低溫?zé)崴馓岣呶勰鄥捬跸阅艿难芯?/h1>
2014-06-15 18:46:14劉巍蒲文晶饒輝凱苗磊鐘大輝莊立波呂利民
油氣田環(huán)境保護(hù) 2014年2期
劉巍 蒲文晶 饒輝凱 苗磊 鐘大輝 莊立波 呂利民
（中國(guó)石油吉林石化公司研究院）
低溫?zé)崴馓岣呶勰鄥捬跸阅艿难芯?/p>
劉巍 蒲文晶 饒輝凱 苗磊 鐘大輝 莊立波 呂利民
（中國(guó)石油吉林石化公司研究院）
先將剩余污泥進(jìn)行低溫?zé)崴忸A(yù)處理，其后測(cè)定生物化學(xué)甲烷勢(shì)（BMP）來(lái)研究熱水解對(duì)剩余污泥厭氧消化性能的影響。結(jié)果表明：污水廠剩余污泥經(jīng)低溫?zé)崴馓幚砜墒刮勰喙腆w溶解和水解，從而提高剩余污泥厭氧消化性能。最適宜的熱水解條件為70℃，24 h，此時(shí)剩余污泥TCOD去除率由18%提高到30%，熱水解處理后沼氣產(chǎn)量提高63%。
污泥；減量；低溫?zé)崴?；厭氧消?/p>
0 引 言
污泥厭氧消化是應(yīng)用最為廣泛的污泥減量工藝，可使最終需要處置的污泥體積減少30%～50%［1］，并產(chǎn)生能量，消化完全時(shí)可以消除惡臭，殺死病原微生物，消化污泥容易脫水。但剩余污泥的大部分碳素都包裹在微生物的細(xì)胞壁內(nèi)，不易成為厭氧消化的良好碳源，這使得傳統(tǒng)的污泥厭氧消化工藝不僅效率低，而且停留時(shí)間長(zhǎng)。為克服傳統(tǒng)污泥厭氧消化工藝消化速率慢、停留時(shí)間長(zhǎng)、處理效率低的缺點(diǎn)，在污泥厭氧消化前進(jìn)行預(yù)處理，提高污泥厭氧消化速率已成為研究的熱點(diǎn)［1-3］。
本文研究了低溫?zé)崴忸A(yù)處理技術(shù)，探討了低溫?zé)崴鈱?duì)污泥厭氧消化性能的影響，確定了最合適的低溫?zé)崴鈼l件。該技術(shù)能有效提高甲烷產(chǎn)量，有利于能源的回收利用。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
剩余污泥取自某污水處理廠回流井回流污泥，剩余污泥取回后置于實(shí)驗(yàn)室沉淀24 h排去上清液備用。
厭氧菌種來(lái)自某污水廠生活污泥厭氧消化后消化污泥。
1.2 試驗(yàn)裝置
低溫?zé)崴庠囼?yàn)：恒溫水浴振蕩器，最高溫度99℃。
生物化學(xué)甲烷勢(shì)（BMP）試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。
圖1 BMP試驗(yàn)裝置
1.3 試驗(yàn)方法
低溫?zé)崴庠囼?yàn)方法：剩余污泥沉淀24 h后，棄去上清液，分別取400 m L置于四個(gè)三角瓶中，在60，70，80℃的條件下分批進(jìn)行熱水解。每一溫度系列設(shè)定的熱水解時(shí)間分別為8，24，48，72 h，到達(dá)預(yù)設(shè)定的時(shí)間后取出一個(gè)反應(yīng)瓶，分析溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）和揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。
BMP測(cè)定程序［3］：
①厭氧菌種馴化：取150 mL厭氧菌種置于250 mL血清瓶中，在恒溫水浴槽內(nèi)35℃的條件下振蕩培養(yǎng)，每天以6%的投配率用剩余污泥進(jìn)行置換，用堿液吸收法收集甲烷。
②取50 m L經(jīng)厭氧馴化后的接種污泥加入到125 m L血清瓶中，再加入50 m L待測(cè)污泥，同時(shí)取50 m L經(jīng)厭氧馴化后的接種污泥作空白樣。
③在連接氣路前用氮?dú)獯迪捶磻?yīng)瓶1 min以驅(qū)除反應(yīng)瓶中的剩余空氣，然后迅速用膠塞密封瓶口。
