污泥低温热水解效果研究

刘　超，王　飞

(中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆　401122)



污泥低温热水解效果研究

刘超，王飞

(中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆401122)

剩余污泥；热水解；低温

随着经济科技的发展，污水处理厂的不断兴建与完善，污水处理厂的副产物-污泥的产量必将越来越多，不同的处理工艺其产量不同，大致为处理水量的0.5%～2.5%[1]。据统计，2005年我国污泥产量为1113万吨。污泥中通常含有大量有毒有害物质和未稳定的有机物质，脱水性和厌氧消化性能较差。通过强化的预处理手段改善污泥的脱水性能和生物降解性能，从而提高污泥处理的整体效率，一直是污泥处理领域的研究热点。

污泥热水解处理是一种有效的污泥处理技术。污泥经过热水解处理后，污泥中微生物絮体解体，微生物细胞破碎，细胞中的有机物释放出来并进一步水解。污泥经过热水解不但能够提高污泥的脱水性能，由于有机物的释放还能够提高污泥的厌氧消化性能，增加甲烷产量。王治军等实验研究表明污泥经过热水解处理厌氧消化总COD去除率提高到56.8%[2]。污泥热水解具有很多优点，首先提高了污泥的脱水性；提高了生物气产量，消化液可以作为反硝化的碳源[3-6]。但是污泥热水解在高温高压条件下，运行费用及对设备的要求较高，运行管理复杂，产生的气体气味难闻等一系列缺点。针对以上缺点，本研究在低温条件下对污泥进行热解，考察污泥有机物水解和脱水性能改善的特性变化。

1　实　验

1.1材料来源及基本特性

污泥低温热水解：污泥为重庆某城市污水处理厂剩余污泥，将取来的污泥过筛(1 mm×1 mm)去除大的无机颗粒和毛发，将污泥存于4 ℃冰箱后续利用。污泥特性见表1。

表1　污泥主要特性参数

1.2污泥低温热处理方法及试验操作方法

取5个500 mL的锥形瓶，分别加入搅拌均匀的污泥300 mL，将3个装有污泥的锥形瓶置于水浴恒温振荡器，控制温度分别为40 ℃、60 ℃、80 ℃，转速为100 rpm，分别在30 min、60 min、120 min、180 min取样测定。将另两个置于立式压力蒸汽灭菌器，分别控制温度为105 ℃和120 ℃，均在180 min取样测定。SV30所有温度下均为180 min时测得。

1.3分析项目及测定方法

2　结果与讨论

2.1低温热水解污泥固体溶解规律

图1描述了不同温度下180 min内VSS溶解率的变化过程。随着低温热水解时间的增加，不同温度下VSS溶解率逐渐增大。VSS溶解率在较低温度(40 ℃和60 ℃)时影响不大，较高温度(105 ℃和120 ℃)下VSS溶解率迅速增加。在105 ℃和120 ℃条件下，VSS溶解率在180 min时分别为12.2%和14.3%。污泥固体的水解以VSS水解为主，无机物只发生少量溶解。污泥固体有机物高温热水解过程首先微生物絮体离散和解体，细胞内的有机物质(蛋白质、脂肪、碳水化合物)被释放出来不断溶解，溶解性有机物不断水解。较低温度(40 ℃和60 ℃)微生物絮体只发生部分解体，在较高温度(105 ℃和120 ℃)下，微生物絮体不但解体，溶解性有机物还会进一步水解，因此在较低温度下VSS溶解率小，较高温度下VSS溶解率大。

