污泥消化處理試驗(yàn)研究

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簡介： 針對長春市擬建設(shè)日處理能力為39萬m3一級污水處理廠投產(chǎn)后產(chǎn)生的初沉池污泥進(jìn)行可消化性的研究，旨在為北郊污水處理廠提供污泥消化處理設(shè)計和運(yùn)行管理的必要基礎(chǔ)資料。試驗(yàn)結(jié)果表明一級處理后產(chǎn)生的污泥可消化處理。消化后的污泥中重金屬及其它有害物質(zhì)含量均不超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284—84)，可作為農(nóng)業(yè)肥料。
關(guān)鍵字：城市污水 一級處理 初沉池 污泥消化

　　Abstract: Sludge digestion experiment has been conducted on the primary sludge from the Changchun WTP which will be built with capacity of 390 thousand cubic meters per day to investigate the digestibility and to get information for design and operation of sludge digestion facility. The results is fair and approved that the contents of heavy metals and other hazard substances in the digested sludge is low to meet the requirement of the national standard of pollutants control of agricultural sludge (GB4284-84). It will be best as fertilizer.

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

1.2　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CH₄、CO₂、CO、H₂。

表1　消化試驗(yàn)控制條件

3　主要考察的內(nèi)容
3.1　投配比試驗(yàn)(Ⅱ柱)
　　①初沉池污泥消化前后含水率；②不同投配比情況下的產(chǎn)氣量；③氣體成分含量；④污泥消化率；⑤單位污泥產(chǎn)氣量(L/L)；⑥初沉池污泥VSS平均含量(g/L)。
3.2　消化歷程試驗(yàn)(Ⅰ柱)
　?、倏疾煜^程中pH變化；②產(chǎn)氣量的變化情況；③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)(Ⅱ柱)
　　Ⅱ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5.5～6.8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7.2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。Ⅱ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5.5～5.8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)
　?、裰鶑?月13日加泥，至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

5.1　投配率試驗(yàn)結(jié)果分析
5.1.1　VSS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%投配比的VSS負(fù)荷為1.01g/(L ^. d)，大于4%投配比0.79g/(L ^. d)的污泥負(fù)荷。4%投配率的消化時間為25天，5%投配率的消化時間為20天。根據(jù)資料介紹，最佳消化時間為25天左右。
5.1.2　pH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7.05～7.5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。
5.1.3　VSS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48.45%，反略低于5%投配率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/g～1.06L/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)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CH₄、CO₂、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

　　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
　?、裰M(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。

　　　　　　
圖1　消化歷程產(chǎn)氣量曲線　　　　　　　　　　圖2　消化歷程pH變化曲線