溶氧、進泥濃度對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、進泥濃度是重要控制參數。設計了正交實驗，實驗結果發現ATAD工藝污泥好氧消化處理的最佳工藝運行參數是：初始污泥量為6%，曝氣強度為35（L/h），攪拌轉速為120rmp。以工藝參數為技術條件，經100L規模的生物降解污泥的中試驗證，消化后的污泥VSS降解率均在54%左右，其他各項指標穩定達到了預期目標。

關鍵詞：初始污泥量；曝氣強度；攪拌轉速；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之一，通常是適時調整攪拌槳的轉速和增加曝氣量來滿足高溫消化體系對氧的需求[1，2]。當消化過程中溶氧過小，將導致硫醇等惡臭氣體大量產生并釋放。增加溶氧將有利于污泥中有機物的快速降解，但過高的溶氧導致大量氣體排放而使系統散熱過快，不有利于實現反應體系的自熱高溫狀態。污泥自熱高溫好氧消化工藝通過提高進料污泥的固體物濃度來保證有機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[3]。進料污泥濃度較高時，生物代謝過程所釋放的熱量相應增加，反應器所達到的溫度也將更高，加快VSS降解速率，有利于污泥的減量化處理，但污泥濃度過高時，污泥粘度會影響攪拌效率[1]。當污泥濃度過高時，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，對反應體系物料的充分攪拌及氧的有效利用等產生不利影響，從而導致消化體系溫度較低，VSS降解速率緩慢。因此，本研究采用自行設計的一套自熱式高溫好氧消化ATAD反應裝置，考察了不同曝氣強度、攪拌速率、污泥濃度等對污泥消化關系密切的因素對污泥減量化對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

采自天津市紀莊子污水處理廠

1.2 菌種

菌種來源：天津市工業微生物研究所菌種保藏中心。

1.3 培養基

液體培養基：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 儀器與設備

自熱式高溫反應器：由天津市工業微生物研究所自主研發設計提供

1.5 檢測項目

VSS的去除率：參照《水和廢水監測分析方法》等標準或方法，測試時均采用 3 次平行測試，記錄波動范圍，并取中間值進行數據分析與處理。

1.6 實驗方法

按照復合嗜熱菌接種量10%，反應初始溫度65℃，處理時間6天的工藝參數，設計正交實驗，測定在優勢嗜熱菌劑結合自熱式高溫反應器好氧消化污泥過程中，不同曝氣強度、攪拌速率、污泥濃度等對VSS去除率的影響，得到最佳的攪拌轉速、曝氣量和污泥含量。

以上述研究得到的最佳工藝參數為技術條件，對天津市紀莊子污水處理廠提供的污泥進行100L規模的生物降解污泥的中試實驗。共進行3批次的運行試驗，檢測消化后的污泥VSS去除率。

2 結果與分析

2.1 曝氣量、攪拌轉速和污泥濃度等因素的正交實驗設計

污泥高溫好氧消化工藝中，通過改變攪拌槳的轉速和增加曝氣量來滿足高溫消化體系對氧的需求，但過高的溶氧導致大量氣體排放而使系統散熱過快，不利于實現反應體系的自熱高溫狀態。同時，通過提高進料污泥的固體物濃度來保證有機物氧化分解釋放足夠的熱量，維持自熱高溫狀態，但過高的污泥濃度，使污泥粘度增加且攪拌效率低，導致氧的擴散程度小，好氧菌活性差。因此，將嗜熱菌投加到自主設計的ATAD工藝裝置中，通過正交實驗考察了不同曝氣強度、攪拌速率、污泥濃度等對污泥消化關系密切的因素對污泥穩定化過程VSS去除率的影響。因素設計如表1所示。

2.2 曝氣量、攪拌轉速和污泥濃度對VSS去除率的影響

曝氣量、攪拌轉速和污泥濃度等因素的正交實驗結果如表2所示，從表中的數據中可以看出，第6組實驗組合A2B3C1的HC轉化率最高。由表3方差分析結果知，主次水平分別是A、B、C，最佳搭配是A2B3C1，即采用曝氣強度35（L/h）、攪拌轉速120rmp、6%的污泥添加量的發酵條件進行污泥好氧氣消化，VSS的去除率最高。

以實驗結果基本確定的工藝參數為技術條件，將嗜熱菌投加到自主設計的ATAD工藝裝置中，對污泥進行100L規模的生物降解污泥的中試實驗。共進行了3批次的運行試驗，結果驗證了消化后的污泥VSS的降解率均在54%左右，其他各項指標穩定達到了預期目標。

3 結論

本實驗根據嗜熱菌的特點，利用自熱式高溫ATAD反應器，考察了不同條件對污泥消化效果的影響，經100L規模的生物降解污泥的中試實驗驗證，確定了曝氣強度35（L/h）、攪拌轉速120rmp、6%的污泥添加量對ATAD工藝污泥好氧消化處理的最佳工藝運行參數。為有效減量我國的剩余污泥、促進生態環境建設，提供了一套高效、經濟、穩定的處理工藝方案。

參考文獻：

[1]池勇志，遲季平，馬顏等.城鎮污水污泥性質與處理處置概況[J]環境科學與技術，2010，33（12）：169-172.

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

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

作者簡介：魏吶（1970-），男，本科，副高級工程師，研究方向：污水處理。