污泥消化處理試驗(yàn)研究

1、污泥消化處理試驗(yàn)研究1消化試驗(yàn)的工藝流程及裝置本次試驗(yàn)采用兩套消化裝置，一套用來作污泥投配比試驗(yàn)，另一 套用來作一次加泥的消化歷程試驗(yàn)。1.1消化工藝的流程圖榊沅池削 f |月卜業(yè)（播r Iif*拓it : | | r j t til1.2污泥消化試驗(yàn)裝置消化裝置的主體是有機(jī)玻璃柱，有效容積13L,消化柱周圍用電熱絲加熱，用繼電器和節(jié)點(diǎn)溫度計進(jìn)行恒溫控制，上部用泥斗加泥， 下部出泥管排放消化后的污泥，柱中心裝設(shè)攪拌裝置，產(chǎn)生的氣體通 過消化柱上端出氣管進(jìn)入集氣瓶，從集氣瓶出來的氣體經(jīng)過氣體流量 計隨時記錄產(chǎn)氣量。在消化柱內(nèi)設(shè)玻璃連通管用做觀測柱內(nèi)液面高度 和測定pH值。2試驗(yàn)內(nèi)容、方法及條件試

2、驗(yàn)污泥是取自截流污水沉淀試驗(yàn)每天排放的新污泥。2.1投配比試驗(yàn)消化柱首次加泥13kg， 待污泥培養(yǎng)接近成熟后開始每天按投配 比例加泥，排泥量按投加量及消化柱的玻璃連通管的液面嚴(yán)格控制。 柱內(nèi)保持恒定泥量，隨時觀測柱內(nèi)溫度和產(chǎn)氣狀況，柱內(nèi)不斷均勻攪 拌，速度為20r/min。2.2消化歷程試驗(yàn)一次性加泥13kg，中間過程不加新泥也不排泥。2.3主要分析項(xiàng)目含水率、pH VSS堿度（抽測）、產(chǎn)生的氣體測定CH、CQ、COH。表1消化試驗(yàn)控制條件投配比試驗(yàn)（u柱）消化歷程試驗(yàn)（I柱）方式頃目4液配率5液配率首次投泥量/L131313每日投泥量/mL520650投加時間每日一次每日一次控制溫度/C33

3、0.5330.5330.5攪拌方式連續(xù)連續(xù)連續(xù)消化前后污泥取樣量/g2020203主要考察的內(nèi)容3.1投配比試驗(yàn)（H柱）初沉池污泥消化前后含水率；不同投配比情況下的產(chǎn)氣量;氣體成分含量；污泥消化率；單位污泥產(chǎn)氣量（L/L）;初沉池污泥VSS平均含量（g/L）。3.2消化歷程試驗(yàn)（I柱）考察消化過程中pH變化；產(chǎn)氣量的變化情況；污泥消化 周期。4試驗(yàn)運(yùn)行情況4.1污泥投配比試驗(yàn)（H柱）H柱從8月22日裝泥，直到8月30日前為污泥培養(yǎng)階段。在此 段時間內(nèi)pH在5.56.8之間，產(chǎn)氣量很少，從8月31日起產(chǎn)氣量 逐漸增加，9月1日開始向柱內(nèi)進(jìn)泥和排泥，到9月5日產(chǎn)氣量基本 平衡，其pH迅速提高到7.

4、2以上，9月9日氣體成分分析結(jié)果也可 看出甲烷比例已達(dá)到43%以上。說明厭氧消化的兩個階段兼性厭氧菌 和甲烷菌的代謝達(dá)到平衡， 消化正常運(yùn)行。 從9月9日到9月21日， 按4%投配比共運(yùn)行16天。H柱從9月26日重新裝泥，至10月6日10天時間為污泥培養(yǎng)階段，在此階段內(nèi)pH在5.55.8之間，產(chǎn)氣 量很少，從10月7日產(chǎn)氣量增加， 同時進(jìn)行5%投配率的進(jìn)泥和出泥， 到10月9日產(chǎn)氣量已達(dá)到平衡，柱內(nèi)pH上升到7.2以上，10月9日氣體分析結(jié)果甲烷比例已達(dá)到77%， 說明代謝平衡， 消化正常。 從10月9日開始，到11月7日結(jié)束，正常運(yùn)行29天。4.2一次投泥消化歷程試驗(yàn)I柱從9月13日加泥，至

