基本介紹
- 中文名：污泥氣
- 外文名：sludge gas
- 又稱：沼氣
- 出處：《環境工程 名詞術語》
簡述,產生機理,產生污泥氣的影響因素,溫度,pH值,攪拌,毒性抑制物質,
簡述
污泥氣是污泥在厭氧消化處理過程中產生的氣體物質。伴隨城市污水廠的興建 , 大量城市污泥產生。由於濃縮 /厭氧消化 /脫水工藝能同時實現污泥減量化和穩定化, 且伴有可回收的燃氣 (甲烷 )產生 , 最終污泥可作為農肥回用 ,故得到廣泛套用。
污泥消化產生氣體中約65%~70%為甲烷 （體積），熱值在 22400～35800KJ/Nm3，為回收這部分能源，污泥消化產生的污泥氣利用有以下途徑：首先用來作為污泥消化加熱所需的能源，多餘的污泥氣用來帶動沼氣鼓風機，其次用來帶動沼氣發電機。
產生機理
厭氧消化是由微生物經過一系列的生化過程，將複雜大分子有機物轉化為小分子的CH4、CO2、水和氨氮的過程。厭氧消化主要由水解、酸化、產氫產乙酸和產CH4四個階段組成，其工藝模型如圖所示。
圖1. 厭氧消化工藝模型水解階段：污泥中的蛋白、多糖、脂肪和核酸等複雜有機物，在蛋白水解菌、纖維素水解菌、澱粉水解菌和脂肪水解菌的作用下，水解產生胺基酸、單糖、甘油等末端產物。
酸化階段：水解階段產生的小分子有機物通過酸化菌的代謝作用，轉化為有機酸、H2和 CO2。例如，胺基酸，一部分用於合成微生物細胞組織，另一部分則通過脫氨、脫羧反應，分解成SCFAs、硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）等；單糖常經過糖酵解（EMP），產生 SCFA、H2和 CO2等小分子物質；長鏈脂肪酸則通過 β-氧化途徑形成乙醯-CoA 和乙酸。另外，水解產物可通過丁酸型發酵、丙酸型發酵、乙醇型發酵轉化為丁酸、丙酸和乙醇等特徵產物，以及乙酸、H2、CO2等共有產物。
產氫產乙酸階段：在厭氧條件下，異養型發酵菌能夠將酸化階段產生的丙酸、丁酸、戊酸、乳酸和醇等，進一步轉化為乙酸，同時釋放 H2和 CO2。另外，同型產乙酸菌能夠利用分子氫和 CO2產生乙酸。
產 CH4階段：產甲烷菌利用產氫產乙酸階段產生的小分子物質：H2/CO2、甲醇、甲酸、甲胺和乙酸等產生 CH4。其產 CH4途徑主要有以下兩種方式：（1）乙酸分解產生 CH4和 CO2；（2）CO2和 H2反應合成 CH4和水。
產生污泥氣的影響因素
污泥厭氧消化產生污泥氣過程受許多因素影響，包括溫度、pH值、鹼度、基質營養比例、攪拌以及毒性抑制物質。由於污泥 C、N、P 等營養元素充分，基質營養比例影響較小。污泥厭氧消化過程中會釋放大量的氨氮，污泥厭氧消化鹼度通常較為充分。因此，對於污泥厭氧消化，溫度、pH值、攪拌以及毒性抑制物質是影響其系統穩定性及產甲烷效率的主要因素。
溫度
厭氧消化對溫度有比較嚴格的要求。厭氧微生物可分為嗜冷、嗜溫和嗜熱三大類，因此，厭氧消化可分為低溫厭氧、中溫厭氧和高溫厭氧消化。污泥厭氧消化通常選擇中溫厭氧消化（33~37℃）和高溫厭氧消化（50~55℃）。 溫度的波動會對不同類型的厭氧消化微生物活性產生明顯的影響。通常，厭氧消化每天溫度波動應不大於1℃。當溫度波動達到2~3℃就可能對厭氧消化處理能力產生嚴重影響。溫度突降後，產氣量基本為0，VFA累積以及pH降低。
pH值
pH值是判斷實際厭氧消化工藝運行是否正常的關鍵參數。厭氧消化過程中產酸菌的適宜 pH 範圍為 5.0~6.5，產甲烷菌適宜範圍為 6.5~7.8。雖然如此，大多數產酸菌和產甲烷菌能在pH為 5.0~8.5 範圍內生長；在產酸菌與產甲烷菌共存的情況下，pH值適宜範圍為 7.0-7.6。有機物在水解產酸階段會被分解產生揮發性脂肪酸，同時，污泥中蛋白質的分解會生成氨氮以及碳酸鹽。厭氧消化系統中，揮發性脂肪酸、氨氮、碳酸鹽三者構成pH緩衝體系。
攪拌
在實際污泥厭氧消化工藝運行中，攪拌對微生物活性的影響尤為重要。攪拌可以使消化罐內污泥濃度、pH值、微生物等保持均勻，避免消化罐內部分物質累積，表層污泥結殼等。實現消化池進泥與消化池內的消化液充分混合，從而實現消化池進泥與池內微生物接觸充分，利於反應進行；通過攪拌可以實現熱量的均勻分布；可以減少消化池內浮渣在表層結殼；攪拌充分還可以減少消化池底部砂的積累；還有利於沼氣從消化污泥中釋放到氣相空間，利於氣液分離等。微生物降解有機物產甲烷過程，傳質效率對物質的轉化影響非常重要。
毒性抑制物質
許多物質可以對厭氧消化過程產生毒性抑制作用，包括氨氮、重金屬、硫化物、有機酸等。對於污泥厭氧消化，硫化物以及氨氮的抑制比較常見。硫化物是硫酸鹽還原作用的終產物，不僅會導致沼氣中產生 H2S，更重要的是會對產甲烷菌產生一定的抑制作用，影響厭氧消化的效率。一旦H2S穿透微生物細胞壁，將對細胞蛋白質構成破壞。
