前言：今天是连载专栏【污水处理一千零一问】更新的第70篇内容，专栏内容源自环保污水处理自媒体【污水博物馆】。
今年7月初，污水博物馆计划开始陆续分享1001篇实用的“污水（废水）处理”相关内容（文章、视频等）。希望能够为相关从业者提供更多有价值的环保污水处理领域的知识，期待你的关注哦！
污泥的厌氧消化是利用厌氧微生物经过水解、酸化、产甲烷等过程，将污泥中的大部分固体有机物水解、液化后并最终分解掉的过程。产甲烷菌最终将污泥有机物中的碳转变成甲烷并从污泥中释放出来，实现污泥的稳定化。
污泥的厌氧消化与高浓度污水的厌氧处理有所不同。污水中的有机物主要以溶解状态存在，而污泥中的有机物则主要以固体状态存在。按操作温度不同，污泥厌氧消化分为中温消化（30～37℃）和高温消化（45～55℃）两种。由于高温消化的能耗较高，一般大型污水处理场不会采用，因此常见的污泥厌氧消化实际采用中温消化的较多。
（1）采用两级消化时，一级消化池和二级消化池的停留时间之比可采用1：1或2：1或3：2，其中以采用2：1的最多。一级消化池的液位高度必须能满足污泥自流到二级消化池的需要。
（2）污泥厌氧消化池一般使用水密性、气密性和抗腐蚀性良好的钢筋混凝土结构，直径通常为6～35m，总高与直径之比为0.8～1，内径与圆柱高之比为2：1。池底坡度为8％，池顶距泥面的高度大于1.5m，顶部集气罩直径一般为2m、高度为1～2m，大型消化池集气罩的直径和高度最好分别大于4m和2m。
（3）污泥厌氧消化池一般设置进泥管、出泥管、上清液排出管、溢流管、循环搅拌管、沼气出管、排空管、取样管、人孔、测压管、测温管等。一般进泥管布置在池中泥位以上，其位置、数量和形式应有利于搅拌均匀、破碎浮渣。污泥管道的最小管径为150mm，管材应耐腐蚀或作防腐处理，同时配备管道清洗设备。
（4）上清液排出管可在不同的高度设置3～4个，最小直径为75mm，并有与大气隔断的措施；溢流管要比进泥管大一级，且直径不小于200mm，溢流高度要能保证池内处于正压状态；排空管可以和出泥管共用同一管道；取样管最小直径为100mm，至少在池中和池边各设一根，并伸入泥位以下0.5m；人孔要设两个，且位置合理。
（5）池四周壁和顶盖必须采取保温措施。
（1）温度、pH值、碱度和有毒物质等是影响消化过程的主要因素，其影响机理和厌氧污水处理相同。
（2）污泥龄与投配率。为了获得稳定的处理效果，必须保持较长的泥龄。有机物降解程度污泥龄的函数，而不是进泥中有机物的函数。
（3）污泥搅拌。通过搅拌可以使投加新鲜污泥与池内原有熟污泥迅速充分地混合均匀，从而达到温度、底物浓度、细菌浓度分布完全一致，加快消化过程，提高产气量。同时可防止污泥分层或泥渣层。
（4）碳氮比C／N。厌氧消化池要求底物的C／N达到（10～20）：1最佳。一般初沉池污泥的C／N约（9.4～10.4）：1，可以单独进行厌氧消化处理；二沉池排出的剩余活性污泥的C／N约为（4.6～5）：1，宜单独进行消化，应当与初沉池混合提高碳氮比后再一起厌氧消化处理。
沼气是一种易燃气体。收集利用厌氧消化池产生的沼气时必须充分考虑安全可靠性。
（1）厌氧消化池产生的沼气从污泥的表面散逸出来后，积聚在消化池的顶部。因此，厌氧消化池顶部的集气罩容积必须足够大，对于大型的消化池，集气罩的直径和高度一般要分别大于4m和2m。集气罩的顶部要设排气管、测压管及测压、测温等接口，必要时还要安装用于消泡的水冲洗系统。为防止泡沫进入管道而产生堵塞，排气管直径最小值要大于100mm。有时还需要在集气罩的顶部设置安全释放管，以防止排气管堵塞或排泥与进水或进泥不平衡产生的大的压力波动对集气罩造成的破坏。厌氧消化池集气部分必须进行防腐处理，对于钢结构气室还要防止电化学产生的腐蚀。
（2）在固定盖式消化池中，排气管与贮气柜直接连通，在连通管上绝对不容许连接用于燃烧的支管。当采用沼气搅拌时，压缩机的吸气管可单独与集气罩连接，如果与排气管共用，则在确定排气管管径时，必须同时考虑沼气搅拌所需要的循环流量。
