堿預(yù)處理剩余污泥厭氧水解產(chǎn)酸的優(yōu)化研究[1]_填料

1、堿預(yù)處理剩余污泥厭氧水解產(chǎn)酸的優(yōu)化研究1_填料    論文導(dǎo)讀:：堿預(yù)處理具有操作簡(jiǎn)單、方便。采用剩余污泥開發(fā)碳源。以選取堿處理剩余污泥的最佳污泥濃度。并通過(guò)添加填料觀察填料對(duì)污泥水解產(chǎn)酸的影響。 論文關(guān)鍵詞：堿預(yù)處理，剩余污泥，污泥濃度，填料    我國(guó)城市污水處理廠主要采用生物法處理污水，目前采用生物法脫氮除磷主要遇到兩大難題。一是生物法處理污水過(guò)程中產(chǎn)生的大量剩余污泥處理和處置；二是運(yùn)行中的污水處理廠普遍存在碳源不足而造成脫氮除磷效率欠佳，而投加碳源又增加了污水廠的運(yùn)行成本。因此如何將這兩大難題有效解決成為了

2、近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。 剩余污泥水解過(guò)程中產(chǎn)生的大量的揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）1-4，可作為化工原料用于發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)各種高附加值產(chǎn)品，也可為低C/N城市污水提供碳源。采用剩余污泥開發(fā)碳源，使得污泥在城市污水處理廠內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)利用，不僅降低了因投加碳源造成的成本，而且能在一定程度上解決污泥的處置問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化、穩(wěn)定化和減量化。但污泥很難僅通過(guò)微生物作用厭氧水解產(chǎn)酸，這是由于污泥細(xì)胞的細(xì)胞壁半剛性結(jié)構(gòu)，只有通過(guò)預(yù)處理手段5-7破壞細(xì)胞壁，才能使細(xì)胞內(nèi)大量溶解性有機(jī)質(zhì)釋放填料，提高污泥的水解速率，最終提高污泥的厭氧消化產(chǎn)酸的量。與其它預(yù)處理方法相比，堿預(yù)處理具有操作簡(jiǎn)單、方便，處理效

3、果好等優(yōu)點(diǎn)8,9。本研究采用堿預(yù)處理方法考察不同濃度的污泥對(duì)厭氧產(chǎn)酸效果的影響，以選取堿處理剩余污泥的最佳污泥濃度，并通過(guò)添加填料觀察填料對(duì)污泥水解產(chǎn)酸的影響，以期為低碳氮比城市污泥提供有效碳源并實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。 1材料與方法 1.1底物污泥 試驗(yàn)用泥取自鄭州市五龍口污水處理廠的回流泵房和脫水機(jī)房。試驗(yàn)用泥每周取一次，取回的污泥在4下保存?zhèn)溆谩Ｃ撍畽C(jī)房取出的脫水污泥，在試驗(yàn)中根據(jù)試驗(yàn)需要用蒸餾水稀釋至所需濃度。 1.2試驗(yàn)方法 試驗(yàn)共分兩個(gè)部分，一是污泥濃度對(duì)堿預(yù)處理剩余污泥水解產(chǎn)酸的影響；二是填料對(duì)堿預(yù)處理剩余污泥水解產(chǎn)酸的影響。 1.2.1污泥的堿預(yù)處理 用6mol/L的NaOH將污

4、泥的pH調(diào)到12（±0.1），并使其pH值在緩慢攪拌下穩(wěn)定5min，得到的污泥混合液在室溫下（25-30）保存20h以強(qiáng)化堿處理的效果。經(jīng)過(guò)20h預(yù)處理的剩余污泥，在反應(yīng)開始前再利用6mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH為10（±0.1），劉曉玲10等研究發(fā)現(xiàn)pH為10的條件下，可顯著改善污泥預(yù)處理產(chǎn)酸效率，并能維持穩(wěn)定產(chǎn)酸量會(huì)計(jì)畢業(yè)論文范文。在本試驗(yàn)主要研究污泥經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理在反應(yīng)中不調(diào)節(jié)pH時(shí)的產(chǎn)酸情況。 1.2.2污泥濃度對(duì)污泥水解產(chǎn)酸的影響 試驗(yàn)裝置有效容積為2L，設(shè)有攪拌裝置攪拌速度為60-80r/min，溫控裝置控制溫度在32左右。通過(guò)對(duì)比不同污泥濃度，研究污泥濃度對(duì)剩余

