幾種剩余活性污泥厭氧消化預(yù)處理技術(shù)介紹

幾種剩余活性污泥厭氧消化預(yù)處理技術(shù)

介紹摘要：剩余活性污泥由于自身特殊性質(zhì)，較難被生物降解，制約了其厭氧消化效果。通過對污泥進行生物預(yù)處理，熱水解法，超聲波法，臭氧法和堿水解等預(yù)處理，可以有效強化其厭氧1消化過程，提高產(chǎn)氣量。本文介紹了上述預(yù)處理技術(shù)的基本原理和特點。關(guān)鍵詞：剩余活性污泥厭氧消化預(yù)處理1引言在剩余污泥的固定化方法中，厭氧消化是目前最為熱門的技術(shù)手段，有著成本低，能耗低，操作條件溫和，固定化效果更好等諸多優(yōu)點。而污泥的預(yù)處理則是通過改變污泥的物理或化學(xué)性質(zhì)，來提高厭氧消化效果的技術(shù)手段。目前，活性污泥主要的預(yù)處理方法有生物預(yù)處理，熱水解法，超聲波處理，堿水解法等。這些方法均可以有效地裂解剩余活性污泥的細胞壁，使污泥絮體中有機物由固相溶出至液相，加速剩余污泥水解。2幾種預(yù)處理技術(shù)介紹2.1生物預(yù)處理生物預(yù)處理是剩余活性污泥在進行厭氧消化前的一個附加步驟，其目的在于加強剩余活性污泥的水解過程。最常見的生物預(yù)處理形式是溫度相厭氧消化(TPAD)，即在嗜熱溫度(~55°C)或高嗜熱溫度(60°C~70°C)條件下，對剩余活性污泥進行厭氧或好氧處理。嗜熱處理過程特別是嗜熱菌的水解活性已經(jīng)被人們進行了廣泛的研究，主要集中在55C嗜熱處理⑵。在該條件下，水解活性的提高可使污泥中的有機質(zhì)加速降解。Geetal.⑶對嗜熱預(yù)處理和中溫預(yù)處理進行了對比實驗，結(jié)果表明：在水力停留時間（HRT）為2天時，經(jīng)過嗜熱處理的污泥，在后續(xù)的中溫厭氧消化過程中（HRT為13-14天），其產(chǎn)甲烷量和污泥減量，相對于中溫預(yù)處理均提高了25%。由于活性污泥中存在只能在好氧條件下分解的有機物，好氧生物預(yù)處理技術(shù)就成為了要給合適的選擇。Shiotaetal.⑷對剩余活性市政污泥進行好氧高嗜熱預(yù)處理（65°C，HRT為2.8天），使污泥中的有機質(zhì)降解了75%。Hasegawaetal.［5］等人對活性污泥采用好氧高嗜熱預(yù)處理（60-70C，HRT為1天），使得其在后續(xù)的厭氧消化中沼氣產(chǎn)量提高了50%。2.2熱水解法熱水解預(yù)處理通常指的是高于100C的污泥預(yù)處理方式。熱水解最早被用來提高污泥的脫水性能，它可以破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)并釋放間隙水。除此之外，熱水解預(yù)處理對其厭氧消化也有顯著的促進作用，成為了近年來的研究熱點［8'9'10］。許多研究表明，熱水解最佳的處理溫度為160-180C，處理時間為30-60min，相應(yīng)的處理壓力為600-2500kPa。例如：Haugetal.⑻將活性污泥在175C下處理30min，使其產(chǎn)甲烷量（單位COD）提高了62%。熱水解預(yù)處理另外的優(yōu)點是：促進污泥的無害化（高溫殺滅病原菌），使污泥減量和節(jié)約能源。因為熱水解所需的能量完全可以通過甲烷產(chǎn)量的提高而平衡掉。其缺點則主要是會溶出和形成一些難生物降解的物質(zhì)。2.3超聲波法超聲波預(yù)處理可以活性污泥絮體和細胞的結(jié)構(gòu)。其最主要的兩個作用機制是:空穴作用，在低頻率時起主導(dǎo)作用；形成自由基OH?和H?等，在高頻率時起主要作用。在活性污泥的預(yù)處理中，低頻率（20-40kHz）超聲波處理是最有效的。超聲波與處理中，活性污泥絮狀體破壞，細胞結(jié)構(gòu)也會瓦解，其程度主要取決于處理時間和輸入能量的大小。因此，在超聲處理中存在能量密度門檻。根據(jù)研究表明，這個能量密度門檻在1000到16000kJ/kgTS之間，主要取決于污泥的TS。如果污泥密度過高，會增加粘性，從而削弱空穴作用的效果。超聲波預(yù)處理有很多優(yōu)勢，如易于自動化操作，設(shè)計緊湊改裝成本低，不產(chǎn)生二次污染，提高脫水性能，增加產(chǎn)氣率等。2.4臭氧法臭氧是一種強氧化劑，能破壞細胞壁，使細胞裂解釋放細胞質(zhì)，并繼續(xù)將大分子有機物降解為小分子，提高后續(xù)系統(tǒng)的生物降解性能。臭氧氧化預(yù)處理是一種化學(xué)處理方法，活性污泥溶解程度會隨著臭氧添加量的增加而提高，但臭氧濃度過高時反而會降低污泥溶解性，因為一些可溶性物質(zhì)也可能被臭氧氧化。臭氧氧化預(yù)處理能很好地分解污泥中的細胞體，但臭氧氧化費用較高，處理成本較大，目前國內(nèi)尚不具備廣泛應(yīng)用的條件。2.5堿水解法雖然在強化污泥厭氧消化的化學(xué)預(yù)處理方法中，臭氧預(yù)處理更多的吸引了研究者的興趣，但是由于成本問題短期內(nèi)很難普及。而堿解處理作為傳統(tǒng)而又簡易的處理方法仍然有其很大的潛力。堿對污泥的裂解效果與堿的投加量以及堿的種類有關(guān)。堿水解預(yù)處理的缺點在于會增加鹽離子濃度，對后續(xù)的厭氧消化過程有抑制作用，并容易腐蝕儀器設(shè)備。結(jié)語采用生物預(yù)處理、熱水解、超聲處理、臭氧氧化和堿水解等方法對污泥進行預(yù)處理，都能有效提高污泥溶解和有機物分子降解的程度，使被微生更容易對其降解利用，縮短厭氧消化時間。在實際應(yīng)用中，力求做到能耗最低，環(huán)境污染最小，經(jīng)濟效益最高。參考文獻：CarrereH,DumasC,BattimelliA,etal.Pretreatmentmethodstoimprovesludgeanaerobicdegradability:areview[J].Journalofhazardousmaterials,2010,183(1):1-15.ElliottA,MahmoodT.Pretreatmenttechnologiesforadvancinganaerobicdigestionofpulpandpaperbiotreatmentresidues[J].Waterresearch,2007,41(19):4273-4286.GeH,JensenPD,BatstoneDJ.Pre-treatmentmechanismsduringthermophilic-mesophilictemperaturephasedanaerobicdigestionofprimarysludge[J].Waterresearch,2010,44(1):123-130.ShiotaN,AkashiA,HasegawaS.Astrategyinwastewatertreatmentprocessforsignificantreductionofexcesssludgeproduction[J].WaterScience&Technology,2002,45(12):127-134.HasegawaS,ShiotaN,KatsuraK,etal.Solubilizationoforganicsludgebythermophilicaerobicbacteriaa