5、10月10日基本不產(chǎn)氣，共運(yùn)行28天, 每天測定柱內(nèi)pH值并記錄產(chǎn)氣量，監(jiān)測堿度變化。5試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計及分析（見表2）表2污泥消化試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計表投配比試驗(yàn)消化歷程試驗(yàn)I柱H柱4液配H柱5液配0平均含進(jìn)泥95.6495.9591.81水率/%出泥92.4692.6394.45平均VSS進(jìn)泥45.0849.7031.12含量/%出泥23.2425.5920.08pH范圍進(jìn)泥5.86.35.96.86.2出泥7.057.57.27.77.15堿度/mg/L2 3002 4002 7000污泥消化率/VSS%48.4548.5635.48日平均產(chǎn)氣量/L/d10.8113.300單位污泥產(chǎn)氣量/L/L2

6、0.7920.460單位VSS產(chǎn)氣量/L/g1.061.02美國污水 處理廠設(shè) 計手冊(0.50.75)分解單位VSS產(chǎn)氣量/L/g2.182.10美國污水 處理廠設(shè) 計手冊(0.871.12)單位污泥VSS量/g/L19.6520.130VSS負(fù)荷/g/(L.d)0.791.0105.1投配率試驗(yàn)結(jié)果分析5.1.1VSS負(fù)荷有機(jī)物負(fù)荷是影響污泥消化的重要因素，本試驗(yàn)用VSS負(fù)荷來分析不同污泥投配率的消化效果。從表2中可見5液配比的VSS負(fù)荷為1.01g/(L-d)，大于4液配比0.79g/(L.d)的污泥負(fù)荷。4液配率的消化時間為25天，5%殳配率的消化時間為20天。根據(jù)資料介紹，最佳消化時

7、間為25天左右。5.1.2pH值和堿度從理論上看消化反應(yīng)的兩個階段， 第一階段主要是兼性厭氧菌起 作用，首先是細(xì)菌表面和周圍介質(zhì)中的酶將高分子有機(jī)物水解成水溶 性簡單有機(jī)物，兼性菌將這些簡單有機(jī)物通過細(xì)胞膜的選擇吸收并在 細(xì)胞膜內(nèi)代謝，產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸、醇、醛、酮等都是第二階段甲 烷菌的養(yǎng)分，產(chǎn)酸菌和甲烷菌必須在適當(dāng)pH值和堿度范圍內(nèi)才能保持代謝平衡，消化才能正常進(jìn)行，試驗(yàn)中兩種投配比正常運(yùn)行時pH均在7.057.5之間，堿度超過2 300mg/L。說明此時pH值范圍和 堿度是較合適的。5.1.3VSS的消化率有機(jī)物的消化率隨時間的延長而增加。但本次試驗(yàn)4%投配率時VSS的消化率僅為48.4

8、5%,反略低于5液配率VSS的48.56%消化率。 其主要原因是4%投泥是在8月下旬和9月上旬，這一季節(jié)雨量較大， 截流污水沉淀試驗(yàn)污泥中VSS含量較低，僅為45.08%,在含水率相 同時，自然VSS低時會使消化率有一定下降。因此在試驗(yàn)結(jié)果中并沒 有表現(xiàn)出4%投配率的消化率高。5.1.4含水率消化污泥的含水率均較低,為91.81%95.95%是因?yàn)槌恋碓囼?yàn) 每天排一次污泥,污泥在池底沉積時間較長,有一定的濃縮。因此提 高了污泥有機(jī)質(zhì)的含量，使VSS的量增加，單位污泥產(chǎn)氣量達(dá)20.79L/L，但單位VSS產(chǎn)氣量為1.02L/g1.06L/g。另外含水率低 使容積負(fù)荷加大。5.1.5產(chǎn)氣量日平均產(chǎn)