5、污泥水解產(chǎn)酸的影響。 表1 每組試驗(yàn)剩余泥的特征 Tab.1 Characters of waste activated sludgein each groups          編號(hào)    項(xiàng)目        第1組        第2組      

6、60; 第3組        第4組        第5組        第6組             TS c/mg·L-1       

7、0;14        37        88        147        177        233       &

8、#160;     VFAs c/mg·L-1)        32        38        54        90        124

9、        154             TCOD c/mg·L-1        5198        22600        41300

10、        57700        76000        98800             SCOD c/mg·L-1        32

11、        60        88        109        131        174        

12、;     pH        7.01        7.03        6.97        6.97        7.00  

13、      6.98     1.2.3填料對(duì)污泥水解產(chǎn)酸的影響 試驗(yàn)裝置有效容積為12L，控制反應(yīng)器內(nèi)底物停留時(shí)間為4d，設(shè)有攪拌裝置攪拌速度為60-80r/min，溫控裝置控制溫度在32左右。通過(guò)對(duì)比無(wú)填料、球型填料及組合填料的產(chǎn)酸情況，研究填料對(duì)剩余污泥水解產(chǎn)酸的影響。由于反應(yīng)器底部設(shè)有攪拌裝置，填料采用懸掛的方式安裝在反應(yīng)器內(nèi)。 1.3分析方法 TCOD、SCOD采用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定；pH值采用pHS-3C精密pH計(jì)(上海雷磁儀器廠)測(cè)定。TS、含水率采用重量法；VFAs采用蒸餾法。

14、其中測(cè)量SCOD和VFAs由于SS含量較高標(biāo)在測(cè)量之前需要預(yù)處理填料，先在4000rpm離心20min之后用0.45m的濾膜抽濾，處理后的水樣根據(jù)國(guó)標(biāo)法測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。 2試驗(yàn)結(jié)果與討論 2.1無(wú)接種物的堿預(yù)處理剩余污泥水解產(chǎn)酸 為檢驗(yàn)堿預(yù)處理剩余污泥對(duì)污泥水解產(chǎn)酸的影響，本節(jié)試驗(yàn)選取TS為14g/L左右的污泥為底物污泥，詳見表1中第1組。剩余污泥在無(wú)任何接種物的情況下，直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵，用未經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的剩余污泥作對(duì)照試驗(yàn)。此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在32左右。從圖1中可以看出，經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理的剩余污泥VFAs產(chǎn)量最大值為450mg/L要大于未經(jīng)堿預(yù)處理的剩余污泥產(chǎn)酸量的最大值118mg/L。該試驗(yàn)果

15、表明剩余污泥在無(wú)任何接種物的情況下可成功實(shí)現(xiàn)厭氧水解產(chǎn)酸，而且無(wú)需經(jīng)過(guò)啟動(dòng)階段，不需要任何接種物，使得污泥水解產(chǎn)酸更加簡(jiǎn)便。 圖1堿預(yù)處理剩余污泥對(duì)VFAs的影響 Fig.1 Influence of VFAs production by alkalipretreatment 堿預(yù)處理后的剩余污泥，可實(shí)現(xiàn)無(wú)接種物的污泥水解酸化，是由于堿預(yù)處理可破壞剩余污泥難溶的外部結(jié)構(gòu)，提高剩余污泥的水解程度。另pH的提高可抑制甲烷菌的活性，使得VFAs得到富集。 2.2污泥濃度對(duì)污泥水解產(chǎn)VFAs的影響 試驗(yàn)用泥采用脫水機(jī)房取出的脫水污泥根據(jù)需要配制成的泥水混合物以及從回流泵房取出的未經(jīng)脫水的剩余污泥，通過(guò)

