，并設有頂部破浮渣攪拌器，但根據報道，浮渣問題也還是未 能徹底解決（宋曉雅等高碑店污水處理廠污泥處理系統(tǒng)工藝介紹及運行分析）。二期采 用的靜壓溢流排泥方式還因沉砂導致了排泥問題。砂含量已造成了濃縮環(huán)節(jié)輸送泵的磨損，已說明高碑店污泥存在含砂量高的特點。大 量砂礫進入沒有底部連續(xù)排渣的消化池， 可能擠占庫容， 造成水力短流，阻礙排泥，影響攪 拌效果，進而影響產氣率。上述三個技術難題其實都是消化工藝常見

19、的問題，國外實踐均已有解決方法。高碑店 項目上未能徹底解決，并不能說明這些就是導致無法運行的技術瓶頸。三、投入產出與運行成本問題 高碑店一、二期厭氧消化采用了不同工藝，進行了大量艱苦的摸索實踐，暴露出了國 內厭氧消化所存在的一些典型問題， 這些問題在吳靜等 我國城市污水廠污泥厭氧消化系統(tǒng) 的運行現(xiàn)狀（載中國給水排水2008年22期）一文中被總 結為三個主要方面：污泥厭氧消化工藝操作 比較復雜，運行有難度；運行費用不足；存在消防隱患。上面討論的三個技術層面的問題應該均屬于第一類 “污泥厭氧消化工藝操作復雜運行難度高” 。筆者認 為，造成厭氧設施停運的更主要原因其實應該是第二類，即經濟層面的因素。

20、由于缺乏高碑店污水廠泥區(qū)建設投資的完整數據，且年代已比較久遠，建設成本數據 可能已缺乏可比性，這里采用上海白龍港消化項目（ 2008 年 6 月）的數據進行測算。白龍 港項目投資 4.96 億元，進消化器干泥量 204噸/日，折合含固率 20%的脫水污泥 1020噸。 該項目含干化設施，最大蒸發(fā)量約 7200 kg/h ，相當于 220-240 噸/ 日的濕泥全干化項目， 按照流化床干化工藝在國內幾個項目上的報價水平（20-30萬/噸日），干化項目的設備工程費投資約 7200萬元，則厭氧部分（含土建安裝）的投資為42400萬，折合含固率 20%濕泥的噸厭氧消化成本為 41.5 萬元。按照 10

21、0 萬噸來水量設計，北京高碑店項目的消化對象為663噸含固率 20%的濕泥，以 2008 年價格考慮， 厭氧部分的投資應在 2.75 億元左右。 高碑店兩期發(fā)電設備 （含沼氣儲 存和處理）的投資為 1.1 億元，這樣一個完整的高碑店泥區(qū)厭氧消化項目總投資應在 3.85 億元左右，噸濕泥的厭氧發(fā)電項目聯(lián)合投資可達58萬元/噸日?？紤]采用國內發(fā)電系統(tǒng)，并扣除蛋形消化器的額外高成本，本文經濟評估以40萬元/噸日，即泥區(qū)總投資2億元來進行估算。在電能消耗方面，由于沼氣攪拌復雜，耗電量高，這里考慮僅采用機械攪拌形式進行 設計，一個完整的項目（厭氧消化、沼氣處理和壓縮、發(fā)電、加熱）裝機量大約為760 kW

22、，耗電量約570 kW,自用電率為 28.6%。以電能上網價格 0.65 元/千瓦考慮，厭氧項目可實現(xiàn)產值約37元/噸濕泥（均以入消化濕泥含固率 20%折算）。按照項目的設計值, 厭氧消化后的脫水污泥含固率 25%,干基減量率 30%（ 有機質 60%, 降解率 30%）,設全年有效運行時數 8000 小時、大修提存 2.5%、定員 15 人、人均年薪 3 萬元、藥劑費 15 元/噸濕泥、消化后污泥填埋處置費 0元/噸,則直接成本為 76元/噸濕泥。 這就是說,污泥厭氧消化和發(fā)電項目從立項開始,本就是一個“賠本”的項目（37-76=-39元）,需要靠補貼來維持運行。如果還要考慮折舊和財務成本的

23、話,取還款期 20 年、銀行長期貸款利率 5.94%,則每 噸財務成本需增加 84 元。這就是說,在不考慮填埋成本的情況下,厭氧發(fā)電項目的真正綜 合運營成本至少在每噸濕泥 160 元以上（ 84+76=160）。如此之高的運行成本,如果再因為產氣率低、發(fā)電量少,消化后污泥也根本實現(xiàn)不了 25%的含固率而減量不大的話,那么國內污泥厭氧消化技術“叫好不叫座”的真正原因也就 不難明白了。將來水量改為80萬立方米，進口含固率為5（池容、SRT不變），消化降解率改為36% 則沼氣產氣量將降為 30528 立方米 / 日（前文已引述資料， 實際尚不及此） ，此沼氣量的 62.3% 可用于發(fā)電， 其余需要用

24、于加熱， 方能保證冬季消化加熱的需求。 此時兩期總共可發(fā)電 1908 kW自用電比例達 59.9%。上網售電的產值降為 15元/噸濕泥（就80萬噸水產生530噸含 固率 20%污泥而言），直接運行成本增為93 元，項目“賠本” 78 元（ 15-93=-78 元）。不考慮填埋處置成本，財務成本上升為 106元/噸，這樣綜合運營成本就達到了 199元 （93+106=199）。顯然， 如此昂貴的厭氧消化發(fā)電，在目前的處理費劃撥體系下，確實很難生存。那些能 夠生存的項目（如青島麥島、大連夏家河）一定有其特殊的原因（另文討論）。四、結語關于第三個原因， 所謂厭氧系統(tǒng)存在安全隱患的問題， 筆者以為其實

25、不然。 高碑店兩次 出現(xiàn)惡性事故，其實都是操作人員素質和不遵守安全操作規(guī)范等管理方面的問題所造成的， 但這兩次事故無疑給北京排水集團的管理者帶來了巨大的心理陰影。 消化停運 （高碑店和小 紅門）是技術、成本和管理方面諸多問題交匯所造成的結果。一個顯而易見的問題是，為什么在歐美大量污水廠均采用厭氧消化，且視之為一個有 效的污泥減量工具？為什么國外污泥消化能夠良好運行？筆者以為， 國內外污泥處置差異的 一個關鍵因素在于，國外的污泥作為污水處理必備的一環(huán)，是將最終處置成本一起考慮的， 其終端的高額填埋處置費， 作為一種限制性處置資源， 起到了自然選擇和調節(jié)的作用。 直白 一點說，由于污泥填埋費太高，因此各種減量處理設施才有生存和發(fā)展的必要。仍以北京高碑店為例， 在原設