論文作者：林秀軍 王凱軍 李寶林 吳冰

摘要：本文對(duì)污泥處理中的有關(guān) 理論 問(wèn)題 進(jìn)行了探討，明確了污泥、水解和液化以及污泥穩(wěn)定性等概念。針對(duì)污泥穩(wěn)定化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)厭氧穩(wěn)定性試驗(yàn)、污泥堿解試驗(yàn)和污泥液化等試驗(yàn) 方法 進(jìn)行了深入的對(duì)比 研究 ，提出了液化試驗(yàn)可以作為可行的污泥穩(wěn)定化(降解程度)評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)方法。同時(shí)通過(guò)對(duì)厭氧處理工藝的綜述研究，認(rèn)為應(yīng)該將現(xiàn)有的污泥厭氧工藝相關(guān)成熟技術(shù)最大程度的集成和整合，提出了多級(jí)厭氧處理工藝，在理論 分析 和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，以城市污泥為對(duì)象進(jìn)行了多級(jí)厭氧消化工藝的試驗(yàn)研究，并在工程上進(jìn)行了驗(yàn)證，表明該工藝可使污泥在較短的停留時(shí)間(t=7d)達(dá)到穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：污泥 穩(wěn)定性 水解 液化 多級(jí)污泥厭氧消化

1　概述

近年來(lái)，隨著我國(guó) 經(jīng)濟(jì) 的高速 發(fā)展 及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，大量新建的城市污水處理廠在不斷的投入運(yùn)行，但隨之而來(lái)污泥處理則成為新的污染問(wèn)題。因此，對(duì)污水處理技術(shù)予以充分重視的同時(shí)，能否解決好污泥問(wèn)題也是污水凈化成功與否的決定性因素之一，因而有必要加強(qiáng)污泥處理與利用的研究。

污水處理廠的污泥一般是由松散的物質(zhì)組成，含水率較高(95%～99%)，體積龐大，性質(zhì)很不穩(wěn)定，極易腐化，不利于運(yùn)輸和處置，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行減容化和穩(wěn)定化處理，使含有病原微生物、散發(fā)出惡臭的腐化物質(zhì)數(shù)量減少并使其分解。穩(wěn)定化是污泥處理工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和主要目的。穩(wěn)定的方法有好氧消化、厭氧消化、污泥堆肥、熱解和化學(xué)穩(wěn)定等方法。消化池是利用厭氧發(fā)酵的方法來(lái)達(dá)到污泥穩(wěn)定化的目的，污泥堆肥是采用好氧的方式達(dá)到穩(wěn)定化的目的，焚燒法是在極端條件下取得無(wú)機(jī)物的徹底礦化。

在污泥處理技術(shù)中污泥厭氧消化投資高，污泥處理部分投資和運(yùn)行費(fèi)用約占污水處理廠的20～40%，同時(shí)由于其技術(shù)復(fù)雜性，能夠正常運(yùn)行的很少。針對(duì)這種情況，近年來(lái)國(guó)內(nèi)在中小型(甚至大型)污水處理廠大多采用國(guó)外引進(jìn)的延時(shí)曝氣氧化溝、SBR等低負(fù)荷工藝。首先，低負(fù)荷曝氣池的池容和設(shè)備是中、高負(fù)荷活性污泥工藝的幾倍，相應(yīng)的投資要高幾倍;其次，延時(shí)曝氣對(duì)污泥采用好氧穩(wěn)定，能耗比中、高負(fù)荷活性污泥工藝要高40～50%左右。從可持續(xù)發(fā)展角度講，大規(guī)模的采用延時(shí)曝氣的低負(fù)荷工藝是不適合 中國(guó) 國(guó)情的。

1.1　污泥的定義

在污水處理領(lǐng)域，對(duì)于污泥和污泥穩(wěn)定化程度的概念是模糊的，明確污泥的定義和建立污泥穩(wěn)定化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，找出可行的測(cè)定污泥穩(wěn)定化(降解程度)的指標(biāo)具有重要意義。

