機(jī)械超聲和堿預(yù)處理對(duì)后續(xù)厭氧消化和脫水性能的影響

尹耀康

（惠州市技師學(xué)院（惠州市高級(jí)技工學(xué)校），廣東惠州516003）

機(jī)械超聲和堿預(yù)處理對(duì)后續(xù)厭氧消化和脫水性能的影響

尹耀康

（惠州市技師學(xué)院（惠州市高級(jí)技工學(xué)校），廣東惠州516003）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，建設(shè)城市污水處理廠已成為治理水污染不可或缺的措施。厭氧消化是污水處理廠剩余污泥減量化處理的最優(yōu)工藝，但目前厭氧消化普遍存在消化時(shí)間長(zhǎng)、消化效率不高等問(wèn)題。通過(guò)機(jī)械超聲和堿預(yù)處理手段，促進(jìn)污泥絮體中的蛋白質(zhì)、多糖及胞外酶從絮體內(nèi)層釋放到外層，創(chuàng)造有機(jī)質(zhì)與胞外酶充分接觸的環(huán)境，從而提高后續(xù)厭氧消化效率。本文恰恰是針對(duì)性研究這兩種預(yù)處理方法對(duì)后續(xù)厭氧消化過(guò)程中污泥脫水性能的影響。

機(jī)械超聲；堿預(yù)處理；污泥脫水性能

厭氧消化是污水處理廠剩余污泥減量化處理的最優(yōu)工藝，但目前厭氧消化普遍存在消化時(shí)間長(zhǎng)、消化效率不高等問(wèn)題。已有研究結(jié)果均表明，采用預(yù)處理方法可以縮短污泥厭氧消化時(shí)間和提高厭氧消化效率。其中，機(jī)械超聲和堿是最常用的兩種預(yù)處理方法。

污泥物化預(yù)處理的其中一種方法——機(jī)械超聲技術(shù)，在機(jī)械超聲空化作用中產(chǎn)生的局部高壓、高溫和強(qiáng)烈的剪切力，可使污泥絮體發(fā)生解聚及破壞污泥細(xì)胞壁，將包裹在細(xì)胞EPS中的有機(jī)質(zhì)釋放出來(lái)，表現(xiàn)為SCOD占總COD的比例上升，從而改善污泥有機(jī)物的微生物可利用性。堿處理也是一種破壞污泥絮體和溶解大分子有機(jī)物的有效方法，且預(yù)處理方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用。

1 機(jī)械超聲預(yù)處理調(diào)控污泥消化及脫水性能

1.1 厭氧消化性能及產(chǎn)氣量的比較

TSS和VSS的變化通常用來(lái)評(píng)價(jià)厭氧消化性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械超聲預(yù)處理使得厭氧消化過(guò)程中污泥TSS和VSS的降解率達(dá)到52.6%和55.2%，而對(duì)照組污泥TSS和VSS的降解率僅為45.4%和47.9%，即機(jī)械超聲預(yù)處理顯著提高了后續(xù)厭氧消化性能。圖1為機(jī)械超聲預(yù)處理對(duì)厭氧消化產(chǎn)氣量的影響，對(duì)照組污泥經(jīng)厭氧消化后產(chǎn)氣量為425 mg/gVSS added，而經(jīng)機(jī)械超聲預(yù)處理后，污泥產(chǎn)氣量增至535 mg/gVSS added，機(jī)械超聲預(yù)處理使得污泥厭氧消化產(chǎn)氣量增大25%左右。

圖1 機(jī)械超聲預(yù)處理對(duì)產(chǎn)氣量的影響

1.2 污泥厭氧消化過(guò)程中的脫水性能變化

圖2為兩種工況下污泥脫水性能的變化趨勢(shì)。由圖可以看出，對(duì)照組污泥在厭氧消化過(guò)程中，脫水性能是明顯變差的。原污泥的模化CST為1.42 s L/g–TSS，厭氧消化第8 d，其值增大至18.9 s L/g–TSS。在第8–14 d，脫水性能變化幅度不大。隨后的厭氧消化導(dǎo)致?；疌ST迅速上升，在反應(yīng)結(jié)束時(shí)其值增至47.3 s L/g–TSS。

機(jī)械超聲預(yù)處理導(dǎo)致原污泥脫水性能迅速惡化，經(jīng)機(jī)械超聲波預(yù)處理后，污泥的?；疌ST值由原泥的1.42 s L/g–TSS升至44.4 s L/g–TSS.但隨后的厭氧消化改善了污泥的脫水性能：厭氧消化開(kāi)始后，污泥的?；疌ST逐漸降低，至反應(yīng)結(jié)束時(shí)降為20.9 s L/g–TSS，遠(yuǎn)低于對(duì)照組工況結(jié)束時(shí)污泥的?；疌ST值。從圖還可以看出，厭氧消化第15 d后，機(jī)械超聲預(yù)處理污泥的脫水性能要優(yōu)于對(duì)照組工況。結(jié)合圖2的結(jié)果表明，與對(duì)照組工況相比，機(jī)械超聲預(yù)處理不僅提高了后續(xù)厭氧效率效率，還改善了消化污泥最終的脫水性能。因此，可以通過(guò)控制消化時(shí)間，達(dá)到機(jī)械超聲預(yù)處理同步改善污泥的消化和脫水性能的目的。