16、對(duì)比試驗(yàn)研究哪種濃度的污泥最適合成為本次試驗(yàn)條件下的水解產(chǎn)酸底物。圖2是不同濃度的污泥在厭氧水解產(chǎn)酸過(guò)程中VFAs產(chǎn)量的變化曲線。 圖2 各反應(yīng)器中VFAs隨時(shí)間的變化 Fig.2 Change of VFAs production with time 如圖2顯示，不同濃度的剩余污泥經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理后，在水解反應(yīng)器中反應(yīng)一段時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間的增大而增大，之后隨著時(shí)間波動(dòng)。每組反應(yīng)分別在第5d、3d、4d、6d、6d、12d時(shí)，VFAs的濃度達(dá)到最大值，分別為450.0mg/L、2820.0 mg/L、6900.0 mg/L、8160.0 mg/L、11460.0 mg/L、10520.0 mg/L。由

17、此可見，污泥濃度對(duì)剩余污泥產(chǎn)酸有促進(jìn)作用，但污泥濃度過(guò)高時(shí)也會(huì)抑制水解反應(yīng)的進(jìn)行。在第6組試驗(yàn)中污泥濃度為216g/L，厭氧發(fā)酵呈現(xiàn)出抑制狀態(tài)，反應(yīng)進(jìn)行到第第12天產(chǎn)酸量才達(dá)到最大值10520mg/L并且小于第5組所達(dá)到的最大值。每組反應(yīng)后期填料，VFAs的含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減少。在第5組試驗(yàn)中此時(shí)污泥的含固率為14.8%要大于吳一平11試驗(yàn)中初沉污泥的最佳固體含量2.13%。 2.3選取最佳的污泥濃度 選取剩余污泥水解產(chǎn)酸的最佳污泥濃度，不僅僅要考慮污泥水解產(chǎn)酸的最大值，還要考慮污泥水解產(chǎn)酸達(dá)到最大值所需的時(shí)間及可分離出酸化液的量。由于剩余污泥SS含量較大，將水解產(chǎn)酸后的水解產(chǎn)物直接作為碳源

18、投加入脫氮除磷體系中，勢(shì)必會(huì)影響出水中SS含量?？赏ㄟ^(guò)離心分離的方法，將富含VFAs的酸化液和未能分解的剩余污泥有機(jī)物或無(wú)機(jī)質(zhì)分離，得到可作為碳源利用的酸化液。 表2 每組試驗(yàn)污泥水解詳情 Tab.2Details for sludge hydrolysis by eachgroup test                產(chǎn)酸的最大值(mg/L)        可分離出酸化液的百分比(

19、%)        達(dá)到產(chǎn)酸量最大值所需的時(shí)間(d)        污泥水解后可分離出每升酸化液含VFAs量的最大值（mg）             第1組        450     &

20、#160;  93.8        5        421.9             第2組        2820        6

21、2.5        3        1762.5             第3組        6900        59.4  &#

22、160;     4        4096.9             第4組        8160        31.3     &

23、#160;  6        2550.0             第5組        11460        25.0        

24、;6        2865.0             第6組        10520        4.0        12  &#

25、160;     420.8     從表2中可看出第3組試驗(yàn)中剩余污泥水解后可分離出每升酸化液含VFAs量最大，最大值為4096.9mg。此污泥濃度下達(dá)到最大值所需的時(shí)間為4d，雖然略長(zhǎng)于第2組試驗(yàn)中的3d，但可分出單位酸化液所含VFAs的遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第2組的最大含量1762.5mg會(huì)計(jì)畢業(yè)論文范文。 綜合這三種因素，選定第3組試驗(yàn)中的污泥濃度即88-90mg/L為本試驗(yàn)中的最佳污泥濃度，并控制反應(yīng)器內(nèi)底物停留時(shí)間為4d。 2.4填料對(duì)污泥水解產(chǎn)VFAs的影響 剩余污泥在無(wú)任何接種物及外加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的條件下，

