污泥消化處理試驗(yàn)研究

污泥消化處理試驗(yàn)研究

摘要針對長春市擬建設(shè)日處理能力為39萬m3一級污水處理廠投產(chǎn)后產(chǎn)生的初沉池污泥進(jìn)行可消化性的研究，旨在為北郊污水處理廠提供污泥消化處理設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的必要基礎(chǔ)資料。試驗(yàn)結(jié)果表明一級處理后產(chǎn)生的污泥可消化處理。消化后的污泥中重金屬及其它有害物質(zhì)含量均不超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284—84)，可作為農(nóng)業(yè)肥料。

關(guān)鍵詞城市污水一級處理初沉池污泥消化

Abstract:SludgedigestionexperimenthasbeenconductedontheprimarysludgefromtheChangchunWTPwhichwillbebuiltwithcapacityof390thousandcubicmetersperdaytoinvestigatethedigestibilityandtogetinformationfordesignandoperationofsludgedigestionfacility.Theresultsisfairandapprovedthatthecontentsofheavymetalsandotherhazardsubstancesinthedigestedsludgeislowtomeettherequirementofthenationalstandardofpollutantscontrolofagriculturalsludge(GB4284-84).Itwillbebestasfertilizer.1消化試驗(yàn)的工藝流程及裝置

本次試驗(yàn)采用兩套消化裝置，一套用來作污泥投配比試驗(yàn)，另一套用來作一次加泥的消化歷程試驗(yàn)。

消化工藝的流程圖污泥消化試驗(yàn)裝置

消化裝置的主體是有機(jī)玻璃柱，有效容積13L，消化柱周圍用電熱絲加熱，用繼電器和節(jié)點(diǎn)溫度計(jì)進(jìn)行恒溫控制，上部用泥斗加泥，下部出泥管排放消化后的污泥，柱中心裝設(shè)攪拌裝置，產(chǎn)生的氣體通過消化柱上端出氣管進(jìn)入集氣瓶，從集氣瓶出來的氣體經(jīng)過氣體流量計(jì)隨時(shí)記錄產(chǎn)氣量。在消化柱內(nèi)設(shè)玻璃連通管用做觀測柱內(nèi)液面高度和測定pH值。2試驗(yàn)內(nèi)容、方法及條件

試驗(yàn)污泥是取自截流污水沉淀試驗(yàn)每天排放的新污泥。

投配比試驗(yàn)

消化柱首次加泥13kg，待污泥培養(yǎng)接近成熟后開始每天按投配比例加泥，排泥量按投加量及消化柱的玻璃連通管的液面嚴(yán)格控制。柱內(nèi)保持恒定泥量，隨時(shí)觀測柱內(nèi)溫度和產(chǎn)氣狀況，柱內(nèi)不斷均勻攪拌，速度為20r/min。

消化歷程試驗(yàn)

一次性加泥13kg，中間過程不加新泥也不排泥。

主要分析項(xiàng)目

含水率、pH、VSS、堿度(抽測)、產(chǎn)生的氣體測定CH4、CO2、CO、H2。表1消化試驗(yàn)控制條件投配比試驗(yàn)(Ⅱ柱)消化歷程試驗(yàn)

(Ⅰ柱)4%投配率5%投配率首次投泥量/L131313每日投泥量/mL520650投加時(shí)間每日一次每日一次控制溫度/℃33±±±攪拌方式連續(xù)連續(xù)連續(xù)消化前后污泥取樣量/g202020

3主要考察的內(nèi)容

投配比試驗(yàn)(Ⅱ柱)

①初沉池污泥消化前后含水率；②不同投配比情況下的產(chǎn)氣量；③氣體成分含量；④污泥消化率；⑤單位污泥產(chǎn)氣量(L/L)；⑥初沉池污泥VSS平均含量(g/L)。

消化歷程試驗(yàn)(Ⅰ柱)

①考察消化過程中pH變化；②產(chǎn)氣量的變化情況；③污泥消化周期。

4試驗(yàn)運(yùn)行情況

污泥投配比試驗(yàn)(Ⅱ柱)

