1、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（10-30C）、中溫消化（33-35C左右）和高溫消化（50-55C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，對消化池進行攪拌，可使池內溫度均勻

2、，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、繁殖的營養物質。這些營養物質中最重要的是碳素和氨素兩種營養物質，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）原料C/N比過高，碳素多，氮素養料相對缺乏，細菌和其他微生物的生長繁殖受到限制，有機物的分解速度就慢、發酵過程就長。若C/N比過低，可供消耗的碳

3、素少，氮素養料相對過剩，則容易造成系統中氨氮濃度過高，出現氨中毒。五、有毒物質揮發性脂肪酸（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。一定的揮發性脂肪酸濃度是保證系統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，包括部分氣態物質、重金屬離子、酸類、醇類、苯、氟化物及去垢劑等。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化，進而影響微生物對營養物的吸收；2、pH除了對微生物細胞有直

4、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化合物比離子狀態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。高溫厭氧消化系統適宜的氧化還原電位為-500-600mV;中溫厭氧消化系統及浮動溫度厭氧消化系統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+100-100mV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-

5、350mV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(2011-06-2311:01:28)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電項目數據解讀北京高碑店污水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

6、的幾個厭氧消化項目之后，國內建設最早、規模最大、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，有多篇已發表的論文可供參考。如張韻等高碑店污泥消化發電項目、張韻等高碑店污水處理廠污泥處理系統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供情況介紹、王立國高碑店厭氧消化與沼氣發電、宋曉雅等高碑店污水處理廠污泥處理系統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

7、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。“設計水量50萬m3/d,初沉泥和二沉池的混合污泥量為4417m3/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

8、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0.42Nm3/kg.VSSr。消化器的設計直徑20米，總高28.8米，其中地下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，可采用北京地區氣溫、土

9、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BOD5200mg/l,出水20mg/l,TSS進水200mg/l,初沉池固體去除率50%,剩余污泥產率系數0.60kg/kg,MLVSS濃度1.6kg/m3,MLVSS分解系數0.05,MLVSS/MLSS比0.60。在沼氣使用方面，一、二期項目裝機量均為2000kW;以二期的設計發電效率38.3%考慮，需要耗用沼氣19955立方米/日；根據二期項目發電機余熱量50.3%,發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

10、慮部分高溫余熱（相當于發電沼氣輸入熱量的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，這相當于沼氣發電輸入熱量的28.5%o熱水不足部分，在專設的沼氣鍋爐中燃燒沼氣替代。滿足發電同時滿足消化供熱最大需求的沼氣剩余部分用于干化。干化數據采用動態取值，升水蒸發量凈熱耗在660-720kcal/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，厭氧消化可實現干固體減量30%,

11、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，維持設計發電量2000kWh,需要將沼氣的75.3%需要用于發電，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%與來自沼氣發電機的余熱（回收為導熱油或蒸汽），可供蒸發1428kg/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

12、，消化后污泥的脫水性質改善，可望實現污泥減量（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供情況介紹（載給水排水2003年第12期），2003年初兩期項目均實現穩定運行后的實際總產氣量僅為25000立方米/日，日均發電量55000千瓦，發電量約為設計值4000kWh（實際3836kWh）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

13、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模，經濟效益不佳，其間又出現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統及設計中應注意的一些問題（2005年首屆中國城鎮水務發展戰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

14、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設計產氣率，這一問題其實不難解決。由于水量減少了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

15、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、脫硫系統設計選型問題來水變化對沼氣的構成產生了重大影響，硫化氫濃度高于設計值10倍，導致沼氣脫硫效果不理想，引起后續處理設備的腐蝕（如球罐出現漏點、發電機系統內的汽水熱交換器發生腐蝕穿透等現象）以及堵塞等，影響了發電機的發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，一旦發現硫化氫濃度超標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。業主其實已得

16、出了“單獨的干式脫硫和濕式脫硫均不能解決脫硫問題，必須考慮硫從系統中去除和回收的問題”（宋曉雅等高碑店污水處理廠污泥處理系統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

17、攪拌強度，將使浮渣增多。宋曉雅等厭氧消化系統攪拌強度的探討一文提供的數據顯示，一期采用低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BI解率在20-60%之間，平均36%,也低于設計值。二期采用了連續機械攪拌，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節輸送泵的磨損，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

18、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的運行現狀（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

19、因其實應該是第二類，即經濟層面的因素。由于缺乏高碑店污水廠泥區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，最大蒸發量約7200kg/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100萬噸來水

20、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厭氧消化項目總投資應在3.85億元左右，噸濕泥的厭氧發電項目聯合投資可達58萬元/噸日。考慮采用國內發電系統，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、發電、加熱）裝機量大約為760kW,耗電量約570kW,自用電率為28.6%

21、。以電能上網價格0.65元/千瓦考慮，厭氧項目可實現產值約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

22、考慮填埋成本的情況下，厭氧發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、發電量少，消化后污泥也根本實現不了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%可用于發電，其余需要用于加熱，方能保證冬季消化加熱的需求。此時兩期總共可發電1908kW,自用電比例達59.9%。上網售電的產值降為15元/噸濕泥（就8

23、0萬噸水產生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，所謂厭氧系統存在安全隱患的問題，筆者以為其實不然。高碑店兩次出現惡性事故，其實都是操作人員素質和不遵守安全操作規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，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展的必要。仍以北京