污泥一詞也不是一個(gè) 科學(xué) 的定義， 自然 界中污泥的產(chǎn)生是與水體中固體物的沉積有關(guān)，一般稱(chēng)為淤泥。從這個(gè)意義上講只有沉淀下來(lái)的顆粒物才成為污泥。在科學(xué)界對(duì)污泥的定義也是不同的，比如化學(xué)上是根據(jù)顆粒尺寸來(lái)定義水中有機(jī)物形態(tài)：溶解性(<0.001μm)、膠體(0.001～1.0μm)，超膠體(1～100μm)和可沉物(>100μm)。工程上是通過(guò)采用的分離方法來(lái)定義無(wú)機(jī)物的形態(tài)，一般講污泥是大于濾紙或過(guò)濾器孔徑(如1～4μm)的顆粒物質(zhì)，這包括化學(xué)家定義的部分超膠體和可沉物。

污泥的降解過(guò)程經(jīng)歷了固體的液化和水解，雖然液化和水解兩詞在描述污泥甲烷化之前產(chǎn)生的中間產(chǎn)物是可互用的，但它們不是嚴(yán)格的同義詞。水解是有明確定義的化學(xué)名詞，是指復(fù)雜化合物加水分解為小分子的過(guò)程(可以用于超膠體、膠體和溶解性物質(zhì))。而液化的定義是相當(dāng)任意的，液化僅涉及到將固體物質(zhì)轉(zhuǎn)移到液相，因此液化的對(duì)象是污泥。從工程上的定義可知，如果污泥在分解或降解過(guò)程中尺寸發(fā)生變化，當(dāng)其粒徑小于過(guò)濾器孔徑時(shí)，就可認(rèn)為已經(jīng)完成了污泥分解或降解過(guò)程。

1.2　污泥穩(wěn)定化定義

污泥穩(wěn)定化的含義針對(duì)污泥中有機(jī)質(zhì)而言，事實(shí)上是與污泥中有機(jī)物的礦化過(guò)程相關(guān)的。所謂有機(jī)物的礦化過(guò)程(污泥的穩(wěn)定化)是在一定條件下，通過(guò)物理化學(xué)或生化反應(yīng)，使污泥中的有機(jī)物發(fā)生分解或降解為礦化程度較高的無(wú)機(jī)化合物，如H2O/CO2或CH4/CO2的過(guò)程。根據(jù)定義污泥的穩(wěn)定化不僅與有機(jī)物含量有關(guān)，其還與是否在一定條件下有機(jī)物的分解或降解反應(yīng)有關(guān)，這里所謂一定條件是指時(shí)間和環(huán)境條件。例如，在采用厭氧UASB工藝處理污水中形成的顆粒污泥，其有機(jī)質(zhì)的含量有時(shí)高達(dá)90%以上，但是其在環(huán)境中是穩(wěn)定的，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)不再發(fā)生(明顯發(fā)生)降解反應(yīng)，也可以認(rèn)為它是穩(wěn)定的。

評(píng)價(jià)污泥的穩(wěn)定化程度有好氧和厭氧的多種測(cè)定方法，但是 目前 缺乏標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性。一般可以用污泥中有機(jī)物的減少程度或產(chǎn)物的生成量來(lái)衡量，在污泥厭氧消化工藝中，人們一般是采用甲烷的產(chǎn)量來(lái)評(píng)價(jià)污泥穩(wěn)定化程度;也有采用污泥的減量來(lái)評(píng)價(jià)污泥的穩(wěn)定性。但是，由于在生物反應(yīng)過(guò)程中有機(jī)物的降解是與微生物的增殖同時(shí)發(fā)生，所以不能僅僅以污泥的減量來(lái)直接評(píng)價(jià)污泥穩(wěn)定化過(guò)程。同時(shí)，也不宜采用污泥中有機(jī)物的比值(如MLVSS/MLSS)來(lái)直接衡量污泥的穩(wěn)定化程度。

2　污泥穩(wěn)定性的測(cè)試方法

2.1污泥堿解試驗(yàn)研究

在強(qiáng)堿的條件下，各種有機(jī)物均可快速發(fā)生水解。采用堿解污泥的方法，可以在較短的時(shí)間內(nèi)考察污泥中化合物分解的情況。通過(guò)堿解試驗(yàn)可了解污泥最大可水解的量，這間接代表厭氧條件下污泥水解最大可能程度。這一方法是物化方法，間接地反映了污泥可生物降解的量。測(cè)試是在恒溫的裝置(圖1a)，采用氫氧化鈉試劑在厭氧條件下攪拌反應(yīng)24小時(shí)，測(cè)定液化的COD的變化程度，被用來(lái)做為評(píng)價(jià)污泥可以達(dá)到的最大液化程度。