Ⅱ柱從8月22日裝泥，直到8月30日前為污泥培養(yǎng)階段。在此段時(shí)間內(nèi)pH在～之間，產(chǎn)氣量很少，從8月31日起產(chǎn)氣量逐漸增加，9月1日開始向柱內(nèi)進(jìn)泥和排泥，到9月5日產(chǎn)氣量基本平衡，其pH迅速提高到以上，9月9日氣體成分分析結(jié)果也可看出甲烷比例已達(dá)到43%以上。說明厭氧消化的兩個(gè)階段兼性厭氧菌和甲烷菌的代謝達(dá)到平衡，消化正常運(yùn)行。從9月9日到9月21日，按4%投配比共運(yùn)行16天。Ⅱ柱從9月26日重新裝泥，至10月6日10天時(shí)間為污泥培養(yǎng)階段，在此階段內(nèi)pH在～之間，產(chǎn)氣量很少，從10月7日產(chǎn)氣量增加，同時(shí)進(jìn)行5%投配率的進(jìn)泥和出泥，到10月9日產(chǎn)氣量已達(dá)到平衡，柱內(nèi)pH上升到以上，10月9日氣體分析結(jié)果甲烷比例已達(dá)到77%，說明代謝平衡，消化正常。從10月9日開始，到11月7日結(jié)束，正常運(yùn)行29天。

一次投泥消化歷程試驗(yàn)

Ⅰ柱從9月13日加泥，至10月10日基本不產(chǎn)氣，共運(yùn)行28天，每天測定柱內(nèi)pH值并記錄產(chǎn)氣量，監(jiān)測堿度變化。

5試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)及分析(見表2)表2污泥消化試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表投配比試驗(yàn)消化歷程試驗(yàn)

Ⅰ柱Ⅱ柱4%投配Ⅱ柱5%投配平均含水率/%進(jìn)泥出泥平均VSS含量/%進(jìn)泥出泥范圍進(jìn)泥～～出泥～～堿度/mg/L23002400～2700污泥消化率/VSS%日平均產(chǎn)氣量/L/d單位污泥產(chǎn)氣量/L/L單位VSS產(chǎn)氣量/L/g美國污水處理廠設(shè)計(jì)手冊(～)分解單位VSS產(chǎn)氣量/L/g美國污水處理廠設(shè)計(jì)手冊(～)單位污泥VSS量/g/LVSS負(fù)荷/g/(L.d)

投配率試驗(yàn)結(jié)果分析

VSS負(fù)荷

有機(jī)物負(fù)荷是影響污泥消化的重要因素，本試驗(yàn)用VSS負(fù)荷來分析不同污泥投配率的消化效果。

從表2中可見5%投配比的VSS負(fù)荷為/(L.d)，大于4%投配比/(L.d)的污泥負(fù)荷。4%投配率的消化時(shí)間為25天，5%投配率的消化時(shí)間為20天。根據(jù)資料介紹，最佳消化時(shí)間為25天左右。

pH值和堿度

從理論上看消化反應(yīng)的兩個(gè)階段，第一階段主要是兼性厭氧菌起作用，首先是細(xì)菌表面和周圍介質(zhì)中的酶將高分子有機(jī)物水解成水溶性簡單有機(jī)物，兼性菌將這些簡單有機(jī)物通過細(xì)胞膜的選擇吸收并在細(xì)胞膜內(nèi)代謝，產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸、醇、醛、酮等都是第二階段甲烷菌的養(yǎng)分，產(chǎn)酸菌和甲烷菌必須在適當(dāng)pH值和堿度范圍內(nèi)才能保持代謝平衡，消化才能正常進(jìn)行，試驗(yàn)中兩種投配比正常運(yùn)行時(shí)pH均在～之間，堿度超過2300mg/L。說明此時(shí)pH值范圍和堿度是較合適的。

VSS的消化率

有機(jī)物的消化率隨時(shí)間的延長而增加。但本次試驗(yàn)4%投配率時(shí)VSS的消化率僅為%，反略低于5%投配率VSS的%消化率。其主要原因是4%投泥是在8月下旬和9月上旬，這一季節(jié)雨量較大，截流污水沉淀試驗(yàn)污泥中VSS含量較低，僅為%，在含水率相同時(shí)，自然VSS低時(shí)會(huì)使消化率有一定下降。因此在試驗(yàn)結(jié)果中并沒有表現(xiàn)出4%投配率的消化率高。

含水率

消化污泥的含水率均較低，為%～%是因?yàn)槌恋碓囼?yàn)每天排一次污泥，污泥在池底沉積時(shí)間較長，有一定的濃縮。因此提高了污泥有機(jī)質(zhì)的含量，使VSS的量增加，單位污泥產(chǎn)氣量達(dá)/L，但單位VSS產(chǎn)氣量為/g～/g。另外含水率低使容積負(fù)荷加大。

