厌氧消化的影响因素有哪些

1、厌氧消化的影响因素有哪些厌氧消化的影响因素有哪些？厌氧消化的影响因素有哪些？ 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以 对甲烷菌的影响因素为准。一、温度因素 厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感（日变化小于 2），温度的突然 变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。 根据采用消化温度的高低， 可以分为常温消化 （10-30 ）、中温消化（ 33-35 左右）和高温消化（ 50-55左右）。二、生物固体停留时间（污泥龄）与负荷三、搅拌和混合 搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分 离，从而提高消化效率、增加产气

2、量。同时，对消化池进行搅拌，可使池内温 度均匀，加快消化速度，提高产气量。搅拌方法包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等。气体搅拌是将消化池产生的沼 气，加压后从池底部冲入，利用产生的气流，达到搅拌的目的。机械搅拌适合 于小的消化池，液搅拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程。四、营养与 C/N 比 厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖 以生长、繁殖的营养物质。这些营养物质中最重要的是碳素和氨素两种营养物 质，在厌氧菌生命活动过程中需要一定比例的氮素和碳素（ COD NP=200 51）。原料 C/N 比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖 受到限制

3、，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。若 C/N 比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨 氮浓度过高，出现氨中毒。五、有毒物质 挥发性脂肪酸（ VFA 是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢 的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的 VFA 会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑 制剂。抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰 化物及去垢剂等。六、酸碱度、 pH 值和消化液的缓冲作用 pH 值的变化直接影响着消化过程和消化产物。1、由于

4、 pH 的变化引起微生物体表面的电荷变化， 进而影响微生物对营养物的吸收；2、pH 除了对微生物细胞有直接影响外，还可以促使有机化合物的离子化作用， 从而对微生物产生 间接影响，因为多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞；3、pH 强烈地影响酶的活性， 酶只有在最适宜的 pH 值时才能发挥最大活性， 不 适宜的 pH 值使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。七、氧化还原电位( ORP 或 Eh) 厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。高温厌氧消化系统适宜的氧 化还原电位为 -500-600mV ； 中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于

5、-300-380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在 +100-100mV 的兼性条件下生长繁殖；甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为 -350mV 或更低。八、氨氮 厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。消化系统中的由于细胞的增殖 很少，故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中 的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。实验研究表明， 氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以 NH4+ 及 NH3 等形式存在 于消化液中， NH3 对产甲烷菌的活性有比 NH4+ 更强的抑制能力。国内污泥厌氧消化装置停运或运行不良的原因浅析(2011-06

6、-23 11:01:28)转载标签：污泥污泥处置厌氧消化高碑店杂谈高碑店消化发电项目数据解读北京高碑店污水厂直到几年前还一直是我国 污水界最有代表性的工程之一， 其厌氧消化更是 继天津的几个厌氧消化项目之后，国内建设最 早、规模最大、设计配套最完整、运行时间较长 的项目之一。但 2008 年奥运会前，消化部分停 止了运行， 至今尚未恢复生产， 时间已过去了三 年多，甚至还有传闻说消化罐等要彻底拆除， 为 计划中的带式干化项目让地。关于高碑店的消化项目，有多篇已发表的论 文可供参考。 如张韵等 高碑店污泥消化发电项 目、张韵等高碑店污水处理厂污泥处理系统 及设计中应注意的一些问题、刘达克高碑店

7、污泥消化的启动、李维、杨向平等高碑店污 水处理厂沼气热电联供情况介绍、王立国高 碑店厌氧消化与沼气发电、宋晓雅等高碑店 污水处理厂污泥处理系统工艺介绍及运行分析 等。本文拟采用这些论文所提供的数据， 建立一 个厌氧消化的分析计算模型， 以了解厌氧消化项 目的设计思想，并结合所报道的实际运行数据， 分析技术经济特征， 进而探讨项目消化停运的原 因。、项目设计条件与模型的建立资料显示，一、二期项目在泥区物流、厌氧消 化工艺方面的设计参数是基本一致的， 所不同的 地方仅在于消化器的搅拌形式、 沼气发电机的选 型和配置、 脱硫工艺类型等。 这里按每期项目数 据单独分析。“设计水量 50 万 m3/d，

