厌氧消化用于污水污泥管理

一个多世纪以来，污泥处理设施一直在使用厌氧消化工艺来处理、减少和利用污水污泥。以下是关于厌氧消化及其产品和效益的入门知识，对该过程和消化器类型的概述，以及对其在污水和污泥行业的相关性的介绍。

什么是什么是厌氧消化？

厌氧消化（AD）是一套生化步骤，微生物在没有氧气的情况下分解有机物，如污水污泥、粪便和食物垃圾（因此称为 "厌氧"），主要产生气体，如甲烷和二氧化碳，以及称为沼渣的有机湿混合物或残留物。厌氧消化被用来处理或稳定食品和其他有机废物，减少否则被填埋的废物的温室气体排放，并以沼气形式提取可再生能源。

厌氧消化过程被一系列行业所利用，包括处理粪便、能源作物和农工业废物的农业行业；处理食品加工废物、屠宰场废物、纸浆和纸液以及生化废物的食品和制造业；以及处理城市有机废物和污水污泥处理或管理的废物和废水行业。

需要注意的是，除了厌氧消化，还有其他的污泥稳定化过程，如碱性稳定化（通常是加入石灰）、好氧消化、堆肥和自热嗜热消化。然而，厌氧消化被认为是最可持续的选择之一，因为它产生可再生能源并减少污泥或有机物的体积。

厌氧消化有机废物的两个主要副产品可以有多种用途。

沼气

沼气主要是甲烷和二氧化碳，还有少量的其他气体和水蒸气。它可以被提炼或提纯为生物甲烷，以增加其商业价值。沼气被认为是一种可再生能源，可以作为燃料或用于生产热能和/或电力。对于污水处理行业，从污泥中产生的沼气可以用来帮助抵消污水处理的能源成本。 

营养品

在废水或污水行业，消化液或消化污泥通常被称为 "生物固体"，其管理在废水处理厂的运营支出中占很大比例，通常为40%左右。

什么是厌氧消化器？

厌氧消化器是厌氧消化系统（也叫沼气系统）的主要组成部分，它是一个发生厌氧消化的建筑。这些系统可以使用各种配置和不同类型的设备，根据要处理的原料类型、可用空间和所需的最终产品。

各行业使用的厌氧消化器有多种类型，主要可根据两点进行分类：反应器的工程设计和消化器罐或容器的设计。

挪威一个联合消化厂的圆柱形厌氧消化器

值得注意的是，每种类型的沼气池都有自己的优点和缺点，要消化的材料的性质和数量，以及配套的基础设施，对选择最适合一个设施的沼气池至关重要。有些沼气池几乎不需要任何监测，如泻湖和圆顶沼气池。其他则需要更复杂的监测设备，如温度传送器和更高科技的监测器，如挥发性脂肪酸（VFA）、在线干固体（DS）和碱度的监测器。

厌氧消化所涉及的步骤是什么？

在厌氧消化过程中，有四个主要步骤，它们是水解、产酸、产醋酸和产甲烷，都是由不同的微生物群落在无氧条件下进行的。尽管这些是发生在沼气池内的主要生化反应，但必须注意的是，沼气池内还发生着其他生化反应，下面没有讨论。

• 步骤1：水解 - 有机原料含有的化合物在成为微生物可用的饲料之前需要被获取/分解。复杂的聚合物，如蛋白质、碳水化合物（多糖）和脂类，必须首先被分解成其较简单的形式。沼气池内聚合物的这种 "分解 "通常是通过沼气池内的水解细菌所分泌的称为水解酶的酶来进行。

  水解通常被称为厌氧消化的决定性步骤，这意味着它是最慢的步骤，在决定原料在消化器中停留的时间方面起着很大作用。这就是为什么厌氧消化的预处理方法，如热处理，着重于优化这一步骤（见下面先进的厌氧消化部分）。

  接下来，产酸和产乙酰的步骤同时发生。

• 第二步：产酸（发酵）。 - 在这一步骤中，存在于消化器中的产酸菌或发酵菌吸收一些水解产物，制造中间的挥发性脂肪酸或VFAs（也称为短链挥发性有机酸），如丙酸盐、丁酸盐和酒精。 

