污水处理厂污泥酶解溶出有机物试验研究

王伟怡

(张家口市宣化区市政工程公司,河北张家口075000)

1 引 言

污水污泥是城市污水处理厂处理污水过程中的必然产物.一个稳定运行的城市污水处理厂都会产生一定量的污水污泥.因此,城市污水处理的总量越大,污水厂产生的污泥越多.随着城市的发展,城市污水处理率逐年提高,城市污泥的产量也急剧增加[1].污泥处理是污水处理厂重要的工作内容之一.西方国家污泥处理处置的成本一般占整个污水厂运行费用的50%以上.而我国长期以来对污泥处理没有给予足够的重视,造成我国污泥处理技术严重滞后,有污泥稳定处理设施的还不到25%,处理工艺和配套设备完善的不到10%[2].

本研究采用静态试验方法,污泥投加酒曲后进行厌氧发酵,对污泥酶水解前后的可溶性有机物进行测定,根据测定结果考察污泥酶水解溶出有机物的可行性.从而寻求一种有效技术既能解决低碳源污水处理厂强化生物除磷的碳源问题,又能减少污泥的量,达到污泥减量化、资源化的目的.

2 试验方案

2.1 试验方法和材料

2.1.1 试验方法

采用静态实验的方法,在250 mL的锥形瓶中加入适量污泥和酒曲,盖上瓶塞保持厌氧状态,混合摇匀后放置在恒温培养箱中进行厌氧发酵.

2.1.2 试验材料

泥样:采用的污泥全部取自武汉市沙湖污水处理厂的污泥,包括浓缩污泥和脱水污泥,脱水污泥经干燥箱在100℃～110℃下烘干后备用.

酒曲:采用安琪酒曲(包括米酒曲、白酒曲、啤酒曲).其中米酒曲的主要配料为根霉菌和米粉,适用于甜酒的生产;白酒曲采用安琪酿酒高活性干酵母,配料为天然酵母和乳化剂,适用于白酒、黄酒、制醋等生产,也可用于配制生料酒曲;啤酒曲采用安琪啤酒活性干酵母,适宜各种类型啤酒的酿造.

2.2 试验步骤

2.2.1 投加酒曲对烘干脱水污泥厌氧发酵

脱水污泥在105℃～110℃的温度烘干后研磨细,取10 g烘干的污泥和200 mL蒸馏水混合均匀成供试污泥,在每个250 mL带塞的锥形瓶中放入200 mL供试污泥,投加10%米酒曲(按含固量计),加塞混合均匀后放入培养箱中发酵,温度控制在30±1℃,定时取样分析.

2.2.2 对比投加酒曲对灭菌浓缩污泥和不灭菌浓缩污泥发酵的影响

厌氧发酵分两批:①在每个250 mL带塞的锥形瓶中放入200 mL浓缩污泥,放入水浴锅(控制温度在90℃左右)中煮30 min,取出冷却,待温度降到30℃以下时,投加10%米酒曲(按含固量计),加塞混合均匀后放入培养箱中发酵,温度控制在30±1℃,定时取样分析.②直接在每个250 mL带塞的锥形瓶中放入200 mL浓缩污泥和10%米酒曲(按含固量计),加塞混合均匀后放入培养箱中发酵,温度控制在30±1℃,定时取样分析.

2.2.3 对比投加酒曲和不投加酒曲两种情况下浓缩污泥的发酵结果

厌氧发酵分两批:①在每个250 mL带塞的锥形瓶中放入200 mL污泥和10%米酒曲(按含固量计),加塞混合均匀后放入培养箱中发酵,温度控制在30±1℃,定时取样分析.②直接在每个250 mL带塞的锥形瓶中放入200 mL污泥,加塞混合均匀后放入培养箱中发酵,温度控制在30±1℃,定时取样分析.定期测定反应瓶中SCOD的含量,并与发酵前污泥的SCOD的含量进行对比,分析酒曲对污泥厌氧发酵的影响.

2.3 试验测定方法

根据试验目的和试验安排,本阶段试验中主要指标和测定方法如表2.1所示.其中scoD为溶解性指标,泥样经12000 r/min离心6 min后取上清液测定[4].

表2.1 试验测定方法

3 试验结果

3.1 酒曲对烘干脱水污泥厌氧发酵SCOD产率的影响

图3.1为烘干脱水污泥投加酒曲后进行厌氧发酵时SCOD的变化曲线.从整体变化曲线可看出,在考察的5天发酵时间里,随着发酵时间的延长,SCOD呈不断增长趋势.从曲线变化斜率可看出,污泥的SCOD前2天增长速度较快,2天之后,增长速度稍微变缓.从增长幅度看,前2天污泥的SCOD从初始浓度9391 mg/L增加到13915 mg/L,增加了4524 mg/L,第2天到第5天SCOD增加了2457 mg/L,发酵5天SCOD增加了74%.