④將反應(yīng)瓶置于35℃的環(huán)境下進(jìn)行培養(yǎng)。每日分別記錄泥樣和空白樣的CH4產(chǎn)量，直至產(chǎn)氣停止。CH4氣體采用排堿液法用量筒收集。所用堿液為3 mol／L NaOH溶液。當(dāng)沼氣通過(guò)強(qiáng)堿溶液時(shí)，其中的CO2轉(zhuǎn)化為碳酸鹽被溶液吸收，只有CH4氣體可以通過(guò)溶液，通過(guò)記錄量筒刻度的變化計(jì)算每日CH4產(chǎn)生量。
1.4 分析方法
COD采用GB／T 11914-89《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)量》的重鉻酸鉀法；VFA采用五點(diǎn)滴定法。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 低溫?zé)崴鈱?duì)剩余污泥化學(xué)性質(zhì)的影響
剩余污泥分別在60，70，80℃條件下經(jīng)過(guò)8，24，48，72 h的熱水解，經(jīng)熱水解后SCOD和VFA的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2、圖3。
圖2 剩余污泥各條件下SCOD的變化
圖3 剩余污泥各條件下VFA的變化
從圖2可看出，溫度對(duì)熱水解效果的影響規(guī)律是：80℃和70℃明顯好于60℃，而80℃與70℃的效果相差不大。時(shí)間對(duì)熱水解效果的影響規(guī)律是：隨熱水解時(shí)間延長(zhǎng)SCOD逐漸從剩余污泥中溶出，SCOD在熱水解作用的前8 h溶出速率較快，8 h后溶出速率緩慢。
圖3顯示VFA隨熱水解時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增加，表明在熱水解的作用下，污泥中的大分子有機(jī)物逐漸水解為低分子有機(jī)酸。綜合考慮熱水解后SCOD和VFA的變化情況，確定最佳熱水解條件為70℃，24 h。
2.2 剩余污泥經(jīng)低溫?zé)崴鈱?duì)厭氧消化性能的影響
BMP的值可間接表示在厭氧消化過(guò)程中被降解有機(jī)物的數(shù)量，通過(guò)測(cè)定剩余污泥熱水解前后的BMP研究熱水解對(duì)厭氧消化性能的影響。BMP試驗(yàn)共分兩階段：第一階段為厭氧菌種馴化，第二階段為BMP測(cè)試階段。
2.2.1 厭氧菌種馴化
厭氧菌種馴化期間甲烷日產(chǎn)氣量見(jiàn)表1。
表1 甲烷每日產(chǎn)量m L
從表1可看出：11月8日～11月11日期間產(chǎn)氣量逐漸增多。11月12日～11月18日期間產(chǎn)氣量穩(wěn)定，表明已完成污泥馴化。
2.2.2 BMP測(cè)試結(jié)果
試驗(yàn)過(guò)程中累計(jì)甲烷產(chǎn)量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。
圖4 剩余污泥熱水解前后累計(jì)甲烷產(chǎn)量
從圖4可看出，兩個(gè)樣品在接近18 d時(shí)累計(jì)產(chǎn)氣量已不再增大，這表明：BMP試驗(yàn)中能降解的有機(jī)物在18 d內(nèi)已經(jīng)完全降解。剩余污泥累計(jì)產(chǎn)氣量66.3 m L，熱水解污泥累計(jì)產(chǎn)氣量108.1 m L。剩余污泥經(jīng)熱水解處理后累計(jì)產(chǎn)量增加41.8 m L。由累計(jì)產(chǎn)氣量可計(jì)算出剩余污泥和熱水解剩余污泥的日產(chǎn)氣量，見(jiàn)圖5。
圖5 剩余污泥熱水解前后日產(chǎn)甲烷量