2.2 污泥厭氧穩(wěn)定化試驗(yàn)

通過(guò)測(cè)定污泥在厭氧條件下產(chǎn)氣來(lái)判定污泥的穩(wěn)定化程度，這是污泥厭氧消化的基礎(chǔ)。試驗(yàn)方法是將污泥放入30℃的培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，在100 d的試驗(yàn)期間有機(jī)物得到最大程度的降解，通過(guò)測(cè)量甲烷產(chǎn)量評(píng)價(jià)有機(jī)物的降解量。試驗(yàn)裝置是在錐形瓶中放入一定量的污泥，要求其污泥濃度大約為5 gVSS/L，將錐形瓶放置于30℃的恒溫水浴箱中，每日人工搖動(dòng)混合1～2次。污泥降解產(chǎn)生的氣體，進(jìn)入分液漏斗，漏斗中為濃度1.5% NaOH溶液吸收氣體中的CO2，測(cè)量量筒中液體體積即為污泥產(chǎn)生的甲烷(CH4)氣體體積(圖1b)。

2.3　污泥液化和酸化試驗(yàn)

污泥厭氧降解試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間長(zhǎng)(需100 d)，其實(shí)用意義不大。因此須開(kāi)發(fā)一種較快的評(píng)價(jià)污泥穩(wěn)定性的方法。由于在水解(酸化)階段污泥形態(tài)發(fā)生變化，而甲烷化階段是由小分子(已不是污泥)轉(zhuǎn)化為沼氣的過(guò)程，也就是說(shuō)污泥的降解或穩(wěn)定化僅僅發(fā)生在水解階段，所以可采用污泥液化率評(píng)價(jià)污泥穩(wěn)定性。由于污泥液化時(shí)間短，可以忽略甲烷的產(chǎn)生，反應(yīng)器是敞開(kāi)并帶有攪拌裝置進(jìn)行。

2.4　試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)是用5升溫控反應(yīng)器(圖1c)，所采用的污泥取自方莊污水處理廠初沉池排放的污泥。取24、48和72小時(shí)混合樣(保持在4℃冰箱內(nèi)的)。SS的測(cè)定采用濾紙(孔徑4.4 mm)過(guò)濾，過(guò)濾液的VFA采用氣相色譜法分析。COD的分析采用微量COD方法，其他全部按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。CODt為原污水或污泥-COD、CODd為離心樣品COD。

2.4.1　堿解試驗(yàn)結(jié)果

由于污泥堿解穩(wěn)定化程度與用堿量、污泥濃度和環(huán)境溫度有一定的關(guān)系，采用正交試驗(yàn)的方法對(duì)最佳堿解條件進(jìn)行探索。試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 污泥堿解條件試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果

從表1的數(shù)據(jù)分析污泥濃度與加堿量的關(guān)系，可知存在一個(gè)加堿量的下限，如果加堿量低于這個(gè)下限，堿解效果就極差。比較1號(hào)和9號(hào)試驗(yàn)，它們的加堿量均為0.08g/g，但堿解效果卻相差很遠(yuǎn)，這說(shuō)明加堿量下限在0.08g/g附近。NaOH劑量大于0.08g/g時(shí)，經(jīng)過(guò)24h.反應(yīng)后pH值仍在8～9之間，說(shuō)明加堿量是過(guò)量的。但當(dāng)NaOH劑量不足時(shí)(4號(hào)試驗(yàn))，最終pH值呈中性，說(shuō)明堿已耗盡，同時(shí)堿解率也不足，7號(hào)試驗(yàn)得到的效果更差。污泥堿解24小時(shí)后，其溶解出的CODd占總CODt的范圍比例與加堿量、污泥濃度有一定關(guān)系。如表所示，每克污泥加堿量范圍在大于0.10gNaOH時(shí)，堿解效果較好，一般的堿解率大于35%。

