預(yù)處理劑對(duì)污泥厭氧消化產(chǎn)氣量影響研究

陳 曦

（天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司，天津300381）

厭氧消化過(guò)程中污泥細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)釋放是污泥水解酸化的關(guān)鍵[1]。污泥中的有機(jī)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(lèi)和腐殖酸等構(gòu)成。胞外聚合物是指在特定環(huán)境下由細(xì)菌代謝分泌出的、包裹在細(xì)胞壁外的高分子聚合物。在預(yù)處理方法破解微生物細(xì)胞壁前，需要先破解胞外聚合物結(jié)構(gòu)；胞外聚合物結(jié)構(gòu)的破解可以提高污泥水解的速率和程度，從而提高厭氧發(fā)酵的效率，增加產(chǎn)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(jī)分較低，溶出有機(jī)物偏少，為了提高產(chǎn)氣量，本研究添加預(yù)處理劑對(duì)污泥廠的進(jìn)泥進(jìn)行試驗(yàn)，旨在通過(guò)破壞胞外聚合物，提高有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1）津南污泥處理廠調(diào)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(yàn)采用BMP裝置，單罐容量500 mL。

3）預(yù)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(yàn)方法

在調(diào)配污泥中添加不同預(yù)處理劑，預(yù)處理劑和污泥的添加量為質(zhì)量比1∶400，在40 ℃下進(jìn)行厭氧消化，消化時(shí)間14～18 d，考察污泥產(chǎn)氣的結(jié)果。

選取對(duì)增加產(chǎn)氣影響最大的添加劑添加到調(diào)配污泥中，考察不同添加量對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加不同預(yù)處理劑處理對(duì)污泥產(chǎn)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(lái)強(qiáng)化水解，更有利于產(chǎn)氣。本研究采用不同價(jià)態(tài)的鐵鹽及有機(jī)物檸檬酸鈉對(duì)比作為預(yù)處理劑，觀察產(chǎn)氣情況。見(jiàn)圖1-圖3。

圖1 不同預(yù)處理劑每日產(chǎn)氣速率

圖2 不同預(yù)處理劑每日產(chǎn)氣量

圖3 不同預(yù)處理劑產(chǎn)氣效果

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

2.2 預(yù)處理劑添加量對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響

考慮到添加劑的添加量不宜過(guò)高，所以確定檸檬酸鈉的添加量為0.5、1、1.5、2、3 g，產(chǎn)氣情況見(jiàn)圖4 和圖5。

圖4 不同預(yù)處理劑添加量產(chǎn)氣效果

圖5 不同預(yù)處理劑添加量每日產(chǎn)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(chǎn)氣量增高，分別比空白對(duì)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(nèi)每日的產(chǎn)氣速率沒(méi)有起伏；而添加量超過(guò)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(chǎn)氣速率高峰值越大。就本試驗(yàn)來(lái)看，檸檬酸鈉的添加量越高，對(duì)污泥的破壁作用越好，產(chǎn)氣效果越好。

3 結(jié)論

通過(guò)小試說(shuō)明添加預(yù)處理劑可有效地進(jìn)行細(xì)胞破壁，將胞外聚合物轉(zhuǎn)化為有效碳源，提高污泥的產(chǎn)氣率且增幅較大。考慮到成本問(wèn)題，添加檸檬酸鈉用于厭氧消化工藝初期調(diào)試，可有效縮短調(diào)試周期，提高產(chǎn)氣量，具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。

1）添加檸檬酸鈉和高鐵酸鉀都可有助于提高產(chǎn)氣，檸檬酸鈉的效果更好。

2）檸檬酸鈉的價(jià)格為160 元/25 kg 左右（網(wǎng)購(gòu)價(jià)格），按照0.5%的比例添加，產(chǎn)氣量可增加一倍來(lái)計(jì)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(wàn)元。□■