從圖5可看出，剩余污泥在第1 d產(chǎn)氣量最大，為14.3 m L。隨后產(chǎn)氣量下降，到第16 d產(chǎn)氣停止。熱水解污泥前7 d的產(chǎn)氣量明顯高于剩余污泥，第4 d產(chǎn)氣量最大，達(dá)19.8 m L，到第17 d產(chǎn)氣停止。
BMP試驗(yàn)前后污泥TCOD見(jiàn)表2。
表2 BMP試驗(yàn)前后污泥TCOD變化
由表2可看出，熱水解后污泥產(chǎn)氣量提高63%。有機(jī)物去除率由18%提高到30%。由于產(chǎn)氣率和有機(jī)物去除率可作為衡量污泥厭氧消化的指標(biāo)，經(jīng)低溫?zé)崴忸A(yù)處理后，污泥的厭氧消化性能得到改善，產(chǎn)氣率升高，有機(jī)物去除率提高。
3 結(jié) 論
污水廠剩余污泥經(jīng)低溫?zé)崴馓幚砜墒刮勰喙腆w溶解和水解，從而提高剩余污泥厭氧消化性能。最適宜的熱水解條件為70℃，24 h，此時(shí)剩余污泥TCOD去除率由18%提高到30%。熱水解處理后沼氣產(chǎn)量提高63%。
［1］ 趙慶良,趙赫.剩余污泥減量化技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J].給水排水,2005,31(11):106-111.
［2］ 王寶貞.污泥減量技術(shù)[J].給水排水,2000,26(10): 28-31.
［3］ 王治軍,王偉.熱水解預(yù)處理改善污泥的厭氧消化性能[J].環(huán)境科學(xué),2005,26(1):68-71.
1005-3158（2014）02-0038-03
2013-03-12）
（編輯 張爽）
10.3969／j.issn.1005-3158.2014.02.013
劉巍，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國(guó)石油吉林石化公司研究院環(huán)保所從事環(huán)保治理技術(shù)方面的工作。通信地址：吉林省吉林市龍?zhí)秴^(qū)遵義東路27號(hào)吉林石化公司研究院環(huán)保所，132021
劉巍 蒲文晶 饒輝凱 苗磊 鐘大輝 莊立波 呂利民
（中國(guó)石油吉林石化公司研究院）
低溫?zé)崴馓岣呶勰鄥捬跸阅艿难芯?/p>
劉巍 蒲文晶 饒輝凱 苗磊 鐘大輝 莊立波 呂利民
（中國(guó)石油吉林石化公司研究院）
先將剩余污泥進(jìn)行低溫?zé)崴忸A(yù)處理，其后測(cè)定生物化學(xué)甲烷勢(shì)（BMP）來(lái)研究熱水解對(duì)剩余污泥厭氧消化性能的影響。結(jié)果表明：污水廠剩余污泥經(jīng)低溫?zé)崴馓幚砜墒刮勰喙腆w溶解和水解，從而提高剩余污泥厭氧消化性能。最適宜的熱水解條件為70℃，24 h，此時(shí)剩余污泥TCOD去除率由18%提高到30%，熱水解處理后沼氣產(chǎn)量提高63%。
污泥；減量；低溫?zé)崴?；厭氧消?/p>
0 引 言
污泥厭氧消化是應(yīng)用最為廣泛的污泥減量工藝，可使最終需要處置的污泥體積減少30%～50%［1］，并產(chǎn)生能量，消化完全時(shí)可以消除惡臭，殺死病原微生物，消化污泥容易脫水。但剩余污泥的大部分碳素都包裹在微生物的細(xì)胞壁內(nèi)，不易成為厭氧消化的良好碳源，這使得傳統(tǒng)的污泥厭氧消化工藝不僅效率低，而且停留時(shí)間長(zhǎng)。為克服傳統(tǒng)污泥厭氧消化工藝消化速率慢、停留時(shí)間長(zhǎng)、處理效率低的缺點(diǎn)，在污泥厭氧消化前進(jìn)行預(yù)處理，提高污泥厭氧消化速率已成為研究的熱點(diǎn)［1-3］。
本文研究了低溫?zé)崴忸A(yù)處理技術(shù)，探討了低溫?zé)崴鈱?duì)污泥厭氧消化性能的影響，確定了最合適的低溫?zé)崴鈼l件。該技術(shù)能有效提高甲烷產(chǎn)量，有利于能源的回收利用。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
