污泥低溫熱水解效果研究

2016-09-02 00:31:21劉超，王飛

廣州化工 2016年10期

劉　超，王　飛

(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶　401122)

污泥低溫熱水解效果研究

劉超，王飛

(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶401122)

剩余污泥；熱水解；低溫

隨著經濟科技的發展，污水處理廠的不斷興建與完善，污水處理廠的副產物-污泥的產量必將越來越多，不同的處理工藝其產量不同，大致為處理水量的0.5%～2.5%[1]。據統計，2005年我國污泥產量為1113萬噸。污泥中通常含有大量有毒有害物質和未穩定的有機物質，脫水性和厭氧消化性能較差。通過強化的預處理手段改善污泥的脫水性能和生物降解性能，從而提高污泥處理的整體效率，一直是污泥處理領域的研究熱點。

污泥熱水解處理是一種有效的污泥處理技術。污泥經過熱水解處理后，污泥中微生物絮體解體，微生物細胞破碎，細胞中的有機物釋放出來并進一步水解。污泥經過熱水解不但能夠提高污泥的脫水性能，由于有機物的釋放還能夠提高污泥的厭氧消化性能，增加甲烷產量。王治軍等實驗研究表明污泥經過熱水解處理厭氧消化總COD去除率提高到56.8%[2]。污泥熱水解具有很多優點，首先提高了污泥的脫水性；提高了生物氣產量，消化液可以作為反硝化的碳源[3-6]。但是污泥熱水解在高溫高壓條件下，運行費用及對設備的要求較高，運行管理復雜，產生的氣體氣味難聞等一系列缺點。針對以上缺點，本研究在低溫條件下對污泥進行熱解，考察污泥有機物水解和脫水性能改善的特性變化。

1　實　驗

1.1材料來源及基本特性

污泥低溫熱水解：污泥為重慶某城市污水處理廠剩余污泥，將取來的污泥過篩(1 mm×1 mm)去除大的無機顆粒和毛發，將污泥存于4 ℃冰箱后續利用。污泥特性見表1。

表1　污泥主要特性參數

1.2污泥低溫熱處理方法及試驗操作方法

取5個500 mL的錐形瓶，分別加入攪拌均勻的污泥300 mL，將3個裝有污泥的錐形瓶置于水浴恒溫振蕩器，控制溫度分別為40 ℃、60 ℃、80 ℃，轉速為100 rpm，分別在30 min、60 min、120 min、180 min取樣測定。將另兩個置于立式壓力蒸汽滅菌器，分別控制溫度為105 ℃和120 ℃，均在180 min取樣測定。SV30所有溫度下均為180 min時測得。

1.3分析項目及測定方法

2　結果與討論

2.1低溫熱水解污泥固體溶解規律

圖1描述了不同溫度下180 min內VSS溶解率的變化過程。隨著低溫熱水解時間的增加，不同溫度下VSS溶解率逐漸增大。VSS溶解率在較低溫度(40 ℃和60 ℃)時影響不大，較高溫度(105 ℃和120 ℃)下VSS溶解率迅速增加。在105 ℃和120 ℃條件下，VSS溶解率在180 min時分別為12.2%和14.3%。污泥固體的水解以VSS水解為主，無機物只發生少量溶解。污泥固體有機物高溫熱水解過程首先微生物絮體離散和解體，細胞內的有機物質(蛋白質、脂肪、碳水化合物)被釋放出來不斷溶解，溶解性有機物不斷水解。較低溫度(40 ℃和60 ℃)微生物絮體只發生部分解體，在較高溫度(105 ℃和120 ℃)下，微生物絮體不但解體，溶解性有機物還會進一步水解，因此在較低溫度下VSS溶解率小，較高溫度下VSS溶解率大。