8、初沉泥和二沉池的混 合污泥量为 4417m3 d，污泥含水率 97”， 则浓缩污泥的干固体量为 132.5 吨/日。项目采用中温两级消化，温度 35 度，一级消 化的固体停留时间 21 天，二级 7天，一级消化 器 12 个，二级 4 个，则单体消化器的有效容积 为 7800 立方米。入消化器浓缩污泥量 2208立方米 /日，则含固 率的设计值为 6%（实际 4-5% ）；设计消化参数取值为干基有机质含量 60% ， 消化降解率 50% 。则每日有机质降解量为 39.75 吨/日。设计日产气量设计值为 26500 立方米。假设甲 烷含量在 60-65%之间，取中值 63% ，则日产甲 烷量约

9、16695立方米 /日。由此可知，设计时可 能采用了有机质降解产甲烷系数 0.42 Nm3/kg.VSSr 。消化器的设计直径 20 米，总高 28.8米，其中 地下 5 米。据此可得到消化器的表面积。二期项目设计时， 给出了项目 “消化池冬季所 需最大加热量为 226.8万 Kcal h。夏季最小加 热量为 138.3 万 Kcal h”的数据，据此，可采 用北京地区气温、 土温数据， 建立适合此类消化 池的加热部分计算模型。为使模型完整， 根据进出水数据， 反推得到污 水处理工艺的设计数据如下：入水 BOD5 200 mg/l，出水 20 mg/l，TSS 进水 200 mg/l，初沉池

10、固体去除率 50%，剩余污泥产率系数 0.60 kg/kg， MLVSS 浓度 1.6 kg/m3，MLVSS 分解系数 0.05， MLVSS/MLSS 比 0.60。在沼气使用方面，一、二期项目装机量均为 2000 kW ；以二期的设计发电效率 38.3%考虑， 需要耗用沼气 19955立方米 /日；根据二期项目 发电机余热量 50.3% ，发电机满负荷时所产余热 应能满足冬季最大加热量需求。这里为分析方便起见， 不采用全部余热生成热 水的方法， 而是考虑部分高温余热 （相当于发电 沼气输入热量的 19.5% ）生成蒸汽或导热油用于 干化，以此来考察厌氧消化的多余能量结合干化 实现污泥减量

11、的潜力。 仅采用缸套冷却水和润滑 油冷却水进行热水回收， 这相当于沼气发电输入 热量的 28.5% 。热水不足部分， 在专设的沼气锅 炉中燃烧沼气替代。 满足发电同时满足消化供热 最大需求的沼气剩余部分用于干化。干化数据采用动态取值， 升水蒸发量净热耗在 660-720 kcal/kg 之间，干化后含固率越高，净热 耗越低。二、运行效果与技术问题从日产污泥的干固体量看， 此项目如果不进行 消化，采用带机假设可机械脱水至含固率 20% 的话，每日应产生湿泥量 663 吨。按照设计，厌氧消化可实现干固体减量 30% ， 经脱水后，获得含固率 25%的湿泥约 371 吨， 相当于总体湿泥减量 44%

12、 。在沼气产量为 26500立方米 /日时，维持设计 发电量 2000 kWh ，需要将沼气的 75.3%需要用于发电， 21.7%用于沼气锅炉生产蒸汽或热水用于满足最大热能消耗下的保温加热，剩余的 3% 与来自沼气发电机的余热（回收为导热油或蒸 汽），可供蒸发 1428 kg/h 的水分，能将脱水至 含固率 25% 的污泥干燥到大约 27.5%。从本项目的设计参数看， 厌氧消化产生的能量 用于发电后，剩余热量仅能满足干化提升 2.5 个 百分点， 能量产出有限。 发电同时进行热干化的 可能性较低， 除非干化有大量废热可供利用， 不 占沼气份额、从污泥减量看，厌氧消化在理论上十分有意 义，消化