26、直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的水解產(chǎn)生效果。圖3是添加不同填料及未添加填料情況下污泥水解產(chǎn)酸的變化曲線。從圖中可看出，添加填料的污泥水解產(chǎn)酸效果要明顯大于未添加填料時(shí)的產(chǎn)酸效果。該試驗(yàn)結(jié)果表明堿處理后的剩余污泥水解產(chǎn)酸是主要依靠生物反應(yīng)，與苑紅英12得到的結(jié)果一致。填料通過(guò)其特殊的物理結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，能過(guò)提高污泥水解反應(yīng)器內(nèi)單位微生物含量，從而提高污泥水解產(chǎn)酸的效果。 在未放置填料的污泥水解產(chǎn)酸的量維持在4991mg/L左右低于在反應(yīng)瓶中得到的最大產(chǎn)量6900mg/L，這可能是由于在半連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)下，污泥水解產(chǎn)酸的效果受到每日進(jìn)泥排泥的沖擊，降低了反應(yīng)器內(nèi)單位水解產(chǎn)酸菌的量，最終導(dǎo)

27、致在未放置填料的反應(yīng)器內(nèi)水解產(chǎn)酸量降低。 圖3填料對(duì)污泥水解產(chǎn)酸的影響 Fig.3 Change of VFAs production with filler 通過(guò)對(duì)比兩種填料的水解產(chǎn)酸的量的變化，組合填料平均水解產(chǎn)酸量在6879mg/L左右大于球形填料的平均產(chǎn)酸量5984mg/L?？芍M合填料更有利于污泥的水解產(chǎn)酸，組合填料中的纖維束結(jié)構(gòu)填料，利于污泥水解產(chǎn)酸菌的附著、生長(zhǎng)和富集，降低了每日進(jìn)泥排泥對(duì)反應(yīng)器內(nèi)微生物的影響，最終提高了產(chǎn)酸量。 3結(jié)論 經(jīng)過(guò)堿預(yù)處理成功實(shí)現(xiàn)了在無(wú)接種物和外加營(yíng)養(yǎng)物條件下污泥的厭氧水解產(chǎn)酸。堿預(yù)處理不但能夠從剩余污泥中篩選出水解產(chǎn)酸菌，還能抑制或殺死大部分的甲烷菌

28、，而且可以破壞污泥中微生物細(xì)胞，將不溶性細(xì)胞物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性物質(zhì)。 （1）污泥濃度對(duì)產(chǎn)酸效果具有重要的影響。污泥濃度過(guò)低時(shí)（14g/L），VFAs的產(chǎn)量較低并且得到最大值所需的時(shí)間也較長(zhǎng)（需要5d）；污泥濃度適中時(shí)(37-177g/L)，VFAs的產(chǎn)量隨污泥濃度的增加而增加，相應(yīng)的達(dá)到最大值所需的時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)(3-6d)；污泥濃度過(guò)高時(shí)(233 g/L)，即降低了VFAs的產(chǎn)量也延長(zhǎng)了達(dá)到最大值所需的時(shí)間(12d)。 （2）根據(jù)污泥水解產(chǎn)酸的量、可分離出酸化液的量及達(dá)到最大值所需的時(shí)間，三個(gè)因素綜合選定最佳污泥濃度88-90mg/L，水解后可分離出每升酸化液含VFAs的值為4096.9mg，

29、達(dá)到最大值所需的時(shí)間為4d。 （3）填料的設(shè)置可有效的增加剩余污泥水解產(chǎn)酸量，并縮短反應(yīng)器達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間，組合填料的產(chǎn)酸效果優(yōu)于球形填料。    參考文獻(xiàn) 1駱燕萍,馮臣.剩余污泥水解酸化的影響因素研究J. 能源與環(huán)境, 2010, (03) 2卓英蓮.污水廠剩余污泥水解酸化產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的試驗(yàn)研究D.中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù),2010 3張杰,文湘華,朱洪濤,許美蘭,王曉慧.常溫下剩余污泥水解酸化強(qiáng)化方法研究進(jìn)展J. 中國(guó)給水排水, 2009, (18) 4高永青,彭永臻,王淑瑩,王建龍,張晶宇.污泥水解酸化液用作A2/O系統(tǒng)脫氮除磷碳源的研究J. 中國(guó)給水排水, 2009, (17) 5Nah I W,Kang Y W,HwangK Y,et al.Mechanical pretreatment of w