厌氧消化主要影响因素——污泥成分

（1）有机物的成分与产气量

城市污水处理厂的污泥的主要成分有碳水化合物、蛋白质和脂肪等三类有机物质，污泥产生的沼气量及其中甲烷的含量会随着污泥的种类不同而发生较大变化。污泥的组成一般决定着污泥产生量的大小。德国采用污泥中的脂肪含量作为气体产生量的指标。表4-8、表4-9表示污泥成分与气体产生量之间的关系。

由表4-10可知，气体发生量按脂肪、碳水化合物、蛋白质的顺序由大到小。一般脂肪增多，气体发生量增加，气体的发热量也提高。由表4-10可见，与发达国家相比，我国污泥的碳水化合物含量高，脂肪的含量低。

（2）有机物含量与分解率

在污泥厌氧消化过程中常用有机物的分解率作为消化过程的性能和气体发生量的指标。图4-11表示在中温消化过程中生污泥的有机物含量与分解率的关系。在消化温度、有机物负荷都正常的情况下，有机物分解率受污泥中有机物含量的影响，所以，要增加消化时的气体发生量，重要的是使用有机物含量高的污泥。

（3）碳氮比（C/N）

碳作为能量供给的来源，氮则作为形成蛋白质的要素，对微生物来说都是非常重要的营养素。厌氧菌的分解活动受被分解物质的成分，尤其是C/N值的影响很大。用含有葡萄糖和蛋白胨的混合水样所做的消化试验表明，当被分解物质的C/N值为12～16时，厌氧菌最为活跃，单位质量的有机物产气量也最多。如果C/N值太高，消化液缓冲能力低，pH值容易降低。C/N值太低，pH值可能上升到8.0以上，铵盐要积累，抑制消化过程。各种污泥的碳氮比如表4-10所列。通过将贫氮原料与富氮原料进行适当的配合来形成有适宜碳氮比的混合原料。

充足的原料是产生甲烷的物质基础，在厌氧消化工艺中，产酸细菌和产甲烷菌生长所需营养由污泥提供。根据实际观察，蛋白质含量多的污泥与碳水化合物含量多的菜屑、落叶等混合一道消化时，比它们分开单独消化时的产气量显著增加，这可能是因为C/N值低的污泥与C/N值高的有机物混合后，使厌氧菌获得了最佳C/N值的缘故。生物处理过程中产生的污泥，尤其是剩余活性污泥，如果单独进行消化是非常困难的，这种消化过程通常只能得到初沉污泥一半的产气量。难于消化的原因是这些污泥已经受过一次好氧微生物的分解，其C/N值大约只有4.8，这个数值大大低于最佳值。但是将这些污泥与初沉污泥混合在一起则易于消化，估计就是因为C/N值上升的缘故。

（4）污泥种类

污水处理厂所产生的污泥有初沉污泥和剩余污泥。

1）初沉污泥　

初沉污泥是污水进入曝气池前通过沉砂池时，非凝聚性粒子及相对密度较大的物体沉降、浓缩而形成的。作为基质来讲，同生物处理的剩余污泥有很大的区别。初沉污泥浓度通常高达4%～7%，浓缩性好，C/N比在10左右，是一种营养成分丰富，容易被厌氧菌消化的基质，气体发生量也很大。表4-11表明，与剩余污泥相比，初沉污泥容易消化基质的含量多，所以有机物分解率高，气体发生量大。这说明初沉污泥所含的有机物组成与剩余污泥不同，而与表4-9所列脂肪多的污泥接近。

2）剩余污泥　

最终沉淀池的剩余污泥是以好氧细菌菌体为主，作为厌氧菌营养物的C/N比在5左右，所以有机物分解率低，分解速度慢，气体发生量特别少。

（5）有毒物质

污泥中含有毒物质时，根据其种类与浓度的不同，会给污泥消化、堆肥等各种处理过程带来不同影响。由于处理厂的污泥数量与成分经常变化，为了及时发现有毒物质的危险含量，必须进行长期的观察。对于有毒物质的容许限度有很多不同看法，如有毒物质的容许限度是指由一种物质，还是同时存在几种毒物或是这些毒物混入的频度来决定。

单纯的生活污水污泥，其特殊的有毒物质含量不会超过危险限度。但是，由于汽车数量的急剧增加和采暖设备用油，致使一般生活污水中的含油量或含油物质增加。消化池中含油分的物质产生浮渣、泡沫，容易使运行操作出现故障。通常，流入处理厂污水中的合成洗涤剂约有10%与污泥一道进入消化池，这不仅会产生泡沫，而且还会妨碍污泥的生物消化作用。

单纯的工业废水污泥，通常只要从废水的来源就很容易知道是否含有有毒物质。但是，困难在于城市污水污泥中多少含有一些工业废水污泥的时候，特别是从许多小型企业排出的废水或污泥中有毒物质不易确定。这时，不仅要确定有毒物质是否存在，而且要查清这种有毒物质的来源，从而防止其排放。为此，需要进行系统的调查。当污泥中有有毒物质存在时，有毒物质会抑制甲烷的形成，导致挥发性酸的积累和pH值的下降，严重时会使消化池无法正常操作。

所谓“有毒”是相对而言，事实上任何一种物质对甲烷消化作用都有两方面的作用，既存在产甲烷细菌生长的促进作用，也存在产甲烷细菌的抑制作用，其关键在于浓度的界限（毒阈浓度）。表4-12列出了常见无机物对厌氧消化的抑制浓度，而表4-13则列出了使厌氧消化活性下降50%的一些有毒有机物浓度。

1）重金属离子对甲烷消化的抑制作用　

在消化液中添加少量的钾、钠、钙、镁、锌、磷、锰等元素能促进厌氧反应的进行，主要是因为钙、镁、锰等二价金属离子是酶活性中心的组成成分，其中锰、锌离子还是水解酶的活化剂，能提高酶活性，促进反应速度，有利于纤维素等大分子化合物的分解。但过量的金属离子对甲烷发酵有抑制作用，主要表现在如下2个方面。

① 与酶结合，产生变性物质，使酶的作用消失。如与酶中的硫基及氨基、羟基、含氮化合物相结合时，使酶系统失去作用。

② 重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。但其毒性可以用络合法降低，如锌Zn的浓度为1mg/L时，加入Na2S，产生ZnS沉淀，毒性即可被降低。

2）阴离子的毒害作用　

主要是S2-。S2-的来源有两种。

① 由无机硫酸盐还原而来。

② 由蛋白质分解释放出S2-低浓度硫是细菌生长所需要的元素，可促进消化反应进程，且硫可与重金属络合形成硫化物沉淀。若重金属离子较少，则消化液中过多的H2S将被释放进消化气中，降低沼气质量并腐蚀金属设备（管道、锅炉等），降低CH4的产量。

3）氨的毒害作用　

氨的存在形式有NH3（氨）与N[插图]（铵），两者的平衡浓度取决于pH值。