超聲與堿預(yù)處理剩余污泥中溫兩相厭氧消化★

趙純廣 畢 東 趙純洲 季曉飛

(1.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院，吉林 長(zhǎng)春 130021； 2.中慶建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

·水·暖·電·

超聲與堿預(yù)處理剩余污泥中溫兩相厭氧消化★

趙純廣1畢 東1趙純洲2季曉飛1

(1.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院，吉林 長(zhǎng)春 130021； 2.中慶建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

以北方某污水處理廠(A/O工藝)剩余活性污泥為研究對(duì)象，考察了超聲波與生石灰聯(lián)合預(yù)處理對(duì)后續(xù)剩余污泥兩相中溫厭氧消化的影響，結(jié)果表明：兩相反應(yīng)器內(nèi)污泥絮體被充分破壞，厭氧消化過(guò)程中在產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相內(nèi)，NH3-N濃度均有提高，但是沒(méi)有出現(xiàn)磷的顯著釋放。

中溫，厭氧消化，剩余活性污泥，超聲預(yù)處理，兩相

污水處理會(huì)產(chǎn)生較多污水污泥，污泥中含有大量的有害物質(zhì)，污泥處理的目的是使污泥減量化，無(wú)害化。兩相消化是根據(jù)消化機(jī)理進(jìn)行設(shè)計(jì)。目的是使各相消化池具有更適合于消化過(guò)程三個(gè)階段各自的菌種群生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境。厭氧消化可分為三種階段：水解、產(chǎn)酸及產(chǎn)甲烷階段。如采用兩相消化法，即把第一、第二階段與第三階段分別在兩個(gè)消化池中進(jìn)行，使各自都有最佳環(huán)境條件[4]。本試驗(yàn)采用超聲波和生石灰聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)強(qiáng)化污泥分解，并對(duì)預(yù)處理剩余污泥進(jìn)行中溫兩相厭氧消化，從而改善消化污泥性能，且使污泥達(dá)到減量化、穩(wěn)定化的目的。

1 試驗(yàn)部分

1)工藝流程及裝置。試驗(yàn)裝置如圖1所示，反應(yīng)器總有效容積為20.25 L，產(chǎn)酸相有效容積4.5 L，產(chǎn)甲烷相有效容積15.75 L，每天進(jìn)泥2 L，產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相均采用完全混合式反應(yīng)器。進(jìn)泥用蠕動(dòng)泵人工操作，攪拌方式采用機(jī)械攪拌，產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的消化溫度均控制在(35±1)℃。

原泥取自北方某市工業(yè)廢水處理廠UASB反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥和城市污水處理廠的初沉污泥。基質(zhì)的配制：取2 L濃縮剩余活性污泥加CaO 560 mg進(jìn)行超聲波處理1 h。在系統(tǒng)啟動(dòng)初期，COD，TS，VS，pH，VFA，氨氮、堿度等則不定期測(cè)定，以觀察反應(yīng)器的運(yùn)行情況。穩(wěn)定運(yùn)行后，每天測(cè)定以上各項(xiàng)指標(biāo)。

2)檢測(cè)項(xiàng)目及方法。主要檢測(cè)項(xiàng)目和分析方法見(jiàn)表1[5]。

表1 分析項(xiàng)目及檢測(cè)方法

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 厭氧消化過(guò)程中VS與污泥含水率變化

由圖2可見(jiàn)，經(jīng)超聲波與堿聯(lián)合預(yù)處理剩余活性污泥VS值較高，總體在15 074 mg/L～24 766 mg/L之間。當(dāng)向反應(yīng)器系統(tǒng)中投加超聲波與堿聯(lián)合預(yù)處理剩余活性污泥進(jìn)行厭氧消化時(shí)，經(jīng)過(guò)產(chǎn)酸相后VS在14 651 mg/L～22 342 mg/L之間，產(chǎn)酸相對(duì)超聲波與堿聯(lián)合預(yù)處理的剩余污泥中VS平均去除率為17.2%。當(dāng)預(yù)處理污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷相后，由圖2可見(jiàn)，VS有較大變化，整體在11 450 mg/L～17 154 mg/L之間，在40 d中預(yù)處理剩余污泥經(jīng)兩相厭氧消化后總體對(duì)VS平均去除率為32.8%。從圖中可知，預(yù)處理剩余污泥經(jīng)產(chǎn)酸相VS變化幅度較小，大部分VS是經(jīng)產(chǎn)甲烷相處理；總體對(duì)VS的去除效果較好；污泥中的有機(jī)物大量被去除，污泥將會(huì)趨于穩(wěn)定化[6]。