9、氣量實(shí)際是單位污泥在整個消化過程產(chǎn)氣時的積分和,可用公式表示式中V產(chǎn)氣量；f(t)是隨時間、有機(jī)物濃度、成分、溫度等變化的產(chǎn)氣量的函 數(shù)；n停留天數(shù)。在單位污泥VSS含量相等、消化條件相同時，污泥負(fù)荷大，日平 均產(chǎn)氣量高，單位污泥產(chǎn)氣量低；污泥負(fù)荷小，日平均產(chǎn)氣量低，單 位污泥產(chǎn)氣量高。因此在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮單位污泥產(chǎn)氣量和平均產(chǎn) 氣量，以合理發(fā)揮消化設(shè)備的處理效果。5.1.6氣體成分污泥消化產(chǎn)生的氣體中主要成分有CH、CO、N2、CO等，在試驗(yàn) 過程中對氣體成分的含量做了多次測定，其測定結(jié)果統(tǒng)計于表3中。表3氣體成分分析表日期I柱日期H柱4液配比CH4/%CO/%N/%CK4/%CO/%N2

10、/%H29.14 2.1 0.1373.1微量9.943.7 10.1 39.2微量9.17 6.80.163.3微量汁52.66.：217.2微量9.21 11.4 0.23 67.3微量9.17 85.7 6.4.5微量9.23 77.9 11.5 8.0微量9.20 8,4.29.(6.2微量9.25 78.0 16.0 7.0微量日期H柱5液配比9.27 83.00.612.0微量10.9 77.09.(6.2微量9.28 84.3 5.86.5微量10.11 76.5 9.55.4微量10.5 73.55.122.0微量10.20 81.3 5.96.2微量10.9 65.03.32

11、C.9微量11.3 68.59.：4.6微量從本次試驗(yàn)兩種投配比率單位VSS產(chǎn)氣量看，均高于美國污水處 理廠設(shè)計手冊所提出的值。另外VSS產(chǎn)氣量和分解單位VSS產(chǎn)氣量均 高于美國污水處理廠設(shè)計手冊所給的值，基本原因是美國污水處理廠 污泥是混合污泥，本次試驗(yàn)是初沉池污泥。5.2污泥消化歷程試驗(yàn)結(jié)果分析I柱進(jìn)行消化歷程的試驗(yàn)，考察整個污泥消化周期，并了解污泥 消化各時期產(chǎn)氣及pH值變化規(guī)律。圖1和圖2為全程消化過程產(chǎn)氣 量和pH值變化曲線。變化曲線整個產(chǎn)氣過程分為兩部分， 前一部分產(chǎn)氣量達(dá)到高峰前， 產(chǎn)氣量 逐日增加。消化過程由酸性發(fā)酵向堿性發(fā)酵階段過渡，開始階段pH值低，酸度高，后一階段堿度升高

12、，pH值升高到7以上，產(chǎn)氣高峰 過后實(shí)際上柱內(nèi)有機(jī)物含量下降，營養(yǎng)不再過剩，產(chǎn)氣量逐日下降， 當(dāng)泥中可分解的有機(jī)物消耗將盡以后，產(chǎn)氣消化過程結(jié)束?？梢娤芷跒?8天29天。從產(chǎn)氣量變化曲線中可以看出消化12天左右產(chǎn)氣量達(dá)到高峰，pH值在7.5左右產(chǎn)氣量最大，說明甲烷菌消化控 制pH在7.5左右最為適宜。開始階段抽測的堿度為170mg/L,后一 階段抽測的堿度為2 700mg/L。分析結(jié)果可見前一階段CH含量低，N2含量高，中后期CH含量高，CO和N2含量低。6消化后污泥毒害物質(zhì)含量的測定對消化后污泥中的毒害物和成分進(jìn)行了分析和監(jiān)測， 結(jié)果見表4圖1消化歷程產(chǎn)氣量曲線圖2消化歷程pH從檢測結(jié)果

13、可以看出長春市污水廠消化后的污泥均符合國家規(guī)定的農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB428什84）。污泥中N P含量較 高，重金屬和其它毒害物質(zhì)均較低，因此可作為改良土壤用。表4污泥樣品檢測結(jié)果1#2#3#平均值標(biāo)準(zhǔn)值pH7.47.57.37.4Cu/mg/kg64.625111.438 79.75085.271500Pb/mg/kg41.51321.24421.72528.1541000毒Cd/mg/kg0.5130.7810.6690.65420害Zn/mg/kg450.538628.050 395.063 491.2101000As/mg/kg8.3204.7105.6606.23075物Hg