剩余污泥取自某污水處理廠回流井回流污泥，剩余污泥取回后置于實(shí)驗(yàn)室沉淀24 h排去上清液備用。
厭氧菌種來(lái)自某污水廠生活污泥厭氧消化后消化污泥。
1.2 試驗(yàn)裝置
低溫?zé)崴庠囼?yàn)：恒溫水浴振蕩器，最高溫度99℃。
生物化學(xué)甲烷勢(shì)（BMP）試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。
圖1 BMP試驗(yàn)裝置
1.3 試驗(yàn)方法
低溫?zé)崴庠囼?yàn)方法：剩余污泥沉淀24 h后，棄去上清液，分別取400 m L置于四個(gè)三角瓶中，在60，70，80℃的條件下分批進(jìn)行熱水解。每一溫度系列設(shè)定的熱水解時(shí)間分別為8，24，48，72 h，到達(dá)預(yù)設(shè)定的時(shí)間后取出一個(gè)反應(yīng)瓶，分析溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）和揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。
BMP測(cè)定程序［3］：
①厭氧菌種馴化：取150 mL厭氧菌種置于250 mL血清瓶中，在恒溫水浴槽內(nèi)35℃的條件下振蕩培養(yǎng)，每天以6%的投配率用剩余污泥進(jìn)行置換，用堿液吸收法收集甲烷。
②取50 m L經(jīng)厭氧馴化后的接種污泥加入到125 m L血清瓶中，再加入50 m L待測(cè)污泥，同時(shí)取50 m L經(jīng)厭氧馴化后的接種污泥作空白樣。
③在連接氣路前用氮?dú)獯迪捶磻?yīng)瓶1 min以驅(qū)除反應(yīng)瓶中的剩余空氣，然后迅速用膠塞密封瓶口。
④將反應(yīng)瓶置于35℃的環(huán)境下進(jìn)行培養(yǎng)。每日分別記錄泥樣和空白樣的CH4產(chǎn)量，直至產(chǎn)氣停止。CH4氣體采用排堿液法用量筒收集。所用堿液為3 mol／L NaOH溶液。當(dāng)沼氣通過(guò)強(qiáng)堿溶液時(shí)，其中的CO2轉(zhuǎn)化為碳酸鹽被溶液吸收，只有CH4氣體可以通過(guò)溶液，通過(guò)記錄量筒刻度的變化計(jì)算每日CH4產(chǎn)生量。
1.4 分析方法
COD采用GB／T 11914-89《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)量》的重鉻酸鉀法；VFA采用五點(diǎn)滴定法。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 低溫?zé)崴鈱?duì)剩余污泥化學(xué)性質(zhì)的影響
剩余污泥分別在60，70，80℃條件下經(jīng)過(guò)8，24，48，72 h的熱水解，經(jīng)熱水解后SCOD和VFA的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2、圖3。
圖2 剩余污泥各條件下SCOD的變化
圖3 剩余污泥各條件下VFA的變化
從圖2可看出，溫度對(duì)熱水解效果的影響規(guī)律是：80℃和70℃明顯好于60℃，而80℃與70℃的效果相差不大。時(shí)間對(duì)熱水解效果的影響規(guī)律是：隨熱水解時(shí)間延長(zhǎng)SCOD逐漸從剩余污泥中溶出，SCOD在熱水解作用的前8 h溶出速率較快，8 h后溶出速率緩慢。
圖3顯示VFA隨熱水解時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增加，表明在熱水解的作用下，污泥中的大分子有機(jī)物逐漸水解為低分子有機(jī)酸。綜合考慮熱水解后SCOD和VFA的變化情況，確定最佳熱水解條件為70℃，24 h。
