加溫加堿預(yù)處理對(duì)污泥厭氧消化產(chǎn)氣量影響研究

陳 曦， 李金河， 聶英進(jìn)， 劉寶玉， 張軼凡， 侯漢宗

（天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司，天津 300381）

我國目前常用的污泥處理方法有厭氧消化、好氧消化和污泥堆肥，其中厭氧消化技術(shù)因具有占地面積少、安全性高、處理效率高、能量回收多等優(yōu)點(diǎn)，已成為污泥無害化、穩(wěn)定化、減量化、資源化處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。在厭氧消化過程中為了實(shí)現(xiàn)剩余污泥資源回收最大化，必須充分將污泥細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)釋放出來，而細(xì)胞膜壁的剛性結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提出了不小挑戰(zhàn)。污泥破壁或溶胞技術(shù)為減少水力停留時(shí)間、降低厭氧消化設(shè)備體積、提高厭氧消化性能做出了突出貢獻(xiàn)，其中超聲波、堿解、熱水解、微波輻射、臭氧氧化及多種技術(shù)的組合等均被研究證明是行之有效的污泥厭氧消化預(yù)處理技術(shù)[1]。預(yù)處理可以有效實(shí)現(xiàn)厭氧消化有機(jī)質(zhì)的水解，經(jīng)各種預(yù)處理方法后剩余污泥厭氧消化產(chǎn)氣量的大小關(guān)系：熱處理＞微波處理＞堿處理＞酶處理＞控制樣[2]。

天津市津南污泥處理廠目前采用高效厭氧消化+板框脫水+干化工藝處理污泥。由于各污水廠改造提標(biāo)，進(jìn)泥的有機(jī)份較低，僅為52%左右；導(dǎo)致產(chǎn)氣量不足，制約了污泥熱干化工藝的正常運(yùn)行。為增強(qiáng)產(chǎn)氣量，本文采用加溫和加堿預(yù)處理技術(shù)對(duì)污泥處理廠的進(jìn)泥進(jìn)行試驗(yàn)，為實(shí)際工程提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

污泥取自津南污泥處理廠調(diào)配后污泥，含水率約為91%，pH 值7～7.5。厭氧消化試驗(yàn)采用BMP 裝置，單罐容量500 mL，消化溫度37 ℃，消化時(shí)間為11～15 d。

1.2 加溫處理對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響

調(diào)配污泥分別在40、50 ℃下預(yù)處理1 h 后，在37、40 ℃下進(jìn)行厭氧消化，考察產(chǎn)氣結(jié)果。

1.3 加堿對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響

調(diào)配污泥分別添加NaOH 和Na2CO3，通過添加不同濃度的兩種物質(zhì)考察其對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 加溫處理對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響

污泥廠厭氧消化實(shí)際生產(chǎn)工況為37 ℃，加溫預(yù)處理后的產(chǎn)氣量見圖1。

圖1 不同加溫處理后的產(chǎn)氣效果

從圖1 看出：40 ℃預(yù)處理、37 ℃消化的污泥產(chǎn)氣效果要好于不處理；50 ℃預(yù)處理、37 ℃消化產(chǎn)氣效果很差，而50 ℃預(yù)處理對(duì)40 ℃消化污泥的產(chǎn)氣影響不太大。由此看來40 ℃是中溫厭氧消化菌群和高溫厭氧消化菌群的分界線；不經(jīng)過預(yù)處理，40 ℃時(shí)污泥厭氧消化產(chǎn)氣最多，比37 ℃時(shí)增加25.60%，其次是50 ℃預(yù)處理后40 ℃消化，產(chǎn)氣效果比37℃時(shí)增加24.84%?？傮w來看溫度升高到40℃以上對(duì)厭氧消化增強(qiáng)產(chǎn)氣是有幫助的。

考慮到污泥消化溫度50 ℃以上為高溫厭氧消化，所以將溫度提高到42、47 ℃，考察產(chǎn)氣情況，見圖2。

圖2 不同消化溫度產(chǎn)氣效果

從圖2 看出：消化溫度為42、47 ℃時(shí)的污泥產(chǎn)氣量都有增加，增加量分別為28.37%、37.52%，消化溫度為47 ℃時(shí)污泥產(chǎn)氣的增加量更多。升高消化溫度有利于污泥產(chǎn)氣，但是升高到47℃，并比42℃多很多，從生產(chǎn)實(shí)際角度講可以將消化溫度工況控制在40～42 ℃，有利于達(dá)到能源的平衡。

2.2 加堿對(duì)污泥產(chǎn)氣的影響

在污泥中分別添加 0.1、0.5 gNaOH 和 Na2CO3，考察產(chǎn)氣情況，見圖3-圖4。

從圖3 和圖4 看出：添加0.1 gNa2CO3沒有增加產(chǎn)氣量；添加0.5 gNa2CO3對(duì)增加產(chǎn)氣有幫助，產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣量均有提高，產(chǎn)氣總量比空白對(duì)照提高12.95%；但是添加NaOH 不是對(duì)產(chǎn)氣沒有幫助，11 d 后添加NaOH 的產(chǎn)氣速率開始提高，比空白組及添加Na2CO3時(shí)的最高值還高，說明NaOH 添加量超量，造成初始pH 值過高對(duì)產(chǎn)氣階段的甲烷菌有影響，從而在開始階段抑制產(chǎn)氣，直到產(chǎn)酸階段pH 值開始下降至產(chǎn)甲烷菌的合適pH值時(shí)開始產(chǎn)氣。

圖3 不同堿處理產(chǎn)氣效果

圖4 不同堿處理每日產(chǎn)氣速率的變化

考慮到NaOH 的堿性更強(qiáng)，添加量要比Na2CO3小很多，從經(jīng)濟(jì)角度講更合理，所以考察NaOH對(duì)產(chǎn)氣的影響。

分別添加1%、2%、3%、4%、5%的NaOH，對(duì)比12 d后污泥產(chǎn)氣情況，見圖5。

圖5 不同加堿量產(chǎn)氣效果

從圖5 看出，加堿處理后的污泥的產(chǎn)氣量有所提高，最高的為添加量為5%時(shí)，較空白組高出9.03%。

3 結(jié)論

1）加堿處理、升高消化溫度都可有助于提高產(chǎn)氣。

2）由于堿處理會(huì)增加運(yùn)行成本，所以升高消化溫度更適合于生產(chǎn)運(yùn)行。