（3）沼气管道的气流速度最大为8m／s，平均应为5m／s左右。沼气管道要具备0.5％以上的坡度，且坡向气流方向。在最低点设置凝结水罐，并及时排走凝结水，防止堵塞管道。为减少凝结水量，消化池外的沼气管道应当采取保温措施。沼气管的材质应当是铸铁管或镀锌钢管，既能防腐，又能防止沼气流动时产生静电。
（4）为确保安全，必须保持厌氧消化池气室的气密性，防止沼气的外逸和空气的渗人。在沼气管道的适当地点必须设置水封罐，以便调整稳定压力和防止明火沿沼气管道流窜引起爆炸，并在消化池、贮气柜、压缩机、锅炉房等构筑物之间起到隔绝作用，同时也可兼作排除冷凝水之用。水封罐的截面积一般为进气管截面积的四倍。贮气柜的进出气管也必须设置起阻火作用的水封罐，水封罐还能起到调整贮气柜压力的作用。
（5）消化池的气室和沼气管道均应在正压下工作，不允许出现负压，通常压力为200～300mm水柱。
（6）沼气的产量和用量都不可能是恒定的，通常需要建造贮气柜对产气和用气的不平衡进行调节。贮气柜的容积一般按日平均产气量的25％～40％即6～10h的平均产气量确定，压力和消化池的气室及沼气管道的压力相同，即200～300mm水柱。
以城市污水处理厂污泥中温厌氧消化为例，生污泥含水率为96％左右、投配率为6％～8％时，每㎡生污泥的产气量为10～12㎡。如果采用高温消化，同样的条件下，每m3生污泥的产气量可以达到22~23m3，投赔率为13%~15%时每立方米生污泥的产气量为13~15m3。
污泥厌氧消化池产气量下降的原因主要有：
（1）有机物投配负荷太低
在其他条件正常时，沼气产量与投入的有机物成正比，投入的有机物越多，沼气产量越多。反之，投入的有机物越少，则沼气产量越少。出现产气量下降的原因，往往是由于浓缩池运行不佳，浓缩效果较差，大量有机固体随浓缩池上清液流失，导致进入消化池的污泥浓度降低，即相同体积进泥的情况下有机物数量减少。此时可通过加强对污泥浓缩工艺的控制，保证达到合格的浓缩效果。
（2）甲烷菌活性降低
由于某种原因导致甲烷菌活性降低，分解VFA速率降低，因而沼气产量也随之降低。水力负荷过大、有机物投配负荷过大、温度波动过大、搅拌效果不均匀、进水存在毒物等因素均可使甲烷菌活性降低，要分析具体原因，采取相应的对策。
（3）排泥量过大
使消化池内厌氧微生物的数量减少，破坏了微生物量与营养量的平衡，使产气量随之降低，这时应减少排泥量。
（4）消化池有效容积减少
由于池内液面浮渣的积累和池底泥沙的堆积使消化池有效容积减小，整体消化效果下降，产气量也随之降低。此时应排空消化池进行清理，同时检查浮渣消除设施的运行情况和预处理设施沉砂池的除砂效率，对存在的故障及时消除。
（5）沼气泄漏
消化池和输气系统的管道或设施出现漏气现象使计量到的产气量比实际产气量小，此时应立即查找漏点并予以修补，以防止出现沼气爆炸等更大的事故。
（6）消化池内温度下降
进泥量过大或加热设施出现故障使消化池内温度下降，产气量也随之降低。此时应把消化池内的污泥加热到规定的温度，同时减少进泥量和排泥量。
消化池排放的上清液含固量升高，会使出水水质下降，回流到污水处理系统增加污水处理的负荷，同时还会使排放的消化污泥浓度降低，其原因和控制对策可以归纳如下：
（1）上清液排放量过大导致其含固量升高。如果每次排放上清液时量太多，排放的上清液中会带有许多污泥，因而含固量升高，因此必须将上清液排放量控制在每次相应进泥量的1／4以下。
（2）排放上清液时速度过快，导致排放管道内流速太大，将消化池内大量的固体污泥颗粒一起携带排走，因而含固量升高，所以每次排放上清液时要缓慢进行，且排放量不宜过大。
（3）上清液排放口与进泥口距离太近，进入的污泥发生短路，污泥未经充分消化即被直接排出，因而含固量升高。对于这种情况必须进行改造，使上清液排放口远离进泥口。
（4）进泥量过大或进泥中固体负荷过大，使得消化不完全，有机物的分解率即消化率降低，使得上清液中含固量升高，此时的对策是减少进泥量。
