紀(jì)月紅，程潔紅

(1.江蘇理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 常州 213001;2.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 200000)

0 引言

高溫好氧消化污泥處理工藝自20世紀(jì)60年代末提出以來(lái)，得到較快發(fā)展，并于20世紀(jì)80年代初開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)踐[1]。由于該工藝需要對(duì)在好氧條件下進(jìn)行，增加了工藝運(yùn)行成本;過(guò)高的曝氣量使反應(yīng)器熱量散失明顯，反應(yīng)器溫度降低，不利于VSS的去除。因此，需要對(duì)高溫好氧消化工藝進(jìn)行改進(jìn)，在達(dá)到相同處理效果的同時(shí)，盡量減少曝氣量，降低污泥上清液中的氮、磷和可溶性有機(jī)物含量。本文采用了中溫厭氧－高溫好氧相結(jié)合的工藝，即在高溫好氧反應(yīng)前先進(jìn)行中溫厭氧反應(yīng)目前，以期達(dá)到與高溫好氧消化相同的效果。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

反應(yīng)器有效容積為3.0L的試劑瓶，將反應(yīng)器置于水浴箱中，通過(guò)調(diào)節(jié)水浴溫度控制反應(yīng)器溫度。

1.1.1 中溫厭氧消化與高溫好氧消化耦合工藝

以下簡(jiǎn)稱工藝一。取調(diào)配好的污泥2.0L置于反應(yīng)器中，開(kāi)啟攪拌裝置，調(diào)節(jié)水浴箱溫度至室溫，并以每12 h 4℃上升至35℃，保持中溫厭氧環(huán)境下反應(yīng)4d;再以每12 h 4℃上升至55℃，同時(shí)撤去攪拌裝置，開(kāi)啟曝氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)曝氣量，使其能夠充分滿足好氧微生物分解有機(jī)物所需氧量。

1.1.2 高溫好氧消化工藝

以下簡(jiǎn)稱工藝二。取調(diào)配好的同樣的污泥2.0L置于反應(yīng)器中，開(kāi)啟曝氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)曝氣量，使其能夠充分滿足好氧微生物分解有機(jī)物所需氧量，調(diào)節(jié)水浴箱溫度至室溫，并以每12 h 4℃上升至55℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)用污泥

本實(shí)驗(yàn)所用污泥取自常州市清潭污水處理廠脫水污泥及二沉池剩余污泥。調(diào)節(jié)污泥濃度，使其含固率在5% ～8%[2]，再用40目篩網(wǎng)篩泥，去除污泥中的毛發(fā)、石子等雜質(zhì)。

1.3 分析測(cè)試項(xiàng)目

分析項(xiàng)目包括揮發(fā)性懸浮固體濃度(VSS)，總懸浮固體濃度(TSS)、總氮(TN)、氨氮(NH+4－N)、總磷(TP)、正磷酸鹽(Ortho－P)、總有機(jī)碳(TOC)。將泥樣混合均勻后，在8000r/min下離心15min，取其上清液在相同轉(zhuǎn)速下繼續(xù)離心20min，兩次離心后的上清液再經(jīng)0.45um的濾膜過(guò)濾，得到污泥上清液。污泥按照標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)VSS和TSS。污泥上清液測(cè)試TP、TN、NH+4－N和TOC的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥穩(wěn)定化

兩種工藝均采用采用含固率為5.8%的污泥樣品，VSS的去除率如圖1。

圖1 兩套工藝的VSS去除率隨時(shí)間變化

圖1對(duì)比了兩種工藝運(yùn)行條件下污泥消化過(guò)程中VSS去除率的變化情況。工藝一從反應(yīng)開(kāi)始到反應(yīng)第4d處于厭氧階段，其第4d的VSS去除率為21.62%，工藝二在持續(xù)曝氣條件下第4d的VSS去除率為18.67%，在反應(yīng)前4d工藝一的去除效果優(yōu)于工藝二。第4d以后兩種工藝均處于好氧階段，工藝一VSS去除率仍高于工藝二。反應(yīng)進(jìn)行到14d，兩種工藝的VSS去除率達(dá)到40%，達(dá)到美國(guó)EPA規(guī)定的VSS去除率＞38%即認(rèn)定污泥處于穩(wěn)定的要求[3]。前置厭氧階段并未對(duì)VSS的去除率以及污泥達(dá)到穩(wěn)定化時(shí)間產(chǎn)生影響。與工藝二相比，工藝一在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中比工藝二所需曝氣量更少，運(yùn)營(yíng)成本降低，對(duì)于受資金制約的中小型污水處理廠具有重要的意義。

