机械超声和碱预处理对后续厌氧消化和脱水性能的影响

尹耀康

（惠州市技师学院（惠州市高级技工学校），广东惠州516003）

机械超声和碱预处理对后续厌氧消化和脱水性能的影响

尹耀康

（惠州市技师学院（惠州市高级技工学校），广东惠州516003）

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，建设城市污水处理厂已成为治理水污染不可或缺的措施。厌氧消化是污水处理厂剩余污泥减量化处理的最优工艺，但目前厌氧消化普遍存在消化时间长、消化效率不高等问题。通过机械超声和碱预处理手段，促进污泥絮体中的蛋白质、多糖及胞外酶从絮体内层释放到外层，创造有机质与胞外酶充分接触的环境，从而提高后续厌氧消化效率。本文恰恰是针对性研究这两种预处理方法对后续厌氧消化过程中污泥脱水性能的影响。

机械超声；碱预处理；污泥脱水性能

厌氧消化是污水处理厂剩余污泥减量化处理的最优工艺，但目前厌氧消化普遍存在消化时间长、消化效率不高等问题。已有研究结果均表明，采用预处理方法可以缩短污泥厌氧消化时间和提高厌氧消化效率。其中，机械超声和碱是最常用的两种预处理方法。

污泥物化预处理的其中一种方法——机械超声技术，在机械超声空化作用中产生的局部高压、高温和强烈的剪切力，可使污泥絮体发生解聚及破坏污泥细胞壁，将包裹在细胞EPS中的有机质释放出来，表现为SCOD占总COD的比例上升，从而改善污泥有机物的微生物可利用性。碱处理也是一种破坏污泥絮体和溶解大分子有机物的有效方法，且预处理方法简单，经济适用。

1 机械超声预处理调控污泥消化及脱水性能

1.1 厌氧消化性能及产气量的比较

TSS和VSS的变化通常用来评价厌氧消化性能。实验发现，机械超声预处理使得厌氧消化过程中污泥TSS和VSS的降解率达到52.6%和55.2%，而对照组污泥TSS和VSS的降解率仅为45.4%和47.9%，即机械超声预处理显著提高了后续厌氧消化性能。图1为机械超声预处理对厌氧消化产气量的影响，对照组污泥经厌氧消化后产气量为425 mg/gVSS added，而经机械超声预处理后，污泥产气量增至535 mg/gVSS added，机械超声预处理使得污泥厌氧消化产气量增大25%左右。

图1 机械超声预处理对产气量的影响

1.2 污泥厌氧消化过程中的脱水性能变化

图2为两种工况下污泥脱水性能的变化趋势。由图可以看出，对照组污泥在厌氧消化过程中，脱水性能是明显变差的。原污泥的模化CST为1.42 s L/g–TSS，厌氧消化第8 d，其值增大至18.9 s L/g–TSS。在第8–14 d，脱水性能变化幅度不大。随后的厌氧消化导致模化CST迅速上升，在反应结束时其值增至47.3 s L/g–TSS。

机械超声预处理导致原污泥脱水性能迅速恶化，经机械超声波预处理后，污泥的模化CST值由原泥的1.42 s L/g–TSS升至44.4 s L/g–TSS.但随后的厌氧消化改善了污泥的脱水性能：厌氧消化开始后，污泥的模化CST逐渐降低，至反应结束时降为20.9 s L/g–TSS，远低于对照组工况结束时污泥的模化CST值。从图还可以看出，厌氧消化第15 d后，机械超声预处理污泥的脱水性能要优于对照组工况。结合图2的结果表明，与对照组工况相比，机械超声预处理不仅提高了后续厌氧效率效率，还改善了消化污泥最终的脱水性能。因此，可以通过控制消化时间，达到机械超声预处理同步改善污泥的消化和脱水性能的目的。

图2 厌氧消化过程中污泥脱水性能的变化

1.3 粒径对消化过程中污泥脱水性能的影响

图3为厌氧消化过程中污泥絮体粒径与模化CST的pearson相关性分析结果。

图3 污泥粒径和模化CST的Pearson相关性

从图中可以看出，对于对照组污泥，消化过程中污泥絮体粒径和模化CST呈显著相关性（R2=0.91，p＜0.05）；而机械超声预处理污泥的厌氧消化过程中，絮体粒径和模化CST没有显著相关性（R2= 0.67，p＞0.05）。Lawler等人报道认为消化污泥的脱水性能与粒径显著相关，但本文的结果进一步表明，仅对照组污泥的脱水性能与粒径显著相关，而机械超声预处理污泥却没有类似相关性。原因可能是机械超声波预处理不仅改变了污泥絮体的粒径，更重要的作用是使得污泥絮体有机物大幅度溶出，致使污泥絮体粒径对脱水性能的影响比重变小。

2 结论

（1）机械超声预处理工况时，对照组TSS和VSS的降解率为45.4%和47.9%，而机械超声预处理可将TSS和VSS的降解率提高至52.6%和55.2%，且使得产气量增大25%左右；碱预处理工况时，对照组TSS和VSS降解率为41.2%和50.6%，而碱处理可将TSS和VSS降解率提高至46.6%和57.1%，且使得产气量增大15.5%.

（2）对照组污泥在厌氧消化过程中，脱水性能是明显变差的。机械超声预处理使得原污泥脱水性能变差，但随后的厌氧消化逐渐改善了脱水性能，故可以通过控制消化时间，达到机械超声波预处理同步改善污泥消化和脱水性能的目的。低剂量的碱预处理提高了后续消化污泥的脱水性能，而高剂量的碱预处理恶化了后续消化污泥的脱水性能。

[1]王怡，刘潘，彭党聪.机械超声及碱处理促进剩余污泥水解的试验研究[J].中国给水排水，2010，（15）.

[2]徐静，王三反.机械超声波预处理改善污泥性能研究[J].净水技术，2009，（1）.

[3]薛向东，金奇庭，朱文芳.污泥机械超声破解效应及厌氧消化性能研究[J].生态环境，2006，（1）.

[4]许龙.机械超声波辐射促进污泥需氧消化工艺研究[D].重庆大学，2004.

Effects of Mechanical Ultrasound and Alkaline Pretreatment on Subsequent Anaerobic Digestion and Dehydration

YIN Yao-kang
（Huizhou Technician College（Huizhou Senior Technical School），Huizhou Guangdong 516003，China）

With the development of China’s economy and the improvement of people's living standards，the construction of municipal wastewater treatment plants has become an indispensable measure to control water pollution. Anaerobic digestion is the best process to reduce waste sludge in wastewater treatment plant，but anaerobic digestion generally has long digestion time and low digestion efficiency.The machinery of ultrasonic and alkaline pretreatment method，promote the sludge flocs in protein，polysaccharide and extracellular enzymes released from the inner layer to the outer layer of floc，and extracellular organic matter to create full contact environment，so as to improve the efficiency of anaerobic digestion.This paper is aimed at studying the influence of these two pretreatment methods on sludge dewatering performance in the following anaerobic digestion process.

mechanical ultrasound；alkali pretreatment；sludge dewatering performance

X703

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0308-03

2017-02-29

尹耀康（1982-），男，广东惠州人，工学学士，机械讲师，研究方向：数控模具、智能制造。