圖2 厭氧消化過(guò)程中污泥脫水性能的變化

1.3 粒徑對(duì)消化過(guò)程中污泥脫水性能的影響

圖3為厭氧消化過(guò)程中污泥絮體粒徑與?；疌ST的pearson相關(guān)性分析結(jié)果。

圖3 污泥粒徑和模化CST的Pearson相關(guān)性

從圖中可以看出，對(duì)于對(duì)照組污泥，消化過(guò)程中污泥絮體粒徑和模化CST呈顯著相關(guān)性（R2=0.91，p＜0.05）；而機(jī)械超聲預(yù)處理污泥的厭氧消化過(guò)程中，絮體粒徑和?；疌ST沒(méi)有顯著相關(guān)性（R2= 0.67，p＞0.05）。Lawler等人報(bào)道認(rèn)為消化污泥的脫水性能與粒徑顯著相關(guān)，但本文的結(jié)果進(jìn)一步表明，僅對(duì)照組污泥的脫水性能與粒徑顯著相關(guān)，而機(jī)械超聲預(yù)處理污泥卻沒(méi)有類(lèi)似相關(guān)性。原因可能是機(jī)械超聲波預(yù)處理不僅改變了污泥絮體的粒徑，更重要的作用是使得污泥絮體有機(jī)物大幅度溶出，致使污泥絮體粒徑對(duì)脫水性能的影響比重變小。

2 結(jié)論

（1）機(jī)械超聲預(yù)處理工況時(shí)，對(duì)照組TSS和VSS的降解率為45.4%和47.9%，而機(jī)械超聲預(yù)處理可將TSS和VSS的降解率提高至52.6%和55.2%，且使得產(chǎn)氣量增大25%左右；堿預(yù)處理工況時(shí)，對(duì)照組TSS和VSS降解率為41.2%和50.6%，而堿處理可將TSS和VSS降解率提高至46.6%和57.1%，且使得產(chǎn)氣量增大15.5%.

（2）對(duì)照組污泥在厭氧消化過(guò)程中，脫水性能是明顯變差的。機(jī)械超聲預(yù)處理使得原污泥脫水性能變差，但隨后的厭氧消化逐漸改善了脫水性能，故可以通過(guò)控制消化時(shí)間，達(dá)到機(jī)械超聲波預(yù)處理同步改善污泥消化和脫水性能的目的。低劑量的堿預(yù)處理提高了后續(xù)消化污泥的脫水性能，而高劑量的堿預(yù)處理惡化了后續(xù)消化污泥的脫水性能。

[1]王怡，劉潘，彭黨聰.機(jī)械超聲及堿處理促進(jìn)剩余污泥水解的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)給水排水，2010，（15）.

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[3]薛向東，金奇庭，朱文芳.污泥機(jī)械超聲破解效應(yīng)及厭氧消化性能研究[J].生態(tài)環(huán)境，2006，（1）.

[4]許龍.機(jī)械超聲波輻射促進(jìn)污泥需氧消化工藝研究[D].重慶大學(xué)，2004.

Effects of Mechanical Ultrasound and Alkaline Pretreatment on Subsequent Anaerobic Digestion and Dehydration

YIN Yao-kang
（Huizhou Technician College（Huizhou Senior Technical School），Huizhou Guangdong 516003，China）

With the development of China’s economy and the improvement of people's living standards，the construction of municipal wastewater treatment plants has become an indispensable measure to control water pollution. Anaerobic digestion is the best process to reduce waste sludge in wastewater treatment plant，but anaerobic digestion generally has long digestion time and low digestion efficiency.The machinery of ultrasonic and alkaline pretreatment method，promote the sludge flocs in protein，polysaccharide and extracellular enzymes released from the inner layer to the outer layer of floc，and extracellular organic matter to create full contact environment，so as to improve the efficiency of anaerobic digestion.This paper is aimed at studying the influence of these two pretreatment methods on sludge dewatering performance in the following anaerobic digestion process.

mechanical ultrasound；alkali pretreatment；sludge dewatering performance

X703

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0308-03

2017-02-29

尹耀康（1982-），男，廣東惠州人，工學(xué)學(xué)士，機(jī)械講師，研究方向：數(shù)控模具、智能制造。