溶氧、進(jìn)泥濃度對(duì)自熱式高溫好氧消化中試工藝污泥減量的影響

魏吶+葉松+張志宏+程偉+張英筠

摘 要：污泥高溫好氧消化工藝中，溶解氧、進(jìn)泥濃度是重要控制參數(shù)。設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATAD工藝污泥好氧消化處理的最佳工藝運(yùn)行參數(shù)是：初始污泥量為6%，曝氣強(qiáng)度為35（L/h），攪拌轉(zhuǎn)速為120rmp。以工藝參數(shù)為技術(shù)條件，經(jīng)100L規(guī)模的生物降解污泥的中試驗(yàn)證，消化后的污泥VSS降解率均在54%左右，其他各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：初始污泥量；曝氣強(qiáng)度；攪拌轉(zhuǎn)速；VSS降解率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.020

污泥高溫好氧消化工藝通常將溶解氧視為重要控制參數(shù)之一，通常是適時(shí)調(diào)整攪拌槳的轉(zhuǎn)速和增加曝氣量來(lái)滿足高溫消化體系對(duì)氧的需求[1，2]。當(dāng)消化過(guò)程中溶氧過(guò)小，將導(dǎo)致硫醇等惡臭氣體大量產(chǎn)生并釋放。增加溶氧將有利于污泥中有機(jī)物的快速降解，但過(guò)高的溶氧導(dǎo)致大量氣體排放而使系統(tǒng)散熱過(guò)快，不有利于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)體系的自熱高溫狀態(tài)。污泥自熱高溫好氧消化工藝通過(guò)提高進(jìn)料污泥的固體物濃度來(lái)保證有機(jī)物氧化分解釋放足夠的熱量，維持消化體系的自熱高溫狀態(tài)[3]。進(jìn)料污泥濃度較高時(shí)，生物代謝過(guò)程所釋放的熱量相應(yīng)增加，反應(yīng)器所達(dá)到的溫度也將更高，加快VSS降解速率，有利于污泥的減量化處理，但污泥濃度過(guò)高時(shí)，污泥粘度會(huì)影響攪拌效率[1]。當(dāng)污泥濃度過(guò)高時(shí)，微生物需要的氧多，由于攪拌效率低，氧傳遞效率低，好氧菌活性差，對(duì)反應(yīng)體系物料的充分?jǐn)嚢杓把醯挠行Ю玫犬a(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致消化體系溫度較低，VSS降解速率緩慢。因此，本研究采用自行設(shè)計(jì)的一套自熱式高溫好氧消化ATAD反應(yīng)裝置，考察了不同曝氣強(qiáng)度、攪拌速率、污泥濃度等對(duì)污泥消化關(guān)系密切的因素對(duì)污泥減量化對(duì)VSS去除率的影響，從而獲得了高溫好氧消化污泥的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 供試污泥

采自天津市紀(jì)莊子污水處理廠

1.2 菌種

菌種來(lái)源：天津市工業(yè)微生物研究所菌種保藏中心。

1.3 培養(yǎng)基

液體培養(yǎng)基：牛肉膏5.0g，蛋白胨 10.0g，NaCl 5.0g，水1000mL，pH=7.0， 滅菌條件：121℃、30min。

1.4 儀器與設(shè)備

自熱式高溫反應(yīng)器：由天津市工業(yè)微生物研究所自主研發(fā)設(shè)計(jì)提供

1.5 檢測(cè)項(xiàng)目

VSS的去除率：參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》等標(biāo)準(zhǔn)或方法，測(cè)試時(shí)均采用 3 次平行測(cè)試，記錄波動(dòng)范圍，并取中間值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