表2為不同堿解時(shí)間下溶出CODd占總?cè)艹鯟ODd的百分?jǐn)?shù)。一般來(lái)說(shuō)，用離心+抽濾方法測(cè)定的值更能代表溶解性COD的值。從表2可以看出，污泥堿解一般發(fā)生在最初的10小時(shí)內(nèi)，此時(shí)的堿解速度很快，離心后的污泥CODd占總?cè)艹隽康?2%以上。這個(gè)結(jié)論和Huang等的結(jié)論比較一致。他們采用17.5 mmol/L鈉堿作水解預(yù)處理時(shí)(厭氧條件)，約1/3的總污泥COD能夠在24 h內(nèi)溶解，約80%以上的溶解發(fā)生在最初的8h。

表2 條件試驗(yàn)不同堿解時(shí)間下污泥CODd占總?cè)艹鯟ODd的百分?jǐn)?shù)

注：A：離心處理時(shí)的百分?jǐn)?shù)(%);B：離心+過(guò)濾處理時(shí)的百分?jǐn)?shù)(%)

2.4.2　厭氧穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

為了保證試驗(yàn)的可靠性，進(jìn)行了2組平行試驗(yàn)，將產(chǎn)氣量轉(zhuǎn)化為COD的值(表示為COD-CH4)，現(xiàn)將污泥試驗(yàn)中具有代表性的幾組數(shù)據(jù)列于表3。污泥降解是一個(gè)十分緩慢的過(guò)程，歷時(shí)100 d的污泥已處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

表3 污泥厭氧穩(wěn)定化100 d試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：1初始條件：CODt=4911 mg/L，TSS=10 g/L，VSS=4.5 g/L;2.COD-CH4為產(chǎn)氣轉(zhuǎn)化為COD的值

如表3所示，污泥在100 d的測(cè)定時(shí)，污泥的降解率僅為25%左右，與污泥堿解的結(jié)論相比較，在堿解試驗(yàn)中污泥可以發(fā)生水解量為35%，高于厭氧穩(wěn)定化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。這是可以理解的，因?yàn)閴A解為化學(xué)反應(yīng)，試驗(yàn)的條件強(qiáng)于生物反應(yīng)。另外，厭氧穩(wěn)定性試驗(yàn)中有一部分污泥已水解，但未完全降解轉(zhuǎn)化為氣體。污泥厭氧穩(wěn)定化試驗(yàn)與堿解量之間的比例關(guān)系為70%左右。

2.4.3污泥液化試驗(yàn)結(jié)果

如圖2a所示CODd曲線一直呈上升趨勢(shì)，在第10 d左右達(dá)到最高峰，然后趨于平穩(wěn);VFA曲線也有類(lèi)似趨勢(shì)，但平穩(wěn)期稍有滯后。試驗(yàn)結(jié)果表明，污泥在前10 d內(nèi)已達(dá)到水解酸化的高峰，此時(shí)已有35%左右的總COD轉(zhuǎn)化為溶解性COD，這結(jié)果與堿解試驗(yàn)結(jié)論(污泥穩(wěn)定化時(shí)可轉(zhuǎn)化率為35%)相當(dāng)，說(shuō)明經(jīng)10 d的水解酸化污泥已基本穩(wěn)定化。

從圖2a中還可以看出，反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)生依賴(lài)于反應(yīng)時(shí)間，但更依賴(lài)于溫度。在30℃時(shí)液化的CODd明顯地高于20℃。對(duì)于水解污泥在20℃和30℃條件下，經(jīng)過(guò)10 d的反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的溶解性COD分別為0.162和0.287 kgCOD/kgVSS或分別相當(dāng)于總COD的13.5%和24%。從30℃的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看很明顯在第6 d后甲烷化反應(yīng)導(dǎo)致了VFA的減少。在污泥液化試驗(yàn)中，由于不同污泥的性質(zhì)不同，有些情況會(huì)產(chǎn)生一定程度的甲烷化。在測(cè)試中收集和測(cè)量產(chǎn)生的甲烷是必要的，產(chǎn)生甲烷可換算為VFA和COD。

從不同污泥樣品的液化試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，初沉污泥被液化的CODd和VFA濃度均高于水解污泥(圖2b)。這表明污泥液化試驗(yàn)確實(shí)可以評(píng)價(jià)不同污泥樣品的穩(wěn)定化程度�？梢哉J(rèn)為間歇污泥液化試驗(yàn)是一種迅速而有效評(píng)價(jià)污泥穩(wěn)定化程度的方法。

