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.中國市政工程東北設(shè)計研究總院，吉林 長春 130021； 2.中慶建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林 長春 130062)

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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.中國市政工程東北設(shè)計研究總院，吉林 長春 130021； 2.中慶建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林 長春 130062)

以北方某污水處理廠(A/O工藝)剩余活性污泥為研究對象，考察了超聲波與生石灰聯(lián)合預(yù)處理對后續(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，無害化。兩相消化是根據(jù)消化機(jī)理進(jìn)行設(shè)計。目的是使各相消化池具有更適合于消化過程三個階段各自的菌種群生長繁殖的環(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消化池中進(jìn)行，使各自都有最佳環(huán)境條件[4]。本試驗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 試驗部分

1)工藝流程及裝置。試驗裝置如圖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)啟動初期，COD，TS，VS，pH，VFA，氨氮、堿度等則不定期測定，以觀察反應(yīng)器的運(yùn)行情況。穩(wěn)定運(yùn)行后，每天測定以上各項指標(biāo)。

2)檢測項目及方法。主要檢測項目和分析方法見表1[5]。

表1 分析項目及檢測方法

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 厭氧消化過程中VS與污泥含水率變化

由圖2可見，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，經(jīng)過產(chǎn)酸相后VS在14 651 mg/L～22 342 mg/L之間，產(chǎn)酸相對超聲波與堿聯(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，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，經(jīng)產(chǎn)酸相處理后污泥的含水率約為95.4%；經(jīng)過產(chǎn)甲烷相處理污泥的含水率為93.8%。

2.2 厭氧消化過程中氨氮和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，經(jīng)過產(chǎn)酸相TP略有增長，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對于反應(yīng)體系的堿度貢獻(xiàn)較大,因此NH3對于維持反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行有重要作用。對本試驗而言,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的變化見圖6。

3 結(jié)語

[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)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3] 國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].第4版.北京：中國環(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★:吉林省重大科技項目(項目編號：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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