超声与碱预处理剩余污泥中温两相厌氧消化★

赵纯广 毕 东 赵纯洲 季晓飞

(1.中国市政工程东北设计研究总院，吉林 长春 130021； 2.中庆建设有限责任公司，吉林 长春 130062)

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超声与碱预处理剩余污泥中温两相厌氧消化★

赵纯广1毕 东1赵纯洲2季晓飞1

(1.中国市政工程东北设计研究总院，吉林 长春 130021； 2.中庆建设有限责任公司，吉林 长春 130062)

以北方某污水处理厂(A/O工艺)剩余活性污泥为研究对象，考察了超声波与生石灰联合预处理对后续剩余污泥两相中温厌氧消化的影响，结果表明：两相反应器内污泥絮体被充分破坏，厌氧消化过程中在产酸相和产甲烷相内，NH3-N浓度均有提高，但是没有出现磷的显著释放。

中温，厌氧消化，剩余活性污泥，超声预处理，两相

污水处理会产生较多污水污泥，污泥中含有大量的有害物质，污泥处理的目的是使污泥减量化，无害化。两相消化是根据消化机理进行设计。目的是使各相消化池具有更适合于消化过程三个阶段各自的菌种群生长繁殖的环境。厌氧消化可分为三种阶段：水解、产酸及产甲烷阶段。如采用两相消化法，即把第一、第二阶段与第三阶段分别在两个消化池中进行，使各自都有最佳环境条件[4]。本试验采用超声波和生石灰联合预处理技术强化污泥分解，并对预处理剩余污泥进行中温两相厌氧消化，从而改善消化污泥性能，且使污泥达到减量化、稳定化的目的。

1 试验部分

1)工艺流程及装置。试验装置如图1所示，反应器总有效容积为20.25 L，产酸相有效容积4.5 L，产甲烷相有效容积15.75 L，每天进泥2 L，产酸相、产甲烷相均采用完全混合式反应器。进泥用蠕动泵人工操作，搅拌方式采用机械搅拌，产酸相和产甲烷相的消化温度均控制在(35±1)℃。

原泥取自北方某市工业废水处理厂UASB反应器内的厌氧污泥和城市污水处理厂的初沉污泥。基质的配制：取2 L浓缩剩余活性污泥加CaO 560 mg进行超声波处理1 h。在系统启动初期，COD，TS，VS，pH，VFA，氨氮、碱度等则不定期测定，以观察反应器的运行情况。稳定运行后，每天测定以上各项指标。

2)检测项目及方法。主要检测项目和分析方法见表1[5]。

表1 分析项目及检测方法

2 试验结果与讨论

2.1 厌氧消化过程中VS与污泥含水率变化

由图2可见，经超声波与碱联合预处理剩余活性污泥VS值较高，总体在15 074 mg/L～24 766 mg/L之间。当向反应器系统中投加超声波与碱联合预处理剩余活性污泥进行厌氧消化时，经过产酸相后VS在14 651 mg/L～22 342 mg/L之间，产酸相对超声波与碱联合预处理的剩余污泥中VS平均去除率为17.2%。当预处理污泥进入产甲烷相后，由图2可见，VS有较大变化，整体在11 450 mg/L～17 154 mg/L之间，在40 d中预处理剩余污泥经两相厌氧消化后总体对VS平均去除率为32.8%。从图中可知，预处理剩余污泥经产酸相VS变化幅度较小，大部分VS是经产甲烷相处理；总体对VS的去除效果较好；污泥中的有机物大量被去除，污泥将会趋于稳定化[6]。

超声波与碱联合预处理剩余污泥的含水率较高，含水率约为97.7%。由图3可见，经产酸相处理后污泥的含水率约为95.4%；经过产甲烷相处理污泥的含水率为93.8%。

2.2 厌氧消化过程中氨氮和TP

经超声波与碱联合预处理的剩余污泥中TP的浓度平均为390 mg/L，由图5可见，经过产酸相TP略有增长，平均为427 mg/L。进入产甲烷相后TP的浓度仍有所增加平均达到451 mg/L，总体看来经厌氧消化TP浓度变化幅度不是很大。

2.3 pH值和碱度

在系统运行过程中，产酸相、产甲烷相pH值均维持在6.8～7.2之间，并维持相对稳定的范围，系统中产酸相均未发生酸化现象。

(1)

本试验经预处理的污泥中，含有33%的蛋白质,根据式(1),蛋白质降解后产生的NH3对于反应体系的碱度贡献较大,因此NH3对于维持反应器的稳定运行有重要作用。对本试验而言,在稳定运行阶段,两相厌氧消化系统中产甲烷相的平均碱度(以CaCO3)为2 000 mg/L,具有较好的pH值调节能力。

两相厌氧消化工艺pH的变化见图6。

3 结语

[1] H.Bouallagui,M.Torrijos,J.J.Godon,et al.Two-phase anaerobic digestion of fruit and vegetable wastes:bioreactors performance[J].Biochemcial Engineering Joural,2004,21(1):193-197.

[2] 张自杰.排水工程(下册)[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3] 国家环保局.水和废水监测分析方法[M].第4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[4] Sebstien Michauda,Nicolas Berneta,Pierre Buffierea.Methane Yield as a monitoring parameter for the start-up of anaerobic fixed film reactors[J].Water Research,2002,36(2001):1385-1391.

[5] Zupancic G,RosM.Heat and energy requirements in thermophilic anaerobic sludge digestion[J].Renewable enerqy,2003(28):2255-2267.

[6] 付胜涛，于水利，严晓菊.剩余活性污泥与厨余垃圾的混合中温厌氧消化[J].环境科学，2006，27(7)：1459-1463.

[7] 胡纪萃.废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[8] 张 祥.谈污泥厌氧消化预处理方法[J].山西建筑，2014，40(6)：137-138.

Two-phase mesophilic anaerobic digestion of WasteActivated Sludge by ultrasonic and alkaline pretreatment★

ZHAO Chun-guang1BI Dong1ZHAO Chun-zhou2JI Xiao-fei1

(1.China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute, Changchun 130021, China；2.Zhongqing Construction Limited Liability Company, Changchun 130062, China)

Based on municipal Waste Activated Sludge(WAS) obtained from WWTP (A/O process) in north, the effects of combined pretreatment of ultrasound together with CaO were investigated on subsequent two-phase mesophilic anaerobic digestion. The results show that the sludge flocs are completely broken down in two phases by Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. NH3-N concentrations in two phases are enhanced during anaerobic digestion. However, there is no significant phosphorus release in two phases.

mesophilic, anaerobic digestion, Waste Activated Sludge(WAS), ultrasonic pretreatment, two-phase

1009-6825(2014)31-0133-02

2014-08-28★:吉林省重大科技项目(项目编号：20040405-1)

赵纯广(1981- )，男，硕士，工程师; 毕 东(1982- )，男，硕士，工程师; 赵纯洲(1988- )，男，助理工程师; 季晓飞(1985- )，女，硕士，工程师

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