锐意自控|沼气工程中厌氧消化系统的使用要点

　　厌氧消化系统的启动与运行管理是沼气工程的核心，其他的都为之配套。料液前处理阶段的管理，就是人为地创造条件，以满足厌氧发酵的基本要求，保证工程正常运行。本文详述了沼气站厌氧消化系统启动与运行管理应该注意的事项，仅供大家参考。

　　一、消化系统的启动

　　工程启动运行前，须事先做好启动准备工作，制定菌种选取、菌种富集、启动投料和正常运行管理实施方案，并根据现场情况和污水水质工况及时调整方案。

　　1、启动准备

　　1）工程系统的每个机电设备、设施，须进行单机调试和联动试运行，以检验是否可进行正常运行；

　　2）查验管路上盲板和阀门的启闭状态，确保气管路、液管路的畅通和溢流管路的水封液位准确；

　　3）保证在线检测仪表的准确、灵敏、清晰；

　　4）清除厌氧消化器等相关设施和贮池里的所有杂物。

　　2、选取接种物

　　在厌氧消化器初次启动投料时，须加一定量的接种物（发酵菌种）。在条件具备时，最好选取发酵正常、运行温区对应的厌氧发酵装置新排出的脱水污泥作为接种物。接种污泥量越多越好，一般为发酵有效容积的10~30%。

　　3、菌种富集和启动运行

　　1）以粪便为原料的菌种富集与启动

　　以粪便为原料的厌氧消化器，可利用原料本身进行菌种培养，可用单一的马粪、牛粪、猪粪或几种粪便的混合物进行培养富集，切忌用鸡粪和人粪便做培菌启动。

　　选用前处理工序的酸化升温池为培菌富集贮池。将收集到的厌氧活性污泥投入池内，再将发酵用的新鲜畜粪稀释，并除掉其中的大块杂物，按60%的干物质浓度控制稀释用水量，按池容量的80~90%配装，并加盖塑膜逐渐升温。中温运行工程升温到35~38℃；常温运行工程升温到25~28℃。含有菌种的料液每日升温不宜超过2℃。在保证培菌温度的情况下，每次培养5~7d。在此期间，在适中位置取样检测，pH值应为7.0~7.5，乙酸量≤1000mg/L。当贮池液体表面呈黑褐色，并有大量气泡产生时，把气泡收集起来移到安全场所点燃，其火焰呈浅蓝色或蓝中略带红色，此时收集的气体中CH4含量≥50%。这时，可将池中2/3的菌液泵入厌氧消化器；然后，再重复上述做法进行培菌富集，对新入池的料液要做适当搅拌。

　　厌氧消化器内有一定量的菌种之后，便以消化器里的菌液作接种物进行培菌富集，每次调配进料液与接种液之比为2:1。在预处理阶段，控制新进料液的干物质浓度在6%左右。中温运行工程，进料温度控制在38℃；常温运行的工程，进料温度控制在28℃。进料后立即搅拌，并保证正常运行温度。当消化器中料液的pH值>7.0，所产沼气中CH4含量≥50%时，可依次接续地进行第2批、第3批富集，扩大培养，直至充满消化器。

　　2）以工业有机废水为原料的菌种富集与启动

　　以工业有机废水为发酵原料的培菌富集和启动运行的正常厌氧发酵参数值：pH值为6.8~7.5；高温运行温度为(54±1)℃，中温运行温度为(35±1)℃，常温运行温度为15℃以上，COD去除率为80%以上；沼气的CH4含量≥50%，其火焰为蓝色。不论是富集菌种，还是启动运行，都需要人为创造条件，使之达到正常运行的最佳参数。

　　一般选用相同生活环境的活性污泥作为接种物，上流式厌氧污泥床消化器宜采用颗粒污泥接种。固态厌氧接种污泥在进入消化器前应加水稀释，经滤网滤去大块杂物后方可泵入消化器。首次投加接种污泥量不足厌氧消化器容积的30%时，可采用分批培养法或连续培养法扩大培养。为加快培菌启动速度，可将所进料液先经过水解酸化（也成熟化），用连续膨胀法扩大培养，来完成培菌富集和启动投料。

　　如气密性试验的清水保留在消化器里，可将其水位降至正常溢流液面的80%，正常升温至工程运行温度；如果罐内有菌种存在，每日升温不宜超过2℃。将新进料液的COD含量4000~5000mg/L，逐步按接种物与原料量之比为2:1,1:1,1:2来调配进料，每次进料后，稳定5~7d，再按着第1个、第2个调配比例进料，还可以重复上次调配比例进料。每次进料调配比的选取，取决于消化器内料液是否在正常厌氧消化参数范围内。当接种物随配新料液投完之后，可进入半连续投料阶段，即进料按厌氧消化有机质负荷每次增加0.5kg/(md)计算，逐渐增多直至厌氧消化罐溢流为止。