14、/mg/kg0.1000.025v0.0070.04415Cr/mg/kg48.20012.93110.90624.0121000CN/mg/kg1.0005.2503.0003.083酚/mg/kg1.50812.934未檢出苯并(a)芘/mg/kg2.302.8660.1741.9673肥分N/mg/kg9 22014 39020 10014 570P/mg/kg2 689.62 627.0 4 710.5 3 324.4K/mg/kg14.53113.93815.06914.5137污泥消化試驗(yàn)結(jié)論(1)長春市伊通河截流污水一級處理的污泥可以消化處理。沉淀污泥有機(jī)物含量較高，VSS含量達(dá)

15、到50%左右，單位污泥VSS可達(dá)到20g/L左右。(2)污泥的可消化率較高，可達(dá)到48%以上(按VSS計)。(3)單位污泥的產(chǎn)氣量較高，可達(dá)到每升濕污泥產(chǎn)氣20L左右(投 配率4滄5%)o(4)單位VSS的產(chǎn)氣量較高，可達(dá)到1L/g左右。(5)試驗(yàn)4液配率污泥負(fù)荷為0.79g/(L-d),5液配率為1.01g/(Ld),產(chǎn)氣運(yùn)行良好，可作為污泥消化設(shè)計的參考。(6)污泥采取中溫消化33C士0.5C是可行的，可作為污泥消化 設(shè)計的參考。(7) pH值和酸堿度是污泥消化的重要條件，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)嚴(yán)格控制。試驗(yàn)中pH在7.057.5之間，堿度在2 400mg/L2 700mg/L之間污 泥消化正常運(yùn)行。

16、(8)初沉池污泥消化產(chǎn)生的氣體CH含量較高，平均可達(dá)75%r右(9)消化后污泥中重金屬和其它有害物質(zhì)含量均不超過農(nóng)用污 泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB4284-84)，可作為肥料。污泥有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥的生產(chǎn)工藝探討在有條件的污水處理廠， 利用其產(chǎn)生的污泥制造有機(jī)無機(jī)復(fù)混 肥是避免污泥產(chǎn)生二次污染實(shí)現(xiàn)其無害化、 減量化的一條有效的最終 的污泥處置方法。 較為適合我國國情。 這里污泥有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥就 是指利用污水處理廠污泥作為有機(jī)質(zhì)、磷酸一銨、氯化鉀、過磷酸鈣 為無機(jī)原料， 用造粒機(jī)生產(chǎn)的粒狀有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料。 它的生產(chǎn)在 國內(nèi)污水處理行業(yè)已有幾年歷史了。作為一種有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料它 除了具有一般的肥效長，

17、緩、速結(jié)合，防止土地酸化，改良土壤等特 性外，最突出特點(diǎn)就是保水性能好。 目前我國污水處理行業(yè)生產(chǎn)有機(jī) 復(fù)混肥的廠家已有十幾家了，工藝各有特點(diǎn)，均處于一種探索階段。筆者在保定市排水總公司從事污泥制肥生產(chǎn)工作已多年，現(xiàn)總結(jié)出了 一些生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，與大家共同探討如下：我國目前已于2002年11月18日由國家技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)局頒布了 有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥標(biāo)準(zhǔn)(GB18877-2002，并于2003年6月1日開始 實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)如下：表1有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥技術(shù)要求名稱指標(biāo)總養(yǎng)分（N P2Q、&Q）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%15.0水份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%20粒度（1.00mm-4.75mn或3.35mm-5.60mm

18、 /%70酸堿度PH5.5-8.0蛔蟲卵死亡率/%95大腸菌值10含氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%3.0砷及其化合物（以As計）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.0050鎘及其化合物（以Cd計）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.0010鉛及其化合物（以Pb計）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.0150鉻及其化合物（以Cr計）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.0500汞及其化合物（以Hg計）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%46%磷酸-銨3(P2Q)46%3(N)10%氯化鉀3(K2O)60%過磷酸鈣3(P2Q)16%1.2主要設(shè)備主要設(shè)備見表3:表3主要設(shè)備型號參數(shù)烘干機(jī)9JH2000A5.5KW粉碎機(jī)高崖懸輥破碎機(jī)27KW攪拌機(jī)LJ180011KW圓盤造粒機(jī)28007.5KW二次烘干