（5）排泥量太少使消化池内消化污泥积聚太多、搅拌过度、浮渣混入等原因也都可以导致上清液含固量升高，可通过加大排泥量、减小搅拌力度、排上清液时暂停消除浮渣等措施予以解决。
消化液温度下降会导致消化效果降低，其原因和控制对策可以归纳如下：
（1）用于加热的蒸汽或热水供应不足或热交换器出现故障，解决的办法是加大蒸汽或热水的供应量或修理热交换器。
（2）投泥的频率较低，一次投泥量过大，导致加热系统的负荷不够，即加热量不足导致温度降低，此时应缩短投配周期，减少每次的投泥量。
（3）混合搅拌不均匀会导致消化池内局部过热，局部由于热量不足而温度降低，此时应加强搅拌混合作用，提高混合效果。
污泥厌氧消化池气相压力增大过多，会使沼气自压力安全阀逸入大气，不仅损失沼气量，而且可能因沼气的易燃易爆带来危险。其原因和控制对策可以归纳如下：
（1）产气量大于用气量，而剩余的沼气又没有畅通的去向时，会导致消化池气相压力的增大。此时应加强运行调度，增大用气量或提高沼气贮存柜容气量。
（2）由于水封罐液位太高或不及时排放冷凝水等原因导致沼气管道阻力增大，结果使消化池压力增大。此时首先要分析沼气管道阻力增大的原因，并及时予以排除。
（3）进泥量大于排泥量而溢流管又排放不畅，或进泥时速度过快，都会导致消化池液位升高，结果使消化池压力增大。此时要加强进泥和排泥的控制和管理，设法保证消化池工作液位的稳定。
污泥厌氧消化池气相出现负压，会使空气自真空安全阀进入消化池，破坏消化池内的送氧状态。其原因和控制对策归纳如下：
（1）排泥量大于进泥量或排泥时速度过快，会使消化池液位降低，产生真空。此时要加强进泥和排泥的控制和管理，使进泥量和排泥量严格相同，设法保证消化池工作液位的稳定。
（2）投加氨水、熟石灰、氢氧化钠等药剂补充碱度调整pH值时，如果投加过量也会医消耗混合液中的CO2使气相中的CO2大量向混合液转移，从而导致消化池气相出现负压，因此必须严格控制碱源的投加量。
（3）用于沼气搅拌的压缩机的出气管道出现泄漏时，因排气量大于产气量会导致消化池气相出现负压，及时修复泄漏点即可解决。
（4）用风机或压缩机将沼气抽送到较远的使用点时，如果抽气量大于产气量，也可导致消化池气相出现负压，此时应加强抽气量与产气量的平衡调度。
（5）消化池内产甲烷菌的活性下降等原因导致产气量突然减少，而排气等设施未能及时反应也会导致消化池气相出现负压，此时要完善产气与抽气或用气之间的自控管理，实现自动运行。
污泥厌氧系统应定时按规定监测和记录的项目有：
（1）进泥量、排泥量、上清液排放量、蒸汽用量；
（2）进泥、排泥、消化液和上清液的VFA、ALK；
（3）进泥、消化液和上清液的pH值；
（4）消化液温度，而且要多检测观察各点之间的温差大小；
（5）沼气产量。
通过以上数据的监测，应定时计算的指标有：VFA／ALK值、消化时间（或水力停留时间）、水力负荷和有机物投配负荷、单位体积污泥或投入污泥中单位重量有机物的产气率、有机物分解率（即投入污泥中的有机成分进行气化和无机化的比例）。
污泥厌氧消化池的正常运行过程中除了收集沼气外，有进泥、排泥、排上清液、加热和搅拌五个主要操作环节组成。
如何确保最佳运行效果，需要确定合理的操作顺序。一般采用溢流排泥、内蒸汽加热的单级污泥消化池，其合理的操作顺序为进泥、排泥、排上清液、加热、搅拌。而采用非溢流排泥、池外热交换器加热时，合理的操作顺序是排上清液、排泥、进泥、加热、搅拌。另外，五个操作环节的循环周期越短，越接近连续运行，消化效果越好。采用人工操作时，一个操作环节一般为8h。
（1）进泥量应根据池内消化温度、消化时间等因素由运行经验确定。中温消化每日的进泥中的固体量不能超过池内固体总量的5％，进泥中的固体浓度应尽量高一些（一般为4％左右）。为避免泵和输泥管道的堵塞，一般都采用间歇进泥方式，即大流量、短时间内进泥。为使消化池进泥均匀，每日的进泥次数尽可能多，每次的进泥量要尽可能相同，并防止进泥时消化池液面上升过多引起气室压力的波动。
