机理

污泥消化工艺有厌氧消化和好氧消化两种。

厌氧消化

最常用的处理工艺。在厌氧条件下，兼性厌氧菌将污泥中的碳水化合物、蛋白质和脂肪等，转化为有机酸等结构简单的有机物，pH值下降到6左右，这一过程称为酸性发酵阶段。然后，由专性厌氧的甲烷菌将有机酸等转化为甲烷和二氧化碳等（总称污泥气），pH值恢复到7以上，这一过程称为碱性发酵阶段。经过这两个阶段，泥质已稳定，其中污泥气可收集利用（参见污泥气利用）。每分解1 kg挥发性干物质，一般可产污泥气750～1 100 L。在厌氧消化过程中，通过接种消化污泥、控制污泥停留时间，即可维持pH值经常在7.2左右，从而得到所需的稳定污泥，有机物分解率一般可达50％。

影响污泥厌氧消化的因素很多，其中最重要的因素是温度。消化过程的工作温度可分为低温、中温和高温3种情况（图1）。

图1 污泥消化与温度的关系图

（1）低温（或常温）消化。工作温度为10～20℃。如在双层沉淀池污泥室中的消化过程，污泥停留时间在60 d以上。因低温消化不需搅拌和加热，所以设施和管理简单，但池的容积大，污泥气产量较少，多在规模较小的污水处理设施中应用。

（2）中温消化。工作温度为30～38℃。城市污水厂绝大多数采用中温消化，污泥停留时间约20 d左右。中温消化技术成熟，效果较好。

（3）高温消化。工作温度为50～57℃。污泥停留时间可缩短为15 d。高温消化灭活病原菌和寄生虫卵的效果最好，但管理复杂，能耗较大，污泥气产量比中温消化高出不多。高温消化多用于粪便消化，在城市污泥消化中应用不多。

好氧消化

利用好氧菌在好氧条件下的内源呼吸阶段，不补充营养，对污泥进行延时曝气，使污泥稳定的工艺。20世纪60年代以来，匈牙利和德国等国家采用这一方法，即用短时（如3 h）的活性污泥处理污水，然后将剩余污泥单独延时曝气（如曝气时间为3 d）。此法的优点是得到与厌氧消化同样稳定的污泥，池容积可减少约30％，缺点是电耗一般要增加50％～100％，且不能产生有利用价值的污泥气。

构筑物

污泥消化的构筑物统称为消化池。化粪池（又称腐化池）与双层沉淀池同属低温消化池。中温消化池一般为密闭的圆柱形（或矩形）钢筋混凝土池，内径一般为6～35 m，高5～15 m。新颖构筑物卵形中温消化池的受力情况较好，搅拌无死角，上端浮渣面积小，但施工较困难。

圆柱形消化池顶盖可为固定式（图2），也可为浮动式（图3）。浮动盖下设水封，盖可随泥面的变动而升降，始终保持池内气压大于大气压，以免空气进入池内，而与污泥气混合形成可爆气体。盖上设检修口、集气罩等；池壁设有溢流管、进泥管、取样管；池底有排泥管。消化池通常至少须设2座，消化池之间设控制间，并布置污泥泵、闸阀等。池壁外表面需敷设保温层。

图2 固定盖式消化池示意图

图3 浮盖式消化池示意图

中温消化时，原污泥温度可能低于工作温度20℃左右，池体及管路还有热损失，因此需加热。加热方式是加蒸汽于池内，也可在池外用热交换器加热。池内加蒸汽会降低污泥浓度，池子容积也要增加5％～7％。用热交换器加热，可不增加污泥体积，优于池内加热。

污泥搅拌可保持池内的污泥温度和污泥浓度均匀，是防止形成分层和浮渣结壳的措施。搅拌可提高有机物的分解率和分解速度，搅拌后池内各点污泥浓度的差异不超过10％。搅拌方式可用污泥气进行气力搅拌（气提泵、扩散器等）、水力循环搅拌和机械（旋桨、射流器等）搅拌，亦可综合使用上述几种搅拌方式。

消化池所产生的污泥气集中于池顶，由管道送至气柜贮存。如污泥含水率为 96％，则1 m³污泥可产污泥气约10～15 m³。污泥气中含甲烷达65％，而空气中含8.6%～20.8%（体积比）污泥气，即能形成可爆气体，为此必须注意防爆安全。消化池的气柜应气密，且应保持2～3 kPa的正压。与消化池有关的建筑、设施，均应遵守有关防火、防爆的规定。此外，污泥气中还含有硫化氢，在有水流的情况下，将对管道及设备产生腐蚀，一般可采用干法（常压氧化法）或湿法（喷淋法）脱硫。

消化池通常是并联使用，也可串联使用，即两级消化。两级消化的第1级消化池分解大部分有机物，其加热、搅拌、集气，均按常规消化池操作，但不排上清液，所产污泥气约占总产气量的90％。第2级消化不加热、不搅拌，可集气或不集气（用开口池），但排上清液。两级消化的优点是上清液为静态沉淀所形成，含固量低，而排泥则较浓。两级消化的总池容及耗热量均低于一级消化。