　　无论是采用哪种方式进行培菌、启动和运行，都必须保持酸化和甲烷化的平衡，也就是通过取样监测，控制pH值在6.8~7.5，出水COD去除率在80%以上，沼气中含量>50%。满足以上3个条件方可提高进料负荷，直至达到工程的设计运行负荷要求。厌氧发酵启动时，应采取措施，将厌氧消化器、输气管路及储气柜里的空气用氮气或二氧化碳气体置换出去。

　　沼气工程建设项目经过单体分段验收合格和全系统竣工验收合格，确认了系统不渗水、不漏气、管路畅通、压力满足设计要求和单机运转正常，并且测温、测压等仪表和pH计显示清楚、灵敏准确，即可进入工程的培菌启动和正常运行管理阶段，未经竣工验收的工程绝不可投料运行。

　　二、消化系统的重新启动

　　在系统运行3~5年后需要进行一次全面的检修，此时，消化罐的污水和污泥需全部排出。待检修完毕后，沼气站整个系统需要重新启动。

　　1、制定启动方案

　　工程启动前，要制定工程启动实施方案，并在实施中根据现场情况及污水处理工况及时调整启动运行方案。

　　2、调试和检验

　　系统重新启动后，首先对沼气发酵装置和系统要进行水密性和气密性的耐压试漏检查，先对单体装置进行检查，之后是系统合并检查；对运转设备需进行单机试运转试验，待单价试验合格后，再进行设备的联动试运转，只有当联动试运行合格后，才能进行工程调试运行；对测压、测温、pH计等仪表单体检查；对管道阀门开关畅顺情况检查。遇到问题在启动之前排出故障，以保证工程正式启动的顺利进行。

　　3、选取接种物

　　根据工程单体发酵容积的大小，选取足量较好活性的接种物。厌氧发酵装置新排出的脱水污泥活性较好；接种污泥量是越多越好，一般情况接种量是发酵有效容积的1/10-1/3，不足者可以逐渐富集到这个量。具体方法：在已验收的集水池内放入一定量的厌氧污泥，再加入经稀释后需处理的污水，刚开始富集时，浓度不宜过高，根据发酵情况（一般控制：在池表面有大量的沼气气泡产生，说明发酵情况良好），再加入新鲜需处理的污水，污水浓度可逐步提高，并经常加以搅拌，直至满足启动时所需的污泥量为止。

　　4、厌氧消化罐的启动

　　系统的启动首先是厌氧发酵装置的启动。要明确正常厌氧发酵的参数值为：pH在6.8~7.5之间；运行温度30~35℃；COD去除率为80%；生产沼气甲烷含量50%以上，沼气火焰为蓝色。启动运行时，人为创造条件，使之达到正常运行的最佳参数。

　　启动时，不需要追求严格的厌氧条件，水中的溶解氧会很快被种泥中的兼性厌氧菌消耗并形成严格的厌氧环境。启动时所进的料液宜为经熟化的料液（畜禽污水经1~2天水解酸化，即可认为料液已经熟化）。在进行发酵装置启动时，如装置内让有一定量的清水，更有利于厌氧装置的启动。进料浓度不宜过高，一般进料浓度控制在2~3%；进料量不宜过大，根据启动时菌种量进行调节，启动时进料量控制在正常进料量的5~10%左右，并采用少量多次的进料方法；同时加大循环量，只有当发酵装置内料液的pH和产气情况正常时，才能加入新的料液。在启动初期，打开沼气的放空阀，前期产生的沼气全部排放。待罐内沼气含量较高，沼气管中排出的沼气能够燃烧时则可以收集。

　　5、启动期间的组织管理

　　工程启动能否顺利成功，启动期间的组织管理很重要。在制定启动方案的基础上，要对员工进行运行培训，或是请进来或走出去。要组织专人负责监测相关数据，和认真记录每天工作情况及发生的一切现象。进料必须准确记录进料时间和进料量；进料和排出料液以及发酵罐内料液的pH和温度等。在没掌握正常运行规律的情况下，除了监控上述参数以外，还必须监测上述环节的COD含量和产气的甲烷含量。用上述参数的变化曲线，预测发酵的发展趋势，制定进料方案包括进料量、进料的pH和温度等。

　　三、消化系统的运行管理

　　启动后，厌氧消化系统管理的基本要求在于通过控制各项工艺条件，使消化器稳定运行。只有稳定运行的消化器才会有高的运行效果。不稳定情况的出现，常常由于操作人员控制上的疏忽，如进料量过多或过少，温度骤然升高或下降等；或因控制条件以外的原因，如停电、停水、进水浓度大幅波动，进水中混入强酸、强碱、农药、抗菌素等有毒物质。因此，除日常运行坚持正常控制各种运行条件外，还要随时注视消化器内酸化与甲烷化的平衡，及早发现问题并迅速予以纠正。