19、機(jī)1200X10005.5KW冷卻篩分機(jī)1000X75003KW123工藝次序污泥晾曬-發(fā)酵-烘干-粉碎-造粒-二次烘干-冷卻-篩分計量包裝1.2.4工藝說明將預(yù)處理后污泥經(jīng)高溫（進(jìn)口溫度500 650C，出口溫度60100C） 烘干進(jìn)步殺菌至水分13%以下,粉碎至100目以上， 按一定 配比將尿素、磷酸一銨、氯化鉀、過磷酸鈣加入攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌均勻（6分鐘左右），輸入造粒機(jī)造粒，然后再送入滾筒干燥機(jī)內(nèi)烘干至 水分10%以下，烘干溫度一般在進(jìn)口550450C出口5075C，冷 卻包裝2.工藝探討2.1污泥有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥生產(chǎn)條件要求2.1.1控制好污泥烘干溫度。溫度過高：一是有機(jī)質(zhì)損失較大； 二是

20、冷卻時間長，影響產(chǎn)量，短時間物料溫度降不下來，包裝后放置 時易發(fā)生污泥燃燒現(xiàn)象。2.1.2嚴(yán)格控制投料量。根據(jù)烘干設(shè)備的烘干能力控制投料量， 使成品水分符合要求。 對于本工藝所采用的生產(chǎn)設(shè)備， 以生產(chǎn)1.5噸 小時成品的投料量較適宜。2.1.3控制混料攪拌時間和攪拌過程中的加水量。 一般情況下攪 拌6分鐘，足以使物料混合均勻，同時物料還可吸收一定水分，利 于造粒。攪拌過程中加水是污泥有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥不同于其它復(fù)混肥 造粒過程的特點(diǎn)之一， 首先是污泥吸水速度較慢， 到造粒機(jī)內(nèi)再加水影響造粒速度； 二是污泥粉碎后較輕， 在攪拌和輸送過程中易產(chǎn)生較 大粉塵，而且在空氣中懸浮不易下沉，造成工作環(huán)境較為惡

21、劣，為此 我們經(jīng)過多次試驗(yàn)后，所采取的辦法是在攪拌過程中加15左右的水。經(jīng)過檢驗(yàn)該方法較為有效，改善了工作環(huán)境，同時使生產(chǎn)工藝較 為流暢。2.1.4控制好造粒過程中的加水量。由于在攪拌過程中已加了一 部分水，因此在造粒過程中必須控制好噴水量。噴水過大，易產(chǎn)生大 球，同時使烘干負(fù)荷增大，產(chǎn)量降低；噴水量小，成球率低，次品增 多。還有由于污泥有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥在烘干過程中二次造粒作用較 小，因此在造粒時必須將成球率控制在80以上； 同時停留時間不 宜過長， 防止尿素在造粒機(jī)內(nèi)溶解形成大球和粘壁。2.1.5嚴(yán)格控制烘干溫度。一般進(jìn)口溫度在400 550C，出口 物料溫度以不超過70C為易。溫度偏低烘干效率低，成品水分超標(biāo)； 溫度偏高，影響成品質(zhì)量，浪費(fèi)原料（主要是尿素）和能源。2.1.6控制返料比。本生產(chǎn)工藝返料比經(jīng)過這幾年生產(chǎn)實(shí)踐總 結(jié)的經(jīng)驗(yàn)是返料以不超過25為易。如返料比過大，生產(chǎn)系統(tǒng)紊亂成品率降低。3工序驗(yàn)證3.1以草坪專用肥配料為例草坪專用肥原料配比見表4表4無機(jī)生產(chǎn)原料名稱尿素磷酸銨氯化鉀過磷酸鈣3(P2Q)16%配比204410583.1.2檢驗(yàn)結(jié)果結(jié)果 產(chǎn)品檢驗(yàn)分析結(jié)果見表5表5產(chǎn)品加工前后檢驗(yàn)結(jié)果名稱加工前檢驗(yàn)結(jié)果加工后檢驗(yàn)結(jié)果總養(yǎng)分（N P2O17.9