13、后污泥的脱水性质改善， 可望实现污泥 减量（以未消化湿泥的脱水后含固率 20% 计） 的幅度较大。然而，实际运行下来，结果与设计值有较大 的偏差。根据李维、杨向平等高碑店污水处理 厂沼气热电联供情况介绍 （载给水排水2003 年第 12 期）， 2003年初两期项目均实现稳定运行后的实际总产气量仅为 25000立方米 /日，日均发电量 55000 千瓦，发电量约为设计值 4000 kWh （实际 3836 kWh）的 57% ，产气量相当于 设计值 53000 立方米的 47%。该文分析，高碑店项目的实际来水量为 80 多 万立方米 /日， 相当于设计值 100 万立方米的 80% ，因此厌氧

14、项目的产气能力可望达到 40000 立方米 /日，也就是设计值的 75%以上。此时设 施还应有较好的经济效益。然而，几年运行下来，产气量远远达不到设计 规模，经济效益不佳， 其间又出现过两次重大安 全事故，技术、管理、安全等多方面的原因，最 终造成了项目的停运。 张韵等高碑店污水处理 厂污泥处理系统及设计中应注意的一些问题 （2005年首届中国城镇水务发展战略国际研讨 会论文集）、宋晓雅等高碑店污水处理厂污泥 处理系统工艺介绍及运行分析 （载给水排水 2004年第 12 期）对高碑店厌氧发电项目的技术 问题进行了较为全面的总结， 这里不做引述， 仅 提出几个比较关键的问题讨论如下：1、进泥含固

15、率低的问题原设计浓缩池出泥含水率为 94% ，而实际运行 的浓缩池出泥含水率 9596%。固体回流给污水 处理、脱水都带来了问题， 但核心问题是单位池 容的产气率降低。笔者以为， 4-6% 的含固率是目前国内厌氧消 化项目的典型取值范围， 如果仅提高进泥含固率 就可以保证实现设计产气率， 这一问题其实不难 解决。由于水量减少了 20% ，这意味着干固体 量也应减少 20% ，但进泥浓度下降为 5% ，仍可 保持同样的水力停留时间， 消化率应不受到什么 影响。如果浓缩只能达到 4% 含固率的话，也可 考虑将少量浓缩污泥进行预脱水， 然后将这部分 脱水污泥打入消化罐混合而成 5% ，由此可彻底 避

16、免文章所提到的“固体回流现象”。含固率低一定会造成加热量提高， 有机质负荷 降低，池容产气量减少， 因此在池容一定的条件 下， 4%含固率的进泥一定不如 6% 。含固率是 对项目效益产生影响的因素之一， 但还不是最主 要的问题。相反，低固体浓度，对于降低搅拌的 电力消耗、减少换热器结垢只会有好处。2、脱硫系统设计选型问题来水变化对沼气的构成产生了重大影响， 硫化 氢浓度高于设计值 10 倍，导致沼气脱硫效果不 理想，引起后续处理设备的腐蚀 （如球罐出现漏 点、发电机系统内的汽水热交换器发生腐蚀穿透 等现象）以及堵塞等， 影响了发电机的发电效率 及余热利用效率。 设备腐蚀直接导致了运行成本 升高

17、。沼气的硫化氢浓度值是一般厌氧项目日常必 测的项目，一旦发现硫化氢浓度超标 10 倍，就 应采取措施，及时改造，如增加一级洗涤、增加 化学品用量等。 事实上， 二期在一期干法脱硫不 佳的影响下，已经改为湿法，但效果仍然不好。 业主其实已得出了 “单独的干式脱硫和湿式脱硫 均不能解决脱硫问题， 必须考虑硫从系统中去除 和回收的问题” （宋晓雅等高碑店污水处理厂 污泥处理系统工艺介绍及运行分析）。实际沼气产量低于设计值 50% ，实际脱硫负荷 相对减低， 但设备仍腐蚀严重， 业主甚至为了降 低备件成本还在 2004 年初就试用了两台国产发 电机，而未能采用治本方法解决硫的出路， 这不 能不说是个遗

