污水處理設備中污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷工藝
污水處理設備中污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷工藝主要有一段式厭氧消化工藝、兩相厭氧消化工藝和三階段厭氧消化工藝[18]。
① 一段式厭氧消化工藝
污水處理設備中一段式厭氧消化工藝只有一個沼氣池或發(fā)酵系統(tǒng)，其沼氣發(fā)醉的過程只在一個發(fā)酵池內(nèi)進行。一段式污泥厭氧消化工藝的最大優(yōu)點是操作簡單，造價較低， 但是由于整個降解過程在一個反應器中進行，各大類群微生物需協(xié)調生長和代謝， 所以無法通過高負荷的方法提高酸化速度和效率。研究結果表明，兩相厭氧消化工藝不總是比單相厭氧消化工藝優(yōu)越，只有在一定的水力停留時間和有機負荷下， 才能顯示出優(yōu)越性。當進泥濃度較低、水力停留時間較長，兩相系統(tǒng)和單相系統(tǒng)的水解和酸化率均能接近極大值時，只要后續(xù)的代謝過程進行得比較完全，則兩個系統(tǒng)的處理效率必然相接近。當提高進泥濃度并適當降低水力停留時間時，水解和酸化成為系統(tǒng)處理過程的速率限制步驟，則兩相厭氧消化工藝開始顯示其優(yōu)越性。
② 兩相厭氧消化
污水處理設備中厭氧生物處理是一個復雜的生物學過程，有機物在多種厭氧微生物的作用下最終轉化為甲烷、CO2 和 H2O。在一段式厭氧反應器中，厭氧消化的各個階段是同時進行的，并保持一定程度的動態(tài)平衡，這種動態(tài)平衡很容易受到 pH 值、溫度、有機負荷等外界因索的影響而遭受破壞。平衡一旦破壞，首先使產(chǎn)甲烷階段受到抑制，導致脂肪酸的積存和厭氧進程的異常變化，甚至引起整個厭氧消化過程的停滯。同時，在厭氧消化過程中，各菌種群的形態(tài)特性和最適生存條件并不一致， 特別是產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌。產(chǎn)酸菌種類多，生長快，對環(huán)境條件變化不太敏感， 而產(chǎn)甲烷菌專一性很強，對環(huán)境條件要求苛刻，繁殖緩慢。因此，在一段式厭氧反應器中，不可能滿足以及協(xié)調各菌種群之間的生存條件，這樣不可避免地使一些菌種的生存與繁殖受到抑制或破壞，使污泥得不到很好的處理。
污水處理設備中兩相厭氧消化工藝，就是按照厭氧消化過程的不同階段，分別在不同的反應器中反應完成。根據(jù)不同微生物種群的生存環(huán)境差異大的特點，將厭氧消化過程進一步分解。水解與酸化過程是相互作用，由相同的微生物種群完成。為了保持較低的氫分壓，產(chǎn)乙酸過程需要嗜氫的甲烷菌的活動，因此產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷過程是不能分開進行的。這意味著厭氧降解過程的相分離只有一種情況，即發(fā)酵產(chǎn)酸和產(chǎn)乙酸階段的分離。把進行水解和發(fā)酵產(chǎn)酸的酸化相與產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷的產(chǎn)氣相分別在不同反應器或同一反應器的不同空間完成，如果不分開，則會相互抑制， 效果差。通過相的分離，可大大削弱傳統(tǒng)工藝中因酸的累積而導致的反應器酸化問題，使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各自在最佳環(huán)境條件下生長，以避免不同種群生物間的相互干擾和代謝產(chǎn)物轉化不均衡而造成的抑制作用，產(chǎn)酸相對進水水質和負荷的變化有較強的適應能力和緩沖作用，可大大削減運行條件的變化對產(chǎn)甲烷菌的影響，處理系統(tǒng)中污泥的酸化活性和產(chǎn)甲烷活性均高于一段式工藝，從而系統(tǒng)的處理效率和運行穩(wěn)定性可得到有效的提高。