1.6 實(shí)驗(yàn)方法

按照復(fù)合嗜熱菌接種量10%，反應(yīng)初始溫度65℃，處理時(shí)間6天的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，測(cè)定在優(yōu)勢(shì)嗜熱菌劑結(jié)合自熱式高溫反應(yīng)器好氧消化污泥過(guò)程中，不同曝氣強(qiáng)度、攪拌速率、污泥濃度等對(duì)VSS去除率的影響，得到最佳的攪拌轉(zhuǎn)速、曝氣量和污泥含量。

以上述研究得到的最佳工藝參數(shù)為技術(shù)條件，對(duì)天津市紀(jì)莊子污水處理廠提供的污泥進(jìn)行100L規(guī)模的生物降解污泥的中試實(shí)驗(yàn)。共進(jìn)行3批次的運(yùn)行試驗(yàn)，檢測(cè)消化后的污泥VSS去除率。

2 結(jié)果與分析

2.1 曝氣量、攪拌轉(zhuǎn)速和污泥濃度等因素的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

污泥高溫好氧消化工藝中，通過(guò)改變攪拌槳的轉(zhuǎn)速和增加曝氣量來(lái)滿足高溫消化體系對(duì)氧的需求，但過(guò)高的溶氧導(dǎo)致大量氣體排放而使系統(tǒng)散熱過(guò)快，不利于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)體系的自熱高溫狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)提高進(jìn)料污泥的固體物濃度來(lái)保證有機(jī)物氧化分解釋放足夠的熱量，維持自熱高溫狀態(tài)，但過(guò)高的污泥濃度，使污泥粘度增加且攪拌效率低，導(dǎo)致氧的擴(kuò)散程度小，好氧菌活性差。因此，將嗜熱菌投加到自主設(shè)計(jì)的ATAD工藝裝置中，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)考察了不同曝氣強(qiáng)度、攪拌速率、污泥濃度等對(duì)污泥消化關(guān)系密切的因素對(duì)污泥穩(wěn)定化過(guò)程VSS去除率的影響。因素設(shè)計(jì)如表1所示。

2.2 曝氣量、攪拌轉(zhuǎn)速和污泥濃度對(duì)VSS去除率的影響

曝氣量、攪拌轉(zhuǎn)速和污泥濃度等因素的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，從表中的數(shù)據(jù)中可以看出，第6組實(shí)驗(yàn)組合A2B3C1的HC轉(zhuǎn)化率最高。由表3方差分析結(jié)果知，主次水平分別是A、B、C，最佳搭配是A2B3C1，即采用曝氣強(qiáng)度35（L/h）、攪拌轉(zhuǎn)速120rmp、6%的污泥添加量的發(fā)酵條件進(jìn)行污泥好氧氣消化，VSS的去除率最高。

以實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本確定的工藝參數(shù)為技術(shù)條件，將嗜熱菌投加到自主設(shè)計(jì)的ATAD工藝裝置中，對(duì)污泥進(jìn)行100L規(guī)模的生物降解污泥的中試實(shí)驗(yàn)。共進(jìn)行了3批次的運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了消化后的污泥VSS的降解率均在54%左右，其他各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)嗜熱菌的特點(diǎn)，利用自熱式高溫ATAD反應(yīng)器，考察了不同條件對(duì)污泥消化效果的影響，經(jīng)100L規(guī)模的生物降解污泥的中試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定了曝氣強(qiáng)度35（L/h）、攪拌轉(zhuǎn)速120rmp、6%的污泥添加量對(duì)ATAD工藝污泥好氧消化處理的最佳工藝運(yùn)行參數(shù)。為有效減量我國(guó)的剩余污泥、促進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，提供了一套高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的處理工藝方案。

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[2]史彥偉，鐘瓊，李小明等.S-TE污泥好氧減量技術(shù)的研究與應(yīng)用[[J].中國(guó)給水排水，2006，22（18）：16-20.

[3]李鴻江，顧瑩瑩，趙由才.污泥資源化利用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010：1-30.

作者簡(jiǎn)介：魏吶（1970-），男，本科，副高級(jí)工程師，研究方向：污水處理。