超聲波與堿聯(lián)合預(yù)處理剩余污泥的含水率較高，含水率約為97.7%。由圖3可見(jiàn)，經(jīng)產(chǎn)酸相處理后污泥的含水率約為95.4%；經(jīng)過(guò)產(chǎn)甲烷相處理污泥的含水率為93.8%。

2.2 厭氧消化過(guò)程中氨氮和TP

經(jīng)超聲波與堿聯(lián)合預(yù)處理的剩余污泥中TP的濃度平均為390 mg/L，由圖5可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)產(chǎn)酸相TP略有增長(zhǎng)，平均為427 mg/L。進(jìn)入產(chǎn)甲烷相后TP的濃度仍有所增加平均達(dá)到451 mg/L，總體看來(lái)經(jīng)厭氧消化TP濃度變化幅度不是很大。

2.3 pH值和堿度

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相pH值均維持在6.8～7.2之間，并維持相對(duì)穩(wěn)定的范圍，系統(tǒng)中產(chǎn)酸相均未發(fā)生酸化現(xiàn)象。

(1)

本試驗(yàn)經(jīng)預(yù)處理的污泥中，含有33%的蛋白質(zhì),根據(jù)式(1),蛋白質(zhì)降解后產(chǎn)生的NH3對(duì)于反應(yīng)體系的堿度貢獻(xiàn)較大,因此NH3對(duì)于維持反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行有重要作用。對(duì)本試驗(yàn)而言,在穩(wěn)定運(yùn)行階段,兩相厭氧消化系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷相的平均堿度(以CaCO3)為2 000 mg/L,具有較好的pH值調(diào)節(jié)能力。

兩相厭氧消化工藝pH的變化見(jiàn)圖6。

3 結(jié)語(yǔ)

[1] H.Bouallagui,M.Torrijos,J.J.Godon,et al.Two-phase anaerobic digestion of fruit and vegetable wastes:bioreactors performance[J].Biochemcial Engineering Joural,2004,21(1):193-197.

[2] 張自杰.排水工程(下冊(cè))[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[3] 國(guó)家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].第4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[4] Sebstien Michauda,Nicolas Berneta,Pierre Buffierea.Methane Yield as a monitoring parameter for the start-up of anaerobic fixed film reactors[J].Water Research,2002,36(2001):1385-1391.

[5] Zupancic G,RosM.Heat and energy requirements in thermophilic anaerobic sludge digestion[J].Renewable enerqy,2003(28):2255-2267.

[6] 付勝濤，于水利，嚴(yán)曉菊.剩余活性污泥與廚余垃圾的混合中溫厭氧消化[J].環(huán)境科學(xué)，2006，27(7)：1459-1463.

[7] 胡紀(jì)萃.廢水厭氧生物處理理論與技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[8] 張 祥.談污泥厭氧消化預(yù)處理方法[J].山西建筑，2014，40(6)：137-138.

Two-phase mesophilic anaerobic digestion of WasteActivated Sludge by ultrasonic and alkaline pretreatment★

ZHAO Chun-guang1BI Dong1ZHAO Chun-zhou2JI Xiao-fei1

(1.China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute, Changchun 130021, China；2.Zhongqing Construction Limited Liability Company, Changchun 130062, China)

Based on municipal Waste Activated Sludge(WAS) obtained from WWTP (A/O process) in north, the effects of combined pretreatment of ultrasound together with CaO were investigated on subsequent two-phase mesophilic anaerobic digestion. The results show that the sludge flocs are completely broken down in two phases by Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. NH3-N concentrations in two phases are enhanced during anaerobic digestion. However, there is no significant phosphorus release in two phases.

mesophilic, anaerobic digestion, Waste Activated Sludge(WAS), ultrasonic pretreatment, two-phase

1009-6825(2014)31-0133-02

2014-08-28★:吉林省重大科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：20040405-1)

趙純廣(1981- )，男，碩士，工程師; 畢 東(1982- )，男，碩士，工程師; 趙純洲(1988- )，男，助理工程師; 季曉飛(1985- )，女，碩士，工程師

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