產(chǎn)氣量

日平均產(chǎn)氣量實(shí)際是單位污泥在整個(gè)消化過程產(chǎn)氣時(shí)的積分和，可用公式表示式中V——產(chǎn)氣量；

f(t)——是隨時(shí)間、有機(jī)物濃度、成分、溫度等變化的產(chǎn)氣量的函數(shù)；

n——停留天數(shù)。

在單位污泥VSS含量相等、消化條件相同時(shí)，污泥負(fù)荷大，日平均產(chǎn)氣量高，單位污泥產(chǎn)氣量低；污泥負(fù)荷小，日平均產(chǎn)氣量低，單位污泥產(chǎn)氣量高。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮單位污泥產(chǎn)氣量和平均產(chǎn)氣量，以合理發(fā)揮消化設(shè)備的處理效果。

氣體成分

污泥消化產(chǎn)生的氣體中主要成分有CH4、CO2、N2、CO等，在試驗(yàn)過程中對氣體成分的含量做了多次測定，其測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表3中。表3氣體成分分析表日期Ⅰ柱日期Ⅱ柱4%投配比CH4

/%CO2

/%N2

/%H2CH4

/%CO2

/%N2

/%微量微量微量微量微量微量微量微量微量日期Ⅱ柱5%投配比微量微量微量微量微量微量微量微量從本次試驗(yàn)兩種投配比率單位VSS產(chǎn)氣量看，均高于美國污水處理廠設(shè)計(jì)手冊所提出的值。另外VSS產(chǎn)氣量和分解單位VSS產(chǎn)氣量均高于美國污水處理廠設(shè)計(jì)手冊所給的值，基本原因是美國污水處理廠污泥是混合污泥，本次試驗(yàn)是初沉池污泥。

污泥消化歷程試驗(yàn)結(jié)果分析

Ⅰ柱進(jìn)行消化歷程的試驗(yàn)，考察整個(gè)污泥消化周期，并了解污泥消化各時(shí)期產(chǎn)氣及pH值變化規(guī)律。圖1和圖2為全程消化過程產(chǎn)氣量和pH值變化曲線。

圖1消化歷程產(chǎn)氣量曲線圖2消化歷程pH變化曲線整個(gè)產(chǎn)氣過程分為兩部分，前一部分產(chǎn)氣量達(dá)到高峰前，產(chǎn)氣量逐日增加。消化過程由酸性發(fā)酵向堿性發(fā)酵階段過渡，開始階段pH值低，酸度高，后一階段堿度升高，pH值升高到7以上，產(chǎn)氣高峰過后實(shí)際上柱內(nèi)有機(jī)物含量下降，營養(yǎng)不再過剩，產(chǎn)氣量逐日下降，當(dāng)泥中可分解的有機(jī)物消耗將盡以后，產(chǎn)氣消化過程結(jié)束?？梢娤芷跒?8天～29天。從產(chǎn)氣量變化曲線中可以看出消化12天左右產(chǎn)氣量達(dá)到高峰，pH值在左右產(chǎn)氣量最大，說明甲烷菌消化控制pH在左右最為適宜。開始階段抽測的堿度為170mg/L，后一階段抽測的堿度為2700mg/L。分析結(jié)果可見前一階段CH4含量低，N2含量高，中后期CH4含量高，CO2和N2含量低。

6消化后污泥毒害物質(zhì)含量的測定

對消化后污泥中的毒害物和成分進(jìn)行了分析和監(jiān)測，結(jié)果見表4。從檢測結(jié)果可以看出長春市污水廠消化后的污泥均符合國家規(guī)定的《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284—84)。污泥中N、P含量較高，重金屬和其它毒害物質(zhì)均較低，因此可作為改良土壤用。表4污泥樣品檢測結(jié)果1＃2＃3＃平均值標(biāo)準(zhǔn)值毒

害

物Cu/mg//mg/000Cd/mg//mg/000As/mg//mg/＜/mg/000CN/mg/酚/mg/未檢出苯并(α)芘/mg/肥

分N/mg/kg9220143902010014570P/mg/kg23K/mg/7污泥消化試驗(yàn)結(jié)論

(1)長春市伊通河截流污水一級處理的污泥可以消化處理。沉淀污泥有機(jī)物含量較高，VSS含量達(dá)到50%左右，單位污泥VSS可達(dá)到20g/L左右。

(2)污泥的可消化率較高，可達(dá)到48%以上(按VSS計(jì))。

(3)單位污泥的產(chǎn)氣量較高，可達(dá)到每升濕污泥產(chǎn)氣20L左右(投配率4%～5%)。

(4)單位VSS的產(chǎn)氣量較高，可達(dá)到1L/g左右。

(5)試驗(yàn)4%投配率污泥負(fù)荷為/(L.d)，5%投配率為/(L.d)，產(chǎn)氣運(yùn)行良