污水處理廠污泥酶解溶出有機(jī)物試驗(yàn)研究

王偉怡

(張家口市宣化區(qū)市政工程公司,河北張家口075000)

1 引 言

污水污泥是城市污水處理廠處理污水過程中的必然產(chǎn)物.一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的城市污水處理廠都會產(chǎn)生一定量的污水污泥.因此,城市污水處理的總量越大,污水廠產(chǎn)生的污泥越多.隨著城市的發(fā)展,城市污水處理率逐年提高,城市污泥的產(chǎn)量也急劇增加[1].污泥處理是污水處理廠重要的工作內(nèi)容之一.西方國家污泥處理處置的成本一般占整個(gè)污水廠運(yùn)行費(fèi)用的50%以上.而我國長期以來對污泥處理沒有給予足夠的重視,造成我國污泥處理技術(shù)嚴(yán)重滯后,有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到25%,處理工藝和配套設(shè)備完善的不到10%[2].

本研究采用靜態(tài)試驗(yàn)方法,污泥投加酒曲后進(jìn)行厭氧發(fā)酵,對污泥酶水解前后的可溶性有機(jī)物進(jìn)行測定,根據(jù)測定結(jié)果考察污泥酶水解溶出有機(jī)物的可行性.從而尋求一種有效技術(shù)既能解決低碳源污水處理廠強(qiáng)化生物除磷的碳源問題,又能減少污泥的量,達(dá)到污泥減量化、資源化的目的.

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)方法和材料

2.1.1 試驗(yàn)方法

采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的方法,在250 mL的錐形瓶中加入適量污泥和酒曲,蓋上瓶塞保持厭氧狀態(tài),混合搖勻后放置在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行厭氧發(fā)酵.

2.1.2 試驗(yàn)材料

泥樣:采用的污泥全部取自武漢市沙湖污水處理廠的污泥,包括濃縮污泥和脫水污泥,脫水污泥經(jīng)干燥箱在100℃～110℃下烘干后備用.

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為根霉菌和米粉,適用于甜酒的生產(chǎn);白酒曲采用安琪釀酒高活性干酵母,配料為天然酵母和乳化劑,適用于白酒、黃酒、制醋等生產(chǎn),也可用于配制生料酒曲;啤酒曲采用安琪啤酒活性干酵母,適宜各種類型啤酒的釀造.

2.2 試驗(yàn)步驟

2.2.1 投加酒曲對烘干脫水污泥厭氧發(fā)酵

脫水污泥在105℃～110℃的溫度烘干后研磨細(xì),取10 g烘干的污泥和200 mL蒸餾水混合均勻成供試污泥,在每個(gè)250 mL帶塞的錐形瓶中放入200 mL供試污泥,投加10%米酒曲(按含固量計(jì)),加塞混合均勻后放入培養(yǎng)箱中發(fā)酵,溫度控制在30±1℃,定時(shí)取樣分析.

2.2.2 對比投加酒曲對滅菌濃縮污泥和不滅菌濃縮污泥發(fā)酵的影響

厭氧發(fā)酵分兩批:①在每個(gè)250 mL帶塞的錐形瓶中放入200 mL濃縮污泥,放入水浴鍋(控制溫度在90℃左右)中煮30 min,取出冷卻,待溫度降到30℃以下時(shí),投加10%米酒曲(按含固量計(jì)),加塞混合均勻后放入培養(yǎng)箱中發(fā)酵,溫度控制在30±1℃,定時(shí)取樣分析.②直接在每個(gè)250 mL帶塞的錐形瓶中放入200 mL濃縮污泥和10%米酒曲(按含固量計(jì)),加塞混合均勻后放入培養(yǎng)箱中發(fā)酵,溫度控制在30±1℃,定時(shí)取樣分析.

2.2.3 對比投加酒曲和不投加酒曲兩種情況下濃縮污泥的發(fā)酵結(jié)果

厭氧發(fā)酵分兩批:①在每個(gè)250 mL帶塞的錐形瓶中放入200 mL污泥和10%米酒曲(按含固量計(jì)),加塞混合均勻后放入培養(yǎng)箱中發(fā)酵,溫度控制在30±1℃,定時(shí)取樣分析.②直接在每個(gè)250 mL帶塞的錐形瓶中放入200 mL污泥,加塞混合均勻后放入培養(yǎng)箱中發(fā)酵,溫度控制在30±1℃,定時(shí)取樣分析.定期測定反應(yīng)瓶中SCOD的含量,并與發(fā)酵前污泥的SCOD的含量進(jìn)行對比,分析酒曲對污泥厭氧發(fā)酵的影響.

2.3 試驗(yàn)測定方法

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)安排,本階段試驗(yàn)中主要指標(biāo)和測定方法如表2.1所示.其中scoD為溶解性指標(biāo),泥樣經(jīng)12000 r/min離心6 min后取上清液測定[4].

表2.1 試驗(yàn)測定方法

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 酒曲對烘干脫水污泥厭氧發(fā)酵SCOD產(chǎn)率的影響

圖3.1為烘干脫水污泥投加酒曲后進(jìn)行厭氧發(fā)酵時(shí)SCOD的變化曲線.從整體變化曲線可看出,在考察的5天發(fā)酵時(shí)間里,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長,SCOD呈不斷增長趨勢.從曲線變化斜率可看出,污泥的SCOD前2天增長速度較快,2天之后,增長速度稍微變緩.從增長幅度看,前2天污泥的SCOD從初始濃度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,發(fā)酵5天SCOD增加了74%.

