加溫加堿預處理對污泥厭氧消化產氣量影響研究

陳 曦， 李金河， 聶英進， 劉寶玉， 張軼凡， 侯漢宗

（天津創業環保集團股份有限公司，天津 300381）

我國目前常用的污泥處理方法有厭氧消化、好氧消化和污泥堆肥，其中厭氧消化技術因具有占地面積少、安全性高、處理效率高、能量回收多等優點，已成為污泥無害化、穩定化、減量化、資源化處理的關鍵技術之一。在厭氧消化過程中為了實現剩余污泥資源回收最大化，必須充分將污泥細胞內有機質釋放出來，而細胞膜壁的剛性結構對實現這一目標提出了不小挑戰。污泥破壁或溶胞技術為減少水力停留時間、降低厭氧消化設備體積、提高厭氧消化性能做出了突出貢獻，其中超聲波、堿解、熱水解、微波輻射、臭氧氧化及多種技術的組合等均被研究證明是行之有效的污泥厭氧消化預處理技術[1]。預處理可以有效實現厭氧消化有機質的水解，經各種預處理方法后剩余污泥厭氧消化產氣量的大小關系：熱處理＞微波處理＞堿處理＞酶處理＞控制樣[2]。

天津市津南污泥處理廠目前采用高效厭氧消化+板框脫水+干化工藝處理污泥。由于各污水廠改造提標，進泥的有機份較低，僅為52%左右；導致產氣量不足，制約了污泥熱干化工藝的正常運行。為增強產氣量，本文采用加溫和加堿預處理技術對污泥處理廠的進泥進行試驗，為實際工程提供技術參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

污泥取自津南污泥處理廠調配后污泥，含水率約為91%，pH 值7～7.5。厭氧消化試驗采用BMP 裝置，單罐容量500 mL，消化溫度37 ℃，消化時間為11～15 d。

1.2 加溫處理對污泥產氣的影響

調配污泥分別在40、50 ℃下預處理1 h 后，在37、40 ℃下進行厭氧消化，考察產氣結果。

1.3 加堿對污泥產氣的影響

調配污泥分別添加NaOH 和Na2CO3，通過添加不同濃度的兩種物質考察其對污泥產氣的影響。

2 結果與討論

2.1 加溫處理對污泥產氣的影響

污泥廠厭氧消化實際生產工況為37 ℃，加溫預處理后的產氣量見圖1。

圖1 不同加溫處理后的產氣效果

從圖1 看出：40 ℃預處理、37 ℃消化的污泥產氣效果要好于不處理；50 ℃預處理、37 ℃消化產氣效果很差，而50 ℃預處理對40 ℃消化污泥的產氣影響不太大。由此看來40 ℃是中溫厭氧消化菌群和高溫厭氧消化菌群的分界線；不經過預處理，40 ℃時污泥厭氧消化產氣最多，比37 ℃時增加25.60%，其次是50 ℃預處理后40 ℃消化，產氣效果比37℃時增加24.84%。總體來看溫度升高到40℃以上對厭氧消化增強產氣是有幫助的。

考慮到污泥消化溫度50 ℃以上為高溫厭氧消化，所以將溫度提高到42、47 ℃，考察產氣情況，見圖2。

圖2 不同消化溫度產氣效果

從圖2 看出：消化溫度為42、47 ℃時的污泥產氣量都有增加，增加量分別為28.37%、37.52%，消化溫度為47 ℃時污泥產氣的增加量更多。升高消化溫度有利于污泥產氣，但是升高到47℃，并比42℃多很多，從生產實際角度講可以將消化溫度工況控制在40～42 ℃，有利于達到能源的平衡。

2.2 加堿對污泥產氣的影響

在污泥中分別添加 0.1、0.5 gNaOH 和 Na2CO3，考察產氣情況，見圖3-圖4。

從圖3 和圖4 看出：添加0.1 gNa2CO3沒有增加產氣量；添加0.5 gNa2CO3對增加產氣有幫助，產氣率和產氣量均有提高，產氣總量比空白對照提高12.95%；但是添加NaOH 不是對產氣沒有幫助，11 d 后添加NaOH 的產氣速率開始提高，比空白組及添加Na2CO3時的最高值還高，說明NaOH 添加量超量，造成初始pH 值過高對產氣階段的甲烷菌有影響，從而在開始階段抑制產氣，直到產酸階段pH 值開始下降至產甲烷菌的合適pH值時開始產氣。

圖3 不同堿處理產氣效果

圖4 不同堿處理每日產氣速率的變化

考慮到NaOH 的堿性更強，添加量要比Na2CO3小很多，從經濟角度講更合理，所以考察NaOH對產氣的影響。

分別添加1%、2%、3%、4%、5%的NaOH，對比12 d后污泥產氣情況，見圖5。

圖5 不同加堿量產氣效果

從圖5 看出，加堿處理后的污泥的產氣量有所提高，最高的為添加量為5%時，較空白組高出9.03%。

3 結論

1）加堿處理、升高消化溫度都可有助于提高產氣。

2）由于堿處理會增加運行成本，所以升高消化溫度更適合于生產運行。