圖1　低溫熱水解污泥固體溶解規律

2.2溫度對氨氮濃度的影響

污泥中的氮主要是以蛋白質的形式存在，胞外聚合物以及細胞內物質均含有大量的蛋白質，蛋白質是污泥厭氧發酵產氫的主要營養元素，污泥微生物細胞壁的破碎溶解又是污泥減量的限制步驟，并且蛋白質水解生成的氨氮能平衡熱水解污泥體系的堿度和pH值。圖2為污泥中氨氮隨溫度的變化。從圖2可以看出隨著時間的增加，所有溫度下氨氮濃度均逐漸增加，溫度越高污泥上清液中氨氮濃度越高。較低溫度(40 ℃和60 ℃)時，上清液中氨氮濃度由初始的7.7 mg/L分別上升為180 min時的19.4 mg/L和27.2 mg/L。較高溫度(105 ℃和120 ℃)時，上清液中氨氮濃度大幅升高，分別為115.9 mg/L和208.6 mg/L。水解溫度越高對污泥微生物細胞壁的溶解率越高，80 ℃到120 ℃低溫熱預處理能夠破壞微生物細胞壁釋放出蛋白質，這與前人研究相符[7]。

圖2　溫度對氨氮濃度的影響

2.3溫度對溶解性磷的影響

生物除磷是利用某些微生物在一定條件下過量攝取污水中的磷酸鹽并合成體內儲能物質聚磷[8-9]，主要存在于微生物的細胞壁和細胞質內。污泥熱水解過程中胞外聚合物的解體及細胞的破裂會釋放出大量的含磷有機物質，從而使得污泥上清液中溶解性磷含量的升高。由圖3可知，污泥熱水解過程中溶解性磷含量隨著時間的延長逐漸增加，溫度越高磷的釋放量越高。經過40 ℃、60 ℃、80 ℃、105 ℃和120 ℃加熱180 min后，溶解性磷由原來的23.7 mg/L，分別上升為32.3 mg/L、40.3 mg/L、46.8 mg/L、64.1 mg/L和74.9 mg/L。

圖3　溶解性磷的變化

2.4溫度對SCOD的影響

由圖4可知，所有溫度條件下SCOD隨著時間的延長逐漸增加，溫度越高SCOD越大。在加熱條件下，微生物胞外聚合物及細胞壁不斷溶解，胞外聚合物中含有大量的多糖、蛋白質、核酸等物質以及細胞內的碳水化合物、蛋白質及脂肪等有機物逐漸由污泥固相轉移至液相，這些物質導致污泥上清液中SCOD濃度不斷升高。在較低溫度(40 ℃和60 ℃)下，SCOD增加幅度不大，在180 min時分別由110 mg/L增加至234 mg/L和397 mg/L。在較高溫度(105 ℃和120 ℃)下，SCOD分別增加至1130 mg/L和1320 mg/L。在較高溫度下污泥絮體的解聚和微生物細胞壁的溶解更加完全，導致污泥上清液中SCOD增幅更大。并且在較低溫度下，部分微生物可以利用溶解的低分子有機物作為碳源生長繁殖，合成新細胞，部分含碳物質返回固相[10]。在高溫條件下微生物難以生存，不能利用有機物。因此，污泥低溫熱水解SCOD的變化由細胞溶解、水解和合成共同作用而引起。

圖4　不同溫度下SCOD的變化

2.5溫度對污泥沉降性能的影響

污泥沉降比(SV30)是表征污泥沉降性能最常用的指標。由圖5可見，污泥沉降性隨溫度的升高而明顯改善。經過40 ℃、60 ℃、80 ℃、105 ℃和120 ℃加熱180 min后，SV30由原泥的80.7%分別降為74.3%、69.8%、59.2%、49.7%和39.1%。SV30比原泥分別降低了7.9%、13.5%、26.6%、38.4%和51.5%。

圖5　污泥沉降性能的變化

3　結　論

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Hydrolysis of Sludge at Low Temperature

LIUChao,WANGFei

(CISDI Engineering Co., Ltd., Chongqing 401122, China)