低溫熱水解提高污泥厭氧消化性能的研究

2014-06-15 18:46:14劉巍蒲文晶饒輝凱苗磊鐘大輝莊立波呂利民

油氣田環境保護 2014年2期

劉巍蒲文晶饒輝凱苗磊鐘大輝莊立波呂利民

（中國石油吉林石化公司研究院）

低溫熱水解提高污泥厭氧消化性能的研究

劉巍蒲文晶饒輝凱苗磊鐘大輝莊立波呂利民

（中國石油吉林石化公司研究院）

先將剩余污泥進行低溫熱水解預處理，其后測定生物化學甲烷勢（BMP）來研究熱水解對剩余污泥厭氧消化性能的影響。結果表明：污水廠剩余污泥經低溫熱水解處理可使污泥固體溶解和水解，從而提高剩余污泥厭氧消化性能。最適宜的熱水解條件為70℃，24 h，此時剩余污泥TCOD去除率由18%提高到30%，熱水解處理后沼氣產量提高63%。

污泥；減量；低溫熱水解；厭氧消化

0 引言

污泥厭氧消化是應用最為廣泛的污泥減量工藝，可使最終需要處置的污泥體積減少30%～50%［1］，并產生能量，消化完全時可以消除惡臭，殺死病原微生物，消化污泥容易脫水。但剩余污泥的大部分碳素都包裹在微生物的細胞壁內，不易成為厭氧消化的良好碳源，這使得傳統的污泥厭氧消化工藝不僅效率低，而且停留時間長。為克服傳統污泥厭氧消化工藝消化速率慢、停留時間長、處理效率低的缺點，在污泥厭氧消化前進行預處理，提高污泥厭氧消化速率已成為研究的熱點［1-3］。

本文研究了低溫熱水解預處理技術，探討了低溫熱水解對污泥厭氧消化性能的影響，確定了最合適的低溫熱水解條件。該技術能有效提高甲烷產量，有利于能源的回收利用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

剩余污泥取自某污水處理廠回流井回流污泥，剩余污泥取回后置于實驗室沉淀24 h排去上清液備用。

厭氧菌種來自某污水廠生活污泥厭氧消化后消化污泥。

1.2 試驗裝置

低溫熱水解試驗：恒溫水浴振蕩器，最高溫度99℃。

生物化學甲烷勢（BMP）試驗裝置見圖1。

圖1 BMP試驗裝置

1.3 試驗方法

低溫熱水解試驗方法：剩余污泥沉淀24 h后，棄去上清液，分別取400 m L置于四個三角瓶中，在60，70，80℃的條件下分批進行熱水解。每一溫度系列設定的熱水解時間分別為8，24，48，72 h，到達預設定的時間后取出一個反應瓶，分析溶解性化學需氧量（SCOD）和揮發性脂肪酸（VFA）。

BMP測定程序［3］：

①厭氧菌種馴化：取150 mL厭氧菌種置于250 mL血清瓶中，在恒溫水浴槽內35℃的條件下振蕩培養，每天以6%的投配率用剩余污泥進行置換，用堿液吸收法收集甲烷。

②取50 m L經厭氧馴化后的接種污泥加入到125 m L血清瓶中，再加入50 m L待測污泥，同時取50 m L經厭氧馴化后的接種污泥作空白樣。

③在連接氣路前用氮氣吹洗反應瓶1 min以驅除反應瓶中的剩余空氣，然后迅速用膠塞密封瓶口。

④將反應瓶置于35℃的環境下進行培養。每日分別記錄泥樣和空白樣的CH4產量，直至產氣停止。CH4氣體采用排堿液法用量筒收集。所用堿液為3 mol／L NaOH溶液。當沼氣通過強堿溶液時，其中的CO2轉化為碳酸鹽被溶液吸收，只有CH4氣體可以通過溶液，通過記錄量筒刻度的變化計算每日CH4產生量。

1.4 分析方法

COD采用GB／T 11914-89《水質化學需氧量的測量》的重鉻酸鉀法；VFA采用五點滴定法。

2 試驗結果與討論

2.1 低溫熱水解對剩余污泥化學性質的影響

剩余污泥分別在60，70，80℃條件下經過8，24，48，72 h的熱水解，經熱水解后SCOD和VFA的變化趨勢見圖2、圖3。

圖2 剩余污泥各條件下SCOD的變化

圖3 剩余污泥各條件下VFA的變化

從圖2可看出，溫度對熱水解效果的影響規律是：80℃和70℃明顯好于60℃，而80℃與70℃的效果相差不大。時間對熱水解效果的影響規律是：隨熱水解時間延長SCOD逐漸從剩余污泥中溶出，SCOD在熱水解作用的前8 h溶出速率較快，8 h后溶出速率緩慢。

圖3顯示VFA隨熱水解時間延長逐漸增加，表明在熱水解的作用下，污泥中的大分子有機物逐漸水解為低分子有機酸。綜合考慮熱水解后SCOD和VFA的變化情況，確定最佳熱水解條件為70℃，24 h。

2.2 剩余污泥經低溫熱水解對厭氧消化性能的影響

BMP的值可間接表示在厭氧消化過程中被降解有機物的數量，通過測定剩余污泥熱水解前后的BMP研究熱水解對厭氧消化性能的影響。BMP試驗共分兩階段：第一階段為厭氧菌種馴化，第二階段為BMP測試階段。

2.2.1 厭氧菌種馴化

厭氧菌種馴化期間甲烷日產氣量見表1。

表1 甲烷每日產量m L

從表1可看出：11月8日～11月11日期間產氣量逐漸增多。11月12日～11月18日期間產氣量穩定，表明已完成污泥馴化。

2.2.2 BMP測試結果

試驗過程中累計甲烷產量變化趨勢見圖4。

圖4 剩余污泥熱水解前后累計甲烷產量

從圖4可看出，兩個樣品在接近18 d時累計產氣量已不再增大，這表明：BMP試驗中能降解的有機物在18 d內已經完全降解。剩余污泥累計產氣量66.3 m L，熱水解污泥累計產氣量108.1 m L。剩余污泥經熱水解處理后累計產量增加41.8 m L。由累計產氣量可計算出剩余污泥和熱水解剩余污泥的日產氣量，見圖5。