　　1、酸化与甲烷化的平衡

　　酸化与甲烷化的失调，主要因为酸化细菌的繁殖速度远远高于甲烷化细菌的繁殖速度。失调的具体表现是：发酵液挥发酸浓度升高，pH下降；沼气产量明显减少，沼气中CO2含量升高，CH4含量下降；出水COD浓度升高，悬浮固体沉降性能下降。

　　上述三个方面如能经常进行检查，均可较早发现不平衡现象的出现。经验表明，测定有机酸的组成，可以预报可能发生的事故。在一般情况下，有机酸是由95%的乙酸和5%的丙酸组成的，而丁酸和戊酸含量很少。如果丁酸、戊酸含量上升，就预示着设备超负荷。在检查丁酸含量的办法可以在24小时之间预告可能发生的事故，这就给操作人员以足够的时间防止事故发生。

　　根据观察测定，一经发现不平衡现场，就应按一下步骤采取相应的措施：

　　1）控制有机负荷，保持或调节发酵液的pH在6.8以上。首先要减少进料量以至暂停进料来控制有机负荷，这样有机酸会逐渐被分解，使pH回升。如果pH已降至6.5以下，则沼气产量严重下降，停止进料后pH仍不能恢复，可加中和剂调整pH至6.8.这样可以避免不平衡状态的进一步发展，而且还可以使消化作用在短期内恢复平衡。

　　2）确定不平衡的原因，以便采取相应措施。如果控制有机负荷后，短期内消化作用恢复正常，说明不平衡主要由超负荷所引起。如果控制负荷并调节pH后，消化作用仍不正常，则应检查进料中是否含有毒性物质。

　　3）排除进料或消化液中的有毒物质，可用稀释进料的方法降低有毒物质浓度，或添加某种物质使有毒物质中和或沉淀。

　　4）如果pH下降或中毒情况严重，短期内又难以排除，则应考虑重新启动。

　　2、污泥持流量的调节

　　厌氧消化器保持足够的污泥量，是保证消化器运行效率的基础，但经较长时间运行后，污泥持流量过度时，不仅无助于提高厌氧消化效率，相反会因污泥沉积使其有效容积缩小而降低效率，或者因易于堵塞而影响正常运行，或因短路使污泥混合情况变差，使出水中带有大量污泥。因此，当消化器运行至该时间阶段后就应适时、适量地排泥，使污泥沉降的上平面，保持在溢流出水口下0.5~1.0米的位置，这样既可以保证水利运行的畅通，又可以使悬浮污泥有沉降的时间。

　　排泥的方法多从底部排泥管排出，由于活性的沉渣和少量的泥砂沉淀于消化器底部，长期堆积占据消化器空间而无功效，应经常将其排出。一般每隔3~5天排放一次，每次排放量应视污泥在消化器内积累高度而定。如果长期不排除沉淀污泥，会使排泥管堵塞，特别是在原料内含砂砾较多的时候，从启动开始就应经常排泥，洗刷排泥管，保证管道畅通，一旦砂砾沉积造成排泥管堵塞，再想排泥十分困难。启动阶段，沼气池内污泥量不足时，排出的污泥沉砂后可回流入沼气池内。

　　3、搅拌的控制

　　搅拌的目的主要是为了增加微生物与原料的接触，在厌氧消化罐内，由于进料的冲击及所产生沼气的逸出形成了一些搅拌作用。因此，在厌氧消化过程中一般不需要连续搅拌，在升流式消化罐内一些沉降性能良好的原料，则不需要搅拌，一些易悬浮生成结壳的原料则需要每天定时搅拌几次以打破结壳，并使浮渣逐渐分解而沉降。

　　UASB不需要搅拌，CSTR如无浮渣结壳现象也不需要搅拌，一些常规消化器一般不需要连续搅拌，特别是在出料时应尽量使发酵原料保持自然沉降状态，这样可以延长SRT和MRT因而获得较高的消化率。

　　湖南汨罗市酒厂，在升流式消化器的半连续投料运行时，为了避免进料冲击及进料引起的气体释放而形成的较强搅拌作用，采用先出料后进料的方法，获得了较高的产气率。西北农林科技大学生态养殖场大中型沼气工程沼气站采用的是CSTR工艺，原料是人、猪粪等易于消化的物质，不需要连续搅拌，只是采用水流循环进行间歇性地搅拌，使微生物分布更加均匀，增加产气量。

　　（来源：沼气圈）