18、憾。3、消化工艺问题浮渣导致上清液管路易堵塞， 沉砂在消化器底 部堆积影响溢流排泥。浮渣是污泥厌氧消化的主要问题之一， 对采用 气体搅拌的来说尤为典型。 高碑店一期采用沼气 搅拌为主， 循环搅拌为辅的方式。 理论上不难理 解，搅拌强度大， 则有机质降解率高， 反之则低。 搅拌本身会造成浮渣， 加大搅拌强度， 将使浮渣 增多。宋晓雅等厌氧消化系统搅拌强度的探讨 一文提供的数据显示， 一期采用低强度搅拌的方 式运行，有机质降解率只有 1530%，远低于设 计值的 50% 。以 2003 年的运行数据来看，全年 有机质降解率在 20-60%之间，平均 36% ，也低 于设计值。二期采用了连续机械搅拌

19、， 并设有顶部破浮渣 搅拌器，但根据报道， 浮渣问题也还是未能彻底 解决（宋晓雅等 高碑店污水处理厂污泥处理系 统工艺介绍及运行分析）。二期采用的静压溢 流排泥方式还因沉砂导致了排泥问题。砂含量已造成了浓缩环节输送泵的磨损，已 说明高碑店污泥存在含砂量高的特点。 大量砂砾 进入没有底部连续排渣的消化池，可能挤占库 容，造成水力短流，阻碍排泥，影响搅拌效果， 进而影响产气率。上述三个技术难题其实都是消化工艺常见的 问题，国外实践均已有解决方法。 高碑店项目上 未能彻底解决， 并不能说明这些就是导致无法运 行的技术瓶颈。三、投入产出与运行成本问题 高碑店一、二期厌氧消化采用了不同工艺，进行了大量艰

20、苦的摸索实践， 暴露出了国内厌氧 消化所存在的一些典型问题， 这些问题在吴静等 我国城市污水厂污泥厌氧消化系统的运行现 状（载中国给水排水 2008年 22 期）一文 中被总 结为三个主要方面： 污泥厌氧消化工艺 操作 比较复杂，运行有难度；运行费用不足； 存在消防隐患。 上面讨论的三个技术层面的问 题应该均属于第一类 “污泥厌氧消化工艺操作复 杂运行难度高”。笔者认为，造成厌氧设施停运 的更主要原因其实应该是第二类， 即经济层面的 因素。由于缺乏高碑店污水厂泥区建设投资的完整 数据，且年代已比较久远， 建设成本数据可能已 缺乏可比性，这里采用上海白龙港消化项目 （2008年 6 月）的数据进

21、行测算。白龙港项目 投资 4.96亿元，进消化器干泥量 204 吨/日，折 合含固率 20%的脱水污泥 1020 吨。该项目含干 化设施，最大蒸发量约 7200 kg/h，相当于 220-240 吨/日的湿泥全干化项目， 按照流化床干 化工艺在国内几个项目上的报价水平 （20-30 万/ 吨日），干化项目的设备工程费投资约 7200 万元，则厌氧部分（含土建安装） 的投资为 42400 万，折合含固率 20% 湿泥的吨厌氧消化成本为 41.5 万元。按照 100 万吨来水量设计，北京高碑店项目 的消化对象为 663吨含固率 20%的湿泥，以 2008 年价格考虑，厌氧部分的投资应在 2.75