（2）排泥和上清液的排放直接关系到消化池运行效果的好与坏，排泥量和上清液排放量的大小以维持消化池内污泥浓度稳定和产气量最大为原则来确定。排泥和排放上清液一般都间歇进行，每天数次。最好是先排上清液，再排泥，以保证排泥浓度不小于30g／L。
（3）加热是维持厌氧中温消化的关键手段，为保证消化液的温度基本不变（35±1℃），必须经常检查加热盘管或热交换器的进、出口热水的温度和流量，如果发现加热效果不理想，应立即进行调节。
（4）搅拌可以促进进泥与消化液的混合均匀，有利于沼气与污泥颗粒的分离，因此搅拌直接影响产气量的多少和消化效果。由于纤维杂物缠绕在搅拌桨叶上以及磨损、腐蚀等原因，会引起搅拌效果的下降，必须通过经常检查运行情况来保证搅拌效果。搅拌一般间歇进，间歇时间为搅拌时间的3～4倍，通常在进泥和加热后或同时进行搅拌，而在排放消化液时应停止搅拌。
污泥的厌氧消化系统运行管理是否合适，主要取决于污泥和上清液的排出。如果消化污泥的排量大于投泥量，则池内上清液量增多，贮泥量减少，池内消化污泥浓度降低。而上清液排量过多又会增加池内贮泥量，结果使上清液中污泥浓度升高。同时，排泥量和上清液排量的过多都会造成沼气产量的时多时少，影响消化池工作的稳定性。因此厌氧消化池消化污泥排量和上清液排量的比率，应当以既能维持消化池内的高污泥浓度，又能使产气量最多为目标。
一般上清液排放量不能超过进泥量，上清液排量过大会导致消化池内液面下降过多，沼气就有可能进入上清液管道，对于此点，运行控制上必须十分当心。
因为上清液还要回流到污水处理系统的前端，如果控制不当，会增大污水处理系统的负荷。因此，对于运行控制较好的消化池，排放的上清液中固体浓度约2～4g／L，效果较差时，也应控制在10g／L以下。有消除浮渣设施的消化池，排放上清液之前，应暂时停止消除浮渣设施的运行。
消化污泥通常使用重力排放，排泥时排泥管道上的阀门应当快速全开，停止排泥时要阀门快速关闭，速开速闭可以避免管道被泥砂堵塞。
（1）微生物的管理
一般都采用能反应微生物代谢影响的指标间接判断微生物活性。为了掌握消化池的运转状态，应当及时监测的指标有沼气产量、消化污泥中的有机物含量、挥发性脂肪酸浓度、碱度、pH值等，这些指标也就是消化池的日常管理监测指标。反应消化运行情况最敏感和最直观的指标是沼气产生量，气体产生量减少往往是消化开始受到抑制的征兆，每天必须要对产气量进行测定。pH值降低会引起有机酸的积累，因而是抑制气化的表征。在污泥消化正常进行过程中，pH值应当在7左右，挥发性脂肪酸浓度为300～700mg／L、碱度为2000～2500mg／L的范围内。
（2）重金属的影响
如果剩余污泥中的某种重金属含量过高，往往会对消化过程产生抑制作用。为了降低和消除重金属的毒性，可以采用向消化池内投加消石灰、液氨和硫化钠等药剂，提高pH值。
（3）负荷和温度的影响
超负荷和温度降低对厌氧消化的影响比对好氧处理的影响更为显著，恢复需要的时间更长。一旦出现消化被抑制的征兆，必须立即采取处理对策。当进泥量远小于消化池的设计进泥量时，由于负荷较低，为充分利用消化池的容积，可延长污泥在消化池内的水力停留时间即消化的天数，如果消化时间可以达到60d以上，可不对消化池进行加热，而只进行常温消化。
（4）挥发酸积累的影响
消化良好时，VFA的浓度应当为300～500mg／L，VFA出现积累、含量超过2000mg／L后会引起pH值的降低，妨碍甲烷菌的正常生长使消化效果下降。消化池当挥发性脂肪酸浓度较高时，可投加碱源予以缓解。采用加氨调pH值必须要慎重，因为消化液中氨浓度达到1500～3000mg／L时就能对消化反应产生抑制。在正常运行的污泥消化池中，厌氧消化因VFA积累受到抑制的原因主要是超负荷或有害物质含量上升。
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