2.2 污泥上清液中氮、磷、TOC變化情況

2.2.1 磷的轉(zhuǎn)化

上清液中磷的變化如圖2所示。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種工藝上清液中總磷(TP)和正磷酸鹽(Ortho－P)在反應(yīng)開(kāi)始階段迅速上升，隨后呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。根據(jù)XUE T等的研究，40℃磷的釋放速率較為緩慢，在50℃ ～70℃的情況下，污泥消化過(guò)程中磷的釋放速率較快[4]。工藝一在中溫厭氧消化階段，由于氧氣的缺乏，出現(xiàn)了厭氧釋磷現(xiàn)象，總磷和正磷酸鹽持續(xù)升高;隨著溫度的升高以及曝氣量增加，溶胞作用繼續(xù)釋放出一部分的磷，使得上清液中磷的含量持續(xù)升高。工藝二中由于持續(xù)曝氣，厭氧釋磷現(xiàn)象沒(méi)有工藝一作用顯著，主要通過(guò)高溫下溶胞作用使得TP和Ortho－P含量急劇升高。隨著反應(yīng)的進(jìn)行污泥的濃度降低，溫度有高溫轉(zhuǎn)為中溫條件，氧的傳質(zhì)效果增強(qiáng)，聚磷菌出現(xiàn)好氧吸磷作用，TP和Ortho－P含量出現(xiàn)下降。反應(yīng)結(jié)束后，工藝一與工藝二中TP濃度均維持在250mg/L左右，PO43－濃度略低于TP，可見(jiàn)前置厭氧環(huán)境對(duì)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有太大影響。從兩張圖中還可以看出，Ortho－P在TP中所占比例較高，基本維持在70%以上。

圖2 工藝一和工藝二中上清液的總磷和正磷酸鹽變化曲線

2.2.2 氮的轉(zhuǎn)化

圖3 為兩種工藝上清液中總氮和氨氮的變化情況。工藝一與工藝二中，反應(yīng)初期總氮和氨氮的含量均得到到幅度的升高，分別在第12d和第10d達(dá)到最高值，然后出現(xiàn)波動(dòng)性下降。這一結(jié)論與Banat[5]的研究成果相類似。工藝一和工藝二中反應(yīng)結(jié)束時(shí)總氮的濃度分別為1 414mg/L和1 595mg/L，氨氮濃度分別為905mg/L和1 002mg/L。工藝一經(jīng)中溫厭氧處理后，上清液中總氮和氨氮的濃度略低于工藝二。

圖3 工藝一和工藝二中上清液總氮和氨氮濃度變化曲線

2.2.3 TOC 的變化

由圖4所示，兩種工藝反應(yīng)器內(nèi)污泥上清液的TOC在第8d左右達(dá)到峰值，其值約在5 000mg/L左右，隨后逐漸下降，這說(shuō)明污泥溶液內(nèi)含有的有機(jī)物質(zhì)的含量較高。在消化過(guò)程中，伴隨溶胞作用的發(fā)生，微生物將不溶性顆粒有機(jī)物轉(zhuǎn)化為了可溶性有機(jī)物，并被嗜熱微生物用于細(xì)胞合成，TOC含量出現(xiàn)下降[6]。而污泥中的其他一些物質(zhì)又轉(zhuǎn)移到了液相中，使得溶液中TOC較初始值仍能維持較高范圍。反應(yīng)結(jié)束時(shí)，工藝一與工藝二污泥上清液中兩者的濃度分別為2 797mg/L和2 664mg/L。

4 工藝一和工藝二中上清液TOC濃度變化

3 結(jié)論

①反應(yīng)結(jié)束后，兩種工藝VSS最終去除率均高于50%，污泥達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間及氮磷等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化并未受到影響，而因而中溫厭氧與高溫好氧相結(jié)合的污泥處理在處理效果上與高溫好氧相類似，但在反應(yīng)初期不需要曝氣，降低工藝運(yùn)行成本，有利于該工藝的工程應(yīng)用。

②兩種工藝污泥上清液中氮、磷和TOC濃度均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)，反應(yīng)結(jié)束時(shí)兩種工藝各物質(zhì)上清液濃度值相當(dāng)，工藝一并未對(duì)整個(gè)高溫好氧消化效果產(chǎn)生影響。

[1]宋玉棟，胡洪營(yíng).污泥自熱式高溫好氧消化技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，7(6):13－18.

[2]程潔紅，張善發(fā)，陳華，等.曝氣量對(duì)自熱式高溫好氧消化(ATAD)中試工藝運(yùn)行的影響[J].水處理技術(shù)，2006，32(5):39－41.

[3]EPA 1990/625/R －92/013，Environmental Regulations and Technology:control of pathogens and vector attraction in sewage sludge under 40 CFR Part 503[S].

[4]XUE T，HUANG X.RELEASING characteristics of phosphorus and other substa nces during thermal treatment of excess sludge[J].Journal of Environmental Scienees，2007，19:1 153 －1 158.

[5]Banat F.A，Prechtl S.B，Bischof F.Experimental assessment of bio －reduction of Di－2 －thylhexyl phthalate(DEHP)under aerobic thermophilic conditions[J].Chemosphere，1999，39(12):2 097 －2 106.

[6]Mason C.A，Haner A，Hamer G.Aerobic thermophilic waste sludge treatment[J].Water Science and Technology，1992，25(1):113－118.