圖3.1 烘干脫水污泥厭氧發(fā)酵過程中SCOD的變化曲線

從圖3.1還可看出,污泥的起始SCOD值非常大,是污泥在烘干滅菌過程中由于熱解的作用,使得污泥中的部分細(xì)胞體受熱膨脹而破裂,釋放出蛋白質(zhì)和膠質(zhì)、礦物質(zhì)以及細(xì)胞膜碎片,進(jìn)而水解、溶化形成可溶性聚縮氨酸、氨氮、揮發(fā)酸以及碳水化合物等,使得污泥的SCOD值增大.在實(shí)際工程中,將污泥完全烘干再進(jìn)行處理利用是不可能實(shí)現(xiàn)的,因此,還需考慮實(shí)際工程運(yùn)行中,如何實(shí)現(xiàn)酒曲強(qiáng)化污泥的厭氧發(fā)酵.

3.2 酒曲對滅菌濃縮污泥厭氧發(fā)酵SCOD產(chǎn)率的影響

本次試驗(yàn)?zāi)鄻舆x擇濃縮污泥,并且從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),我們對比考察了滅菌(濕式滅菌)和不滅菌兩種情況下的污泥厭氧發(fā)酵結(jié)果,結(jié)果如圖3.2所示.圖3.2為滅菌和不滅菌濃縮污泥投加酒曲后進(jìn)行厭氧發(fā)酵時(shí)SCOD的變化曲線.從圖中可以看到,滅菌后再進(jìn)行發(fā)酵,污泥的SCOD值沒有保持不變,總體而言污泥的SCOD值反而增大,再次說明酒曲可以強(qiáng)化污泥的厭氧發(fā)酵,實(shí)現(xiàn)酶解溶出污泥的有機(jī)物作為有機(jī)碳源的可能.

圖3.2 濃縮污泥厭氧發(fā)酵過程中SCOD的變化曲線

從圖3.2同樣看到,沒有經(jīng)過滅菌的污泥在發(fā)酵過程中,污泥的SCOD值在前5天呈不斷增長趨勢,5天后有所下降,但總體來說污泥的SCOD值是增大了,說明不進(jìn)行滅菌,投加酒曲直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵也能溶出污泥中的有機(jī)物.對比滅菌和不滅菌兩種情況下,污泥厭氧發(fā)酵過程中SCOD的變化曲線,兩者都是呈先快速增大,而后逐漸減小的趨勢.從圖3.2還可看出,滅菌后污泥的起始SCOD值比較大,達(dá)到2546 mg/L,是沒有滅菌的3倍多,說明污泥在滅菌過程中污泥性質(zhì)發(fā)生了變化,一些復(fù)雜有機(jī)物在水浴時(shí)分解成水溶性的簡單化合物.在實(shí)際工程中,我們不可能先將污泥水浴滅菌再進(jìn)行厭氧發(fā)酵,因此,還需對不滅菌濃縮污泥投加酒曲的發(fā)酵結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn).

3.3 酒曲對不滅菌濃縮污泥厭氧發(fā)酵SCOD產(chǎn)率的影響

由圖3.3可知,投加酒曲后溶出的COD明顯大幅度增加,而沒投加酒曲直接發(fā)酵的SCOD值基本沒有什么增長,而是隨著發(fā)酵時(shí)間的延長略有降低.從整體對比,沒有投加酒曲后的最大SCOD值達(dá)696 mg/L,投加酒曲后的最大SCOD值達(dá)2565 mg/L,約是前者的3.7倍;從整個(gè)發(fā)酵時(shí)期內(nèi)的平均SCOD值看,后者是前者的4.2倍;從整體變化趨勢看,兩者的SCOD值都是先增長,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長略又降低.

不投加酒曲的污泥厭氧發(fā)酵后的SCOD值開始略有增加,說明污泥中原有微生物具有將復(fù)雜有機(jī)物分解成水溶性的簡單化合物的作用,但從變化幅度看,污泥中原有微生物所起的作用非常小.對比兩者的曲線,在同樣的條件下,投加酒曲的平均SCOD是未投加的4.2倍,說明投加酒曲強(qiáng)化污泥酶解溶出有機(jī)物是很有效的.

圖3.3 酒曲對污泥厭氧發(fā)酵過程中SCOD的影響

4 結(jié) 論

(1)將脫水污泥烘干后,再加蒸餾水稀釋,投加酒曲后進(jìn)行厭氧發(fā)酵,發(fā)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的濃度增加了74%.

(2)對比滅菌濃縮污泥和不滅菌濃縮污泥的發(fā)酵結(jié)果,發(fā)酵前2天SCOD快速增長,2天后增長速度減慢,到第5天SCOD值達(dá)到最大,5天后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長,SCOD值略有降低,兩者SCOD值的變化趨勢基本相同.從增長幅度看,滅菌的SCOD值經(jīng)過5天時(shí)間,由2546 mg/L增加到4553 mg/L,增加了2007 mg/L;沒有滅菌的SCOD值由676 mg/L增加到2565 mg/L,增加了1889 mg/L,兩者增長幅度基本相同.

(3)對比投加酒曲和不投加酒曲情況下濃縮污泥的發(fā)酵結(jié)果,投加酒曲后SCOD明顯大幅度增加,而不投加酒曲直接發(fā)酵的SCOD值基本沒有明顯增長.從整體對比,沒有投加酒曲后的最大SCOD值達(dá)696 mg/L,投加酒曲后的最大SCOD值達(dá)2565 mg/L,約是前者的3.7倍;從整個(gè)發(fā)酵時(shí)期內(nèi)的平均SCOD值看,后者是前者的4.2倍.

[1]徐明德,李瓊.污泥處理廠污泥的處理及應(yīng)用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,17(01):155～162

[2]張光明,張信芳,張盼月編著.城市污泥資源化技術(shù)進(jìn)展[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006

[3]國家環(huán)境保護(hù)總局編.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002