  蛋白质含量高的原料，如污水污泥，也会从氨基酸的分解中产生大量的氨，众所周知，氨会使厌氧消化更加困难。除了氨，还可能产生二氧化碳和其他气体，如硫化氢。

• 第3步：乙酸生成- 乙酸是由酸生成中的短链/挥发性脂肪酸与氢和二氧化碳一起形成。

• 第4步：产甲烷 - 沼气池中的产甲烷微生物消耗在产酸和产醋酸过程中产生的可利用的中间产物（醋酸、氢和二氧化碳）来生产甲烷。这主要是通过两种途径发生的：乙酰化产甲烷和嗜氢化产甲烷。除了甲烷，二氧化碳是这一最后步骤中产生的第二种最丰富的气体。

厌氧消化是如何用于污水污泥处理的？

处理污水污泥的污水处理厂可以使用厌氧消化作为污泥的稳定化或处理方法。稳定化过程主要是减少臭味和污泥的腐烂，同时降低有害微生物的数量。此外，厌氧消化可以减少生物固体的体积，并为工厂获得沼气。最终污泥或生物固体的减少是因为污泥被转化为沼气。

厌氧消化放在处理流程中的什么位置？

污泥在经过一级和二级废水处理（或活性污泥法）和浓缩后被引入厌氧消化系统。经过厌氧消化后的污泥（有时称为生物固体或消化物）通常会在最终处理方法之前进行脱水。

厌氧消化用于污水污泥管理的好处和限制是什么？

厌氧消化有多种好处。它可以帮助许多污水处理设施或市政当局实现以下目标，但也有一些限制。

• 厌氧消化可以减少污泥中的病原体（寄生虫、病毒等）。减少病原体可能是一个优先顺序，以满足最终选择的处理方法的监管要求。例如，在一些国家，厌氧消化足以允许将生物固体作为农业肥料、土壤改良剂、土壤改良剂或其他土壤产品使用。这就利用了材料中固有的氮、磷和其他有机材料。

  然而，并不是所有的厌氧消化系统，特别是在没有其他处理方法的情况下，可以充分减少病原体，使有害细菌不在最终的生物固体产品中重新生长。

• 厌氧消化产生的沼气通常可以通过进一步的加工来提供热量或电力。它也减少了所产生的生物固体的气味。

  尽管如此，今天的厌氧消化系统中的沼气提取是非常低效的。当沼气池中有机材料的分解没有得到优化时，大量的能量可能会滞留在最终产品中。这意味着在这个过程中可以捕捉到的甲烷和二氧化碳在以后进一步降解时可以从生物固体材料中逸出。如果这种情况发生在露天（如垃圾填埋场），或在焚烧设施中，那么排放物会增加气候问题。生物固体产品也会保留足够的恶臭，使处理材料变得令人不快。

• 厌氧消化减少了最终的生物固体量，影响了运输/进一步处理的成本。

  但不幸的是，大多数厌氧消化系统在没有额外处理的情况下仍会产生大量的生物固体，因为即使在最后脱水后，大量的水仍被截留在材料中。在这里了解污泥脱水的情况。

全世界有足够消化能力的污水处理设施也使用厌氧消化法来消化污水污泥和其他有机物的组合。这被称为 "共同消化"。污水污泥可以与脂肪、油和油脂（FOG）--一种由食品加工行业产生的常见的高强度液体有机废物，以及其他有机固体废物（如家庭或工业食品）共同消化。共同消化提供了额外的优势，即利用食物或有机废物作为能源资源，而不需要建立广泛的基础设施来处理单独的废物流。

什么是高级厌氧消化？

高级厌氧消化（AAD）是一个用来描述厌氧消化的术语，当它被改造成创造更高质量的生物固体（通常被美国环境保护局的标准称为A级）和通过更高的挥发性固体减少更多沼气。实现AAD的改造包括嗜热厌氧消化、分阶段嗜热厌氧消化、分阶段中温厌氧消化、酸/气分阶段厌氧消化和温度分阶段厌氧消化（）。

还有一些预处理方法可以实现高级厌氧消化。它们被分类为热、物理、化学或电预处理。其中，热水解 ，作为中温厌氧消化的预处理，由于其在全球各地工厂的使用越来越多而脱颖而出。

记住，水解实际上是实际厌氧消化过程的第一步。通过优化和加快预处理系统的这一步骤，厌氧消化的好处得到了提升，并具有额外的优势。热水解例如，与传统的消化方法相比，"厌氧消化 "可提供多达50%的沼气，可减少多达50%的生物固体，并提高消化能力，以及其他好处。迄今为止，这种方法已被用于130多个工厂，并已被用于在厌氧消化前预处理英国50%以上的废水污泥。 在此了解更多关于热水解