低温热水解提高污泥厌氧消化性能的研究

2014-06-15刘巍蒲文晶饶辉凯苗磊钟大辉庄立波吕利民

油气田环境保护 2014年2期

关键词：厌氧菌气量甲烷

刘巍蒲文晶饶辉凯苗磊钟大辉庄立波吕利民

（中国石油吉林石化公司研究院）

低温热水解提高污泥厌氧消化性能的研究

刘巍蒲文晶饶辉凯苗磊钟大辉庄立波吕利民

（中国石油吉林石化公司研究院）

先将剩余污泥进行低温热水解预处理，其后测定生物化学甲烷势（BMP）来研究热水解对剩余污泥厌氧消化性能的影响。结果表明：污水厂剩余污泥经低温热水解处理可使污泥固体溶解和水解，从而提高剩余污泥厌氧消化性能。最适宜的热水解条件为70℃，24 h，此时剩余污泥TCOD去除率由18%提高到30%，热水解处理后沼气产量提高63%。

污泥；减量；低温热水解；厌氧消化

0 引言

污泥厌氧消化是应用最为广泛的污泥减量工艺，可使最终需要处置的污泥体积减少30%～50%［1］，并产生能量，消化完全时可以消除恶臭，杀死病原微生物，消化污泥容易脱水。但剩余污泥的大部分碳素都包裹在微生物的细胞壁内，不易成为厌氧消化的良好碳源，这使得传统的污泥厌氧消化工艺不仅效率低，而且停留时间长。为克服传统污泥厌氧消化工艺消化速率慢、停留时间长、处理效率低的缺点，在污泥厌氧消化前进行预处理，提高污泥厌氧消化速率已成为研究的热点［1-3］。

本文研究了低温热水解预处理技术，探讨了低温热水解对污泥厌氧消化性能的影响，确定了最合适的低温热水解条件。该技术能有效提高甲烷产量，有利于能源的回收利用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

剩余污泥取自某污水处理厂回流井回流污泥，剩余污泥取回后置于实验室沉淀24 h排去上清液备用。

厌氧菌种来自某污水厂生活污泥厌氧消化后消化污泥。

1.2 试验装置

低温热水解试验：恒温水浴振荡器，最高温度99℃。

生物化学甲烷势（BMP）试验装置见图1。

图1 BMP试验装置

1.3 试验方法

低温热水解试验方法：剩余污泥沉淀24 h后，弃去上清液，分别取400 m L置于四个三角瓶中，在60，70，80℃的条件下分批进行热水解。每一温度系列设定的热水解时间分别为8，24，48，72 h，到达预设定的时间后取出一个反应瓶，分析溶解性化学需氧量（SCOD）和挥发性脂肪酸（VFA）。

BMP测定程序［3］：

①厌氧菌种驯化：取150 mL厌氧菌种置于250 mL血清瓶中，在恒温水浴槽内35℃的条件下振荡培养，每天以6%的投配率用剩余污泥进行置换，用碱液吸收法收集甲烷。

②取50 m L经厌氧驯化后的接种污泥加入到125 m L血清瓶中，再加入50 m L待测污泥，同时取50 m L经厌氧驯化后的接种污泥作空白样。

③在连接气路前用氮气吹洗反应瓶1 min以驱除反应瓶中的剩余空气，然后迅速用胶塞密封瓶口。

④将反应瓶置于35℃的环境下进行培养。每日分别记录泥样和空白样的CH4产量，直至产气停止。CH4气体采用排碱液法用量筒收集。所用碱液为3 mol／L NaOH溶液。当沼气通过强碱溶液时，其中的CO2转化为碳酸盐被溶液吸收，只有CH4气体可以通过溶液，通过记录量筒刻度的变化计算每日CH4产生量。

1.4 分析方法

COD采用GB／T 11914-89《水质化学需氧量的测量》的重铬酸钾法；VFA采用五点滴定法。

2 试验结果与讨论

2.1 低温热水解对剩余污泥化学性质的影响

剩余污泥分别在60，70，80℃条件下经过8，24，48，72 h的热水解，经热水解后SCOD和VFA的变化趋势见图2、图3。

图2 剩余污泥各条件下SCOD的变化

图3 剩余污泥各条件下VFA的变化

从图2可看出，温度对热水解效果的影响规律是：80℃和70℃明显好于60℃，而80℃与70℃的效果相差不大。时间对热水解效果的影响规律是：随热水解时间延长SCOD逐渐从剩余污泥中溶出，SCOD在热水解作用的前8 h溶出速率较快，8 h后溶出速率缓慢。

图3显示VFA随热水解时间延长逐渐增加，表明在热水解的作用下，污泥中的大分子有机物逐渐水解为低分子有机酸。综合考虑热水解后SCOD和VFA的变化情况，确定最佳热水解条件为70℃，24 h。

2.2 剩余污泥经低温热水解对厌氧消化性能的影响

BMP的值可间接表示在厌氧消化过程中被降解有机物的数量，通过测定剩余污泥热水解前后的BMP研究热水解对厌氧消化性能的影响。BMP试验共分两阶段：第一阶段为厌氧菌种驯化，第二阶段为BMP测试阶段。

2.2.1 厌氧菌种驯化

厌氧菌种驯化期间甲烷日产气量见表1。

表1 甲烷每日产量m L

从表1可看出：11月8日～11月11日期间产气量逐渐增多。11月12日～11月18日期间产气量稳定，表明已完成污泥驯化。

2.2.2 BMP测试结果

试验过程中累计甲烷产量变化趋势见图4。

图4 剩余污泥热水解前后累计甲烷产量

从图4可看出，两个样品在接近18 d时累计产气量已不再增大，这表明：BMP试验中能降解的有机物在18 d内已经完全降解。剩余污泥累计产气量66.3 m L，热水解污泥累计产气量108.1 m L。剩余污泥经热水解处理后累计产量增加41.8 m L。由累计产气量可计算出剩余污泥和热水解剩余污泥的日产气量，见图5。