預處理劑對污泥厭氧消化產氣量影響研究

陳 曦

（天津創業環保集團股份有限公司，天津300381）

厭氧消化過程中污泥細胞內有機質釋放是污泥水解酸化的關鍵[1]。污泥中的有機物主要是胞外聚合物，由高分子聚合物，如多糖、糖蛋白、核酸、脂類和腐殖酸等構成。胞外聚合物是指在特定環境下由細菌代謝分泌出的、包裹在細胞壁外的高分子聚合物。在預處理方法破解微生物細胞壁前，需要先破解胞外聚合物結構；胞外聚合物結構的破解可以提高污泥水解的速率和程度，從而提高厭氧發酵的效率，增加產氣量[2]。

天津市津南污泥處理廠目前采用高效厭氧消化工藝處理污泥。由于各污水廠剩余污泥的有機分較低，溶出有機物偏少，為了提高產氣量，本研究添加預處理劑對污泥廠的進泥進行試驗，旨在通過破壞胞外聚合物，提高有機質的轉化效率。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1）津南污泥處理廠調配后污泥，含水率為91%左右，pH值為7～7.5左右。

2）厭氧消化試驗采用BMP裝置，單罐容量500 mL。

3）預處理劑包括：四氧化三鐵、羥基氧化鐵、高鐵酸鉀、檸檬酸鈉。

1.2 試驗方法

在調配污泥中添加不同預處理劑，預處理劑和污泥的添加量為質量比1∶400，在40 ℃下進行厭氧消化，消化時間14～18 d，考察污泥產氣的結果。

選取對增加產氣影響最大的添加劑添加到調配污泥中，考察不同添加量對污泥產氣的影響。

2 結果與討論

2.1 添加不同預處理劑處理對污泥產氣的影響

用四氧化三鐵納米顆粒[3]、高鐵酸鉀[4]、檸檬酸鈉[5]等試劑來強化水解，更有利于產氣。本研究采用不同價態的鐵鹽及有機物檸檬酸鈉對比作為預處理劑，觀察產氣情況。見圖1-圖3。

圖1 不同預處理劑每日產氣速率

圖2 不同預處理劑每日產氣量

圖3 不同預處理劑產氣效果

從圖1-圖3可以看出：添加鐵鹽對產氣有抑制效果，特別是添加高鐵酸鉀，加入后污泥的產氣被嚴重抑制，這是因為高鐵酸鉀水解后呈強堿性，污泥中的產甲烷菌被抑制，待有機物不斷被水解累積后pH 值下降，產甲烷菌開始產氣，所以初期的產氣速率不到空白對照的一半，但是6 d后產氣速率大幅提升，最后的產氣總量比空白對照多10.21%；添加檸檬酸鈉可以大幅提高產氣量，產氣量可提高46.57%。高鐵酸鉀和檸檬酸鈉都對胞外聚合物有一定破壞作用，促進消化的水解過程，胞外聚合物解體后轉化為更多的碳源供產甲烷菌利用轉化為沼氣；但添加檸檬酸鈉的效果更好且檸檬酸鈉不會影響厭氧消化過程中的pH值。

2.2 預處理劑添加量對污泥產氣的影響

考慮到添加劑的添加量不宜過高，所以確定檸檬酸鈉的添加量為0.5、1、1.5、2、3 g，產氣情況見圖4 和圖5。

圖4 不同預處理劑添加量產氣效果

圖5 不同預處理劑添加量每日產氣速率

從圖4可以看出：隨著檸檬酸鈉添加量的提高，污泥的產氣量增高，分別比空白對照組提高了14.57%、24.31%、37.08%、58.58%、89.65%。從圖5 中可以看出：檸檬酸鈉的添加量在2 g 以內每日的產氣速率沒有起伏；而添加量超過2 g后，檸檬酸鈉的作用是有周期性的，添加量越大周期性的每日產氣速率高峰值越大。就本試驗來看，檸檬酸鈉的添加量越高，對污泥的破壁作用越好，產氣效果越好。

3 結論

通過小試說明添加預處理劑可有效地進行細胞破壁，將胞外聚合物轉化為有效碳源，提高污泥的產氣率且增幅較大。考慮到成本問題，添加檸檬酸鈉用于厭氧消化工藝初期調試，可有效縮短調試周期，提高產氣量，具有投資少、見效快的特點。

1）添加檸檬酸鈉和高鐵酸鉀都可有助于提高產氣，檸檬酸鈉的效果更好。

2）檸檬酸鈉的價格為160 元/25 kg 左右（網購價格），按照0.5%的比例添加，產氣量可增加一倍來計算，800 t80%含水率的污泥需要添加檸檬酸鈉4.5 t，成本約3萬元。□■