2.2 剩余污泥經(jīng)低溫?zé)崴鈱?duì)厭氧消化性能的影響
BMP的值可間接表示在厭氧消化過(guò)程中被降解有機(jī)物的數(shù)量，通過(guò)測(cè)定剩余污泥熱水解前后的BMP研究熱水解對(duì)厭氧消化性能的影響。BMP試驗(yàn)共分兩階段：第一階段為厭氧菌種馴化，第二階段為BMP測(cè)試階段。
2.2.1 厭氧菌種馴化
厭氧菌種馴化期間甲烷日產(chǎn)氣量見(jiàn)表1。
表1 甲烷每日產(chǎn)量m L
從表1可看出：11月8日～11月11日期間產(chǎn)氣量逐漸增多。11月12日～11月18日期間產(chǎn)氣量穩(wěn)定，表明已完成污泥馴化。
2.2.2 BMP測(cè)試結(jié)果
試驗(yàn)過(guò)程中累計(jì)甲烷產(chǎn)量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。
圖4 剩余污泥熱水解前后累計(jì)甲烷產(chǎn)量
從圖4可看出，兩個(gè)樣品在接近18 d時(shí)累計(jì)產(chǎn)氣量已不再增大，這表明：BMP試驗(yàn)中能降解的有機(jī)物在18 d內(nèi)已經(jīng)完全降解。剩余污泥累計(jì)產(chǎn)氣量66.3 m L，熱水解污泥累計(jì)產(chǎn)氣量108.1 m L。剩余污泥經(jīng)熱水解處理后累計(jì)產(chǎn)量增加41.8 m L。由累計(jì)產(chǎn)氣量可計(jì)算出剩余污泥和熱水解剩余污泥的日產(chǎn)氣量，見(jiàn)圖5。
圖5 剩余污泥熱水解前后日產(chǎn)甲烷量
從圖5可看出，剩余污泥在第1 d產(chǎn)氣量最大，為14.3 m L。隨后產(chǎn)氣量下降，到第16 d產(chǎn)氣停止。熱水解污泥前7 d的產(chǎn)氣量明顯高于剩余污泥，第4 d產(chǎn)氣量最大，達(dá)19.8 m L，到第17 d產(chǎn)氣停止。
BMP試驗(yàn)前后污泥TCOD見(jiàn)表2。
表2 BMP試驗(yàn)前后污泥TCOD變化
由表2可看出，熱水解后污泥產(chǎn)氣量提高63%。有機(jī)物去除率由18%提高到30%。由于產(chǎn)氣率和有機(jī)物去除率可作為衡量污泥厭氧消化的指標(biāo)，經(jīng)低溫?zé)崴忸A(yù)處理后，污泥的厭氧消化性能得到改善，產(chǎn)氣率升高，有機(jī)物去除率提高。
3 結(jié) 論
污水廠剩余污泥經(jīng)低溫?zé)崴馓幚砜墒刮勰喙腆w溶解和水解，從而提高剩余污泥厭氧消化性能。最適宜的熱水解條件為70℃，24 h，此時(shí)剩余污泥TCOD去除率由18%提高到30%。熱水解處理后沼氣產(chǎn)量提高63%。
［1］ 趙慶良,趙赫.剩余污泥減量化技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J].給水排水,2005,31(11):106-111.
［2］ 王寶貞.污泥減量技術(shù)[J].給水排水,2000,26(10): 28-31.
［3］ 王治軍,王偉.熱水解預(yù)處理改善污泥的厭氧消化性能[J].環(huán)境科學(xué),2005,26(1):68-71.
1005-3158（2014）02-0038-03
2013-03-12）
（編輯 張爽）
10.3969／j.issn.1005-3158.2014.02.013
劉巍，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國(guó)石油吉林石化公司研究院環(huán)保所從事環(huán)保治理技術(shù)方面的工作。通信地址：吉林省吉林市龍?zhí)秴^(qū)遵義東路27號(hào)吉林石化公司研究院環(huán)保所，132021
