预处理剂对污泥厌氧消化产气量影响研究

陈 曦

（天津创业环保集团股份有限公司，天津300381）

厌氧消化过程中污泥细胞内有机质释放是污泥水解酸化的关键[1]。污泥中的有机物主要是胞外聚合物，由高分子聚合物，如多糖、糖蛋白、核酸、脂类和腐殖酸等构成。胞外聚合物是指在特定环境下由细菌代谢分泌出的、包裹在细胞壁外的高分子聚合物。在预处理方法破解微生物细胞壁前，需要先破解胞外聚合物结构；胞外聚合物结构的破解可以提高污泥水解的速率和程度，从而提高厌氧发酵的效率，增加产气量[2]。

天津市津南污泥处理厂目前采用高效厌氧消化工艺处理污泥。由于各污水厂剩余污泥的有机分较低，溶出有机物偏少，为了提高产气量，本研究添加预处理剂对污泥厂的进泥进行试验，旨在通过破坏胞外聚合物，提高有机质的转化效率。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1）津南污泥处理厂调配后污泥，含水率为91%左右，pH值为7～7.5左右。

2）厌氧消化试验采用BMP装置，单罐容量500 mL。

3）预处理剂包括：四氧化三铁、羟基氧化铁、高铁酸钾、柠檬酸钠。

1.2 试验方法

在调配污泥中添加不同预处理剂，预处理剂和污泥的添加量为质量比1∶400，在40 ℃下进行厌氧消化，消化时间14～18 d，考察污泥产气的结果。

选取对增加产气影响最大的添加剂添加到调配污泥中，考察不同添加量对污泥产气的影响。

2 结果与讨论

2.1 添加不同预处理剂处理对污泥产气的影响

用四氧化三铁纳米颗粒[3]、高铁酸钾[4]、柠檬酸钠[5]等试剂来强化水解，更有利于产气。本研究采用不同价态的铁盐及有机物柠檬酸钠对比作为预处理剂，观察产气情况。见图1-图3。

图1 不同预处理剂每日产气速率

图2 不同预处理剂每日产气量

图3 不同预处理剂产气效果

从图1-图3可以看出：添加铁盐对产气有抑制效果，特别是添加高铁酸钾，加入后污泥的产气被严重抑制，这是因为高铁酸钾水解后呈强碱性，污泥中的产甲烷菌被抑制，待有机物不断被水解累积后pH 值下降，产甲烷菌开始产气，所以初期的产气速率不到空白对照的一半，但是6 d后产气速率大幅提升，最后的产气总量比空白对照多10.21%；添加柠檬酸钠可以大幅提高产气量，产气量可提高46.57%。高铁酸钾和柠檬酸钠都对胞外聚合物有一定破坏作用，促进消化的水解过程，胞外聚合物解体后转化为更多的碳源供产甲烷菌利用转化为沼气；但添加柠檬酸钠的效果更好且柠檬酸钠不会影响厌氧消化过程中的pH值。

2.2 预处理剂添加量对污泥产气的影响

考虑到添加剂的添加量不宜过高，所以确定柠檬酸钠的添加量为0.5、1、1.5、2、3 g，产气情况见图4 和图5。

图4 不同预处理剂添加量产气效果

图5 不同预处理剂添加量每日产气速率

从图4可以看出：随着柠檬酸钠添加量的提高，污泥的产气量增高，分别比空白对照组提高了14.57%、24.31%、37.08%、58.58%、89.65%。从图5 中可以看出：柠檬酸钠的添加量在2 g 以内每日的产气速率没有起伏；而添加量超过2 g后，柠檬酸钠的作用是有周期性的，添加量越大周期性的每日产气速率高峰值越大。就本试验来看，柠檬酸钠的添加量越高，对污泥的破壁作用越好，产气效果越好。

3 结论

通过小试说明添加预处理剂可有效地进行细胞破壁，将胞外聚合物转化为有效碳源，提高污泥的产气率且增幅较大。考虑到成本问题，添加柠檬酸钠用于厌氧消化工艺初期调试，可有效缩短调试周期，提高产气量，具有投资少、见效快的特点。

1）添加柠檬酸钠和高铁酸钾都可有助于提高产气，柠檬酸钠的效果更好。

2）柠檬酸钠的价格为160 元/25 kg 左右（网购价格），按照0.5%的比例添加，产气量可增加一倍来计算，800 t80%含水率的污泥需要添加柠檬酸钠4.5 t，成本约3万元。□■