22、亿元左 右。高碑店两期发电设备（含沼气储存和处理） 的投资为 1.1 亿元，这样一个完整的高碑店泥区 厌氧消化项目总投资应在 3.85 亿元左右，吨湿 泥的厌氧发电项目联合投资可达 58 万元/吨日。 考虑采用国内发电系统， 并扣除蛋形消化器的额 外高成本，本文经济评估以 40 万元 /吨日，即 泥区总投资 2 亿元来进行估算。在电能消耗方面，由于沼气搅拌复杂，耗电 量高，这里考虑仅采用机械搅拌形式进行设计， 一个完整的项目（厌氧消化、沼气处理和压缩、 发电、加热）装机量大约为 760 kW ，耗电量约 570 kW ，自用电率为 28.6%。以电能上网价格 0.65 元/千瓦考虑，厌氧项目

23、可实现产值约 37 元/吨湿泥（均以入消化湿泥含 固率 20% 折算）。按照项目的设计值，厌氧消化后的脱水污泥 含固率 25% ，干基减量率 30% （有机质 60% ， 降解率 30% ），设全年有效运行时数 8000 小时、 大修提存 2.5%、定员 15 人、人均年薪 3 万元、 药剂费 15 元/吨湿泥、消化后污泥填埋处置费 0 元/吨，则直接成本为 76 元/吨湿泥。这就是说， 污泥厌氧消化和发电项目从立项开始， 本就是一 个“赔本”的项目（ 37-76=-39 元），需要靠补 贴来维持运行。如果还要考虑折旧和财务成本的话，取还款 期 20 年、银行长期贷款利率 5.94% ，则每吨

24、财 务成本需增加 84 元。这就是说，在不考虑填埋 成本的情况下，厌氧发电项目的真正综合运营成 本至少在每吨湿泥 160元以上（ 84+76=160）。如此之高的运行成本， 如果再因为产气率低、 发电量少，消化后污泥也根本实现不了 25% 的 含固率而减量不大的话， 那么国内污泥厌氧消化 技术“叫好不叫座”的真正原因也就不难明白了。将来水量改为 80 万立方米，进口含固率为 5% （池容、 SRT 不变），消化降解率改为 36% ， 则沼气产气量将降为 30528立方米 /日（前文已 引述资料，实际尚不及此），此沼气量的 62.3% 可用于发电， 其余需要用于加热， 方能保证冬季 消化加热的需

25、求。此时两期总共可发电 1908 kW ，自用电比例达 59.9%。上网售电的产值降 为 15 元/吨湿泥（就 80 万吨水产生 530 吨含固 率 20%污泥而言），直接运行成本增为 93 元， 项目“赔本” 78 元（ 15-93=-78 元）。不考虑填 埋处置成本，财务成本上升为 106 元/吨，这样 综合运营成本就达到了 199 元（93+106=199）显然，如此昂贵的厌氧消化发电， 在目前的处 理费划拨体系下， 确实很难生存。 那些能够生存 的项目（如青岛麦岛、大连夏家河）一定有其特 殊的原因（另文讨论）。四、结语关于第三个原因，所谓厌氧系统存在安全隐患 的问题， 笔者以为其实不然

26、。 高碑店两次出现恶 性事故，其实都是操作人员素质和不遵守安全操 作规范等管理方面的问题所造成的， 但这两次事 故无疑给北京排水集团的管理者带来了巨大的 心理阴影。 消化停运（高碑店和小红门） 是技术、 成本和管理方面诸多问题交汇所造成的结果。一个显而易见的问题是，为什么在欧美大量 污水厂均采用厌氧消化， 且视之为一个有效的污 泥减量工具？为什么国外污泥消化能够良好运 行？笔者以为，国内外污泥处置差异的一个关键 因素在于，国外的污泥作为污水处理必备的一 环，是将最终处置成本一起考虑的， 其终端的高 额填埋处置费， 作为一种限制性处置资源， 起到 了自然选择和调节的作用。 直白一点说， 由于污 泥填埋费太高，因此各种减量处理设