图1　低温热水解污泥固体溶解规律

2.2温度对氨氮浓度的影响

污泥中的氮主要是以蛋白质的形式存在，胞外聚合物以及细胞内物质均含有大量的蛋白质，蛋白质是污泥厌氧发酵产氢的主要营养元素，污泥微生物细胞壁的破碎溶解又是污泥减量的限制步骤，并且蛋白质水解生成的氨氮能平衡热水解污泥体系的碱度和pH值。图2为污泥中氨氮随温度的变化。从图2可以看出随着时间的增加，所有温度下氨氮浓度均逐渐增加，温度越高污泥上清液中氨氮浓度越高。较低温度(40 ℃和60 ℃)时，上清液中氨氮浓度由初始的7.7 mg/L分别上升为180 min时的19.4 mg/L和27.2 mg/L。较高温度(105 ℃和120 ℃)时，上清液中氨氮浓度大幅升高，分别为115.9 mg/L和208.6 mg/L。水解温度越高对污泥微生物细胞壁的溶解率越高，80 ℃到120 ℃低温热预处理能够破坏微生物细胞壁释放出蛋白质，这与前人研究相符[7]。

图2　温度对氨氮浓度的影响

2.3温度对溶解性磷的影响

生物除磷是利用某些微生物在一定条件下过量摄取污水中的磷酸盐并合成体内储能物质聚磷[8-9]，主要存在于微生物的细胞壁和细胞质内。污泥热水解过程中胞外聚合物的解体及细胞的破裂会释放出大量的含磷有机物质，从而使得污泥上清液中溶解性磷 含量的升高。由图3可知，污泥热水解过程中溶解性磷含量随着时间的延长逐渐增加，温度越高磷的释放量越高。经过40 ℃、60 ℃、80 ℃、105 ℃和120 ℃加热180 min后，溶解性磷由原来的23.7 mg/L，分别上升为32.3 mg/L、40.3 mg/L、46.8 mg/L、64.1 mg/L和74.9 mg/L。

图3　溶解性磷的变化

2.4温度对SCOD的影响

由图4可知，所有温度条件下SCOD随着时间的延长逐渐增加，温度越高SCOD越大。在加热条件下，微生物胞外聚合物及细胞壁不断溶解，胞外聚合物中含有大量的多糖、蛋白质、核酸等物质以及细胞内的碳水化合物、蛋白质及脂肪等有机物逐渐由污泥固相转移至液相，这些物质导致污泥上清液中SCOD浓度不断升高。在较低温度(40 ℃和60 ℃)下，SCOD增加幅度不大，在180 min时分别由110 mg/L增加至234 mg/L和397 mg/L。在较高温度(105 ℃和120 ℃)下，SCOD分别增加至1130 mg/L和1320 mg/L。在较高温度下污泥絮体的解聚和微生物细胞壁的溶解更加完全，导致污泥上清液中SCOD增幅更大。并且在较低温度下，部分微生物可以利用溶解的低分子有机物作为碳源生长繁殖，合成新细胞，部分含碳物质返回固相[10]。在高温条件下微生物难以生存，不能利用有机物。因此，污泥低温热水解SCOD的变化由细胞溶解、水解和合成共同作用而引起。

图4　不同温度下SCOD的变化

2.5温度对污泥沉降性能的影响

污泥沉降比(SV30)是表征污泥沉降性能最常用的指标。由图5可见，污泥沉降性随温度的升高而明显改善。经过40 ℃、60 ℃、80 ℃、105 ℃和120 ℃加热180 min后，SV30由原泥的80.7%分别降为74.3%、69.8%、59.2%、49.7%和39.1%。SV30比原泥分别降低了7.9%、13.5%、26.6%、38.4%和51.5%。

图5　污泥沉降性能的变化

3　结　论

[1]郑伟, 李小明, 熊伟, 等.污泥热水解处理技术研究进展[J].广州化工,2012,40(7):3-5.

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Hydrolysis of Sludge at Low Temperature

LIUChao,WANGFei

(CISDI Engineering Co., Ltd., Chongqing 401122, China)

excess sludge; thermal hydrolysis; low temperature

刘超(1981-)，男，工程师，主要从事环境保护与能源利用。

X799.3

A

1001-9677(2016)010-0099-03