图3.1 烘干脱水污泥厌氧发酵过程中SCOD的变化曲线

从图3.1还可看出,污泥的起始SCOD值非常大,是污泥在烘干灭菌过程中由于热解的作用,使得污泥中的部分细胞体受热膨胀而破裂,释放出蛋白质和胶质、矿物质以及细胞膜碎片,进而水解、溶化形成可溶性聚缩氨酸、氨氮、挥发酸以及碳水化合物等,使得污泥的SCOD值增大.在实际工程中,将污泥完全烘干再进行处理利用是不可能实现的,因此,还需考虑实际工程运行中,如何实现酒曲强化污泥的厌氧发酵.

3.2 酒曲对灭菌浓缩污泥厌氧发酵SCOD产率的影响

本次试验泥样选择浓缩污泥,并且从实际应用出发,我们对比考察了灭菌(湿式灭菌)和不灭菌两种情况下的污泥厌氧发酵结果,结果如图3.2所示.图3.2为灭菌和不灭菌浓缩污泥投加酒曲后进行厌氧发酵时SCOD的变化曲线.从图中可以看到,灭菌后再进行发酵,污泥的SCOD值没有保持不变,总体而言污泥的SCOD值反而增大,再次说明酒曲可以强化污泥的厌氧发酵,实现酶解溶出污泥的有机物作为有机碳源的可能.

图3.2 浓缩污泥厌氧发酵过程中SCOD的变化曲线

从图3.2同样看到,没有经过灭菌的污泥在发酵过程中,污泥的SCOD值在前5天呈不断增长趋势,5天后有所下降,但总体来说污泥的SCOD值是增大了,说明不进行灭菌,投加酒曲直接进行厌氧发酵也能溶出污泥中的有机物.对比灭菌和不灭菌两种情况下,污泥厌氧发酵过程中SCOD的变化曲线,两者都是呈先快速增大,而后逐渐减小的趋势.从图3.2还可看出,灭菌后污泥的起始SCOD值比较大,达到2546 mg/L,是没有灭菌的3倍多,说明污泥在灭菌过程中污泥性质发生了变化,一些复杂有机物在水浴时分解成水溶性的简单化合物.在实际工程中,我们不可能先将污泥水浴灭菌再进行厌氧发酵,因此,还需对不灭菌浓缩污泥投加酒曲的发酵结果进行进一步试验.

3.3 酒曲对不灭菌浓缩污泥厌氧发酵SCOD产率的影响

由图3.3可知,投加酒曲后溶出的COD明显大幅度增加,而没投加酒曲直接发酵的SCOD值基本没有什么增长,而是随着发酵时间的延长略有降低.从整体对比,没有投加酒曲后的最大SCOD值达696 mg/L,投加酒曲后的最大SCOD值达2565 mg/L,约是前者的3.7倍;从整个发酵时期内的平均SCOD值看,后者是前者的4.2倍;从整体变化趋势看,两者的SCOD值都是先增长,随着发酵时间的延长略又降低.

不投加酒曲的污泥厌氧发酵后的SCOD值开始略有增加,说明污泥中原有微生物具有将复杂有机物分解成水溶性的简单化合物的作用,但从变化幅度看,污泥中原有微生物所起的作用非常小.对比两者的曲线,在同样的条件下,投加酒曲的平均SCOD是未投加的4.2倍,说明投加酒曲强化污泥酶解溶出有机物是很有效的.

图3.3 酒曲对污泥厌氧发酵过程中SCOD的影响

4 结 论

(1)将脱水污泥烘干后,再加蒸馏水稀释,投加酒曲后进行厌氧发酵,发酵5天后污泥的SCOD值由9391 mg/L增加到16372 mg/L,增加了 6951 mg/L,SCOD的浓度增加了74%.

(2)对比灭菌浓缩污泥和不灭菌浓缩污泥的发酵结果,发酵前2天SCOD快速增长,2天后增长速度减慢,到第5天SCOD值达到最大,5天后随着发酵时间的延长,SCOD值略有降低,两者SCOD值的变化趋势基本相同.从增长幅度看,灭菌的SCOD值经过5天时间,由2546 mg/L增加到4553 mg/L,增加了2007 mg/L;没有灭菌的SCOD值由676 mg/L增加到2565 mg/L,增加了1889 mg/L,两者增长幅度基本相同.

(3)对比投加酒曲和不投加酒曲情况下浓缩污泥的发酵结果,投加酒曲后SCOD明显大幅度增加,而不投加酒曲直接发酵的SCOD值基本没有明显增长.从整体对比,没有投加酒曲后的最大SCOD值达696 mg/L,投加酒曲后的最大SCOD值达2565 mg/L,约是前者的3.7倍;从整个发酵时期内的平均SCOD值看,后者是前者的4.2倍.

[1]徐明德,李琼.污泥处理厂污泥的处理及应用[J].科技情报开发与经济,2007,17(01):155～162

[2]张光明,张信芳,张盼月编著.城市污泥资源化技术进展[M].北京:化学工业出版社,2006

[3]国家环境保护总局编.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002