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3　多級(jí)厭氧消化工藝的 研究

3.1城市污水污泥的研究進(jìn)展

目前 世界各國(guó)在污泥處理的領(lǐng)域仍以污泥厭氧消化工藝為主。厭氧消化工藝是在四、五十年代開(kāi)發(fā)的成熟的污泥處理工藝。歐美英各國(guó)多數(shù)污水處理廠都建有污泥消化池，這種工藝水力停留時(shí)間長(zhǎng)，一般停留時(shí)間的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是20～30 d，為防止短路和加熱，需設(shè)置攪拌和加溫設(shè)備。美國(guó)猶他大學(xué)Ghosh教授從70年代開(kāi)始了污泥兩相消化研究，從微生物生長(zhǎng)特點(diǎn)、生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究的角度上，證明了兩相工藝的優(yōu)越性。但其采用的處理構(gòu)筑物仍然為傳統(tǒng)完全混合式的消化池，在停留時(shí)間和減少投資等方面并沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。自?xún)上嘞に囂岢鲆詠?lái)，國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域進(jìn)行了不少研究。我國(guó)廣州能源所、成都生物所、清華大學(xué)等地均在有機(jī)廢水和農(nóng)業(yè)廢棄物方面進(jìn)行了大量的工作，上海市政設(shè)計(jì)院也對(duì)城市污水污泥的兩相凈化作了大量研究。

同時(shí)，在70年代末期各種新型厭氧工藝得到 發(fā)展 ，例如厭氧濾池(AF)，上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)和厭氧流化床(FB)等。這些反應(yīng)器的一個(gè)共同的特點(diǎn)是可將固體停留時(shí)間與水力停留時(shí)間相分離，使固體停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)上百天。這使厭氧處理高濃度污水的停留時(shí)間從過(guò)去的幾天或幾十天可以縮短到幾小時(shí)或幾天。美國(guó)的康奈爾大學(xué)Jewell教授利用厭氧接觸膜膨脹床(AFEFB)反應(yīng)器處理含纖維素廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)器處理纖維素固體基質(zhì)只需傳統(tǒng)消化池5%的池容即可達(dá)到相同的處理效果。北京環(huán)保所王凱軍在改進(jìn)的上流式污泥床(水解池)處理城市污水時(shí)，發(fā)現(xiàn)在水解池2～3 h的停留時(shí)間下，在處理污水的同時(shí)，被截留的污泥50%以上得到了消化。有理由認(rèn)為自70年代后期研究者開(kāi)發(fā)的各種新型的厭氧反應(yīng)器，例如：UASB反應(yīng)器、厭氧濾池、厭氧消化床等存在著巨大的開(kāi)發(fā)潛力，其完全有可能成為處理污泥新型反應(yīng)器或其組成單元之一。這一信息也許揭示了新的反應(yīng)器在污泥處理上的巨大潛力。

事實(shí)上，目前對(duì)于城市污水污泥的處理，厭氧接觸工藝已不是先進(jìn)的工藝。近年來(lái)在高含懸浮物固體 工業(yè) 廢水處理領(lǐng)域中最為廣泛的是酒精糟液的處理技術(shù)，南陽(yáng)酒精廠COD濃度為25～30 g/L，懸浮物濃度35 g/L，pH 4.5～5.0。采用兩個(gè)5000 m3/d的消化池并聯(lián)運(yùn)行，停留時(shí)間大約為10 d，相當(dāng)于COD容積負(fù)荷3.0 kg/m3·d，懸浮物負(fù)荷為2.0～3.0 kg SS/m3·d。在城市需氣量較多時(shí)，酒精糟液不通過(guò)固液分離而直接進(jìn)入消化池，COD負(fù)荷為5～6 kg/m3·d。厭氧消化COD、BOD和SS處理效率分別為75.6%、90.8%和45.5%。

污泥中溫厭氧消化工藝的停留時(shí)間一般大于20 d(在20～30 d的范圍)，相當(dāng)于懸浮物負(fù)荷為1.0～1.5 kg SS/m3·d，COD負(fù)荷最多為2.0 kg/m3·d。就酒糟廢液的處理能力和負(fù)荷而言，則大大高于城市污泥厭氧消化工藝。從這個(gè)意義上講城市污水污泥的厭氧處理技術(shù)不但大大落后于污水厭氧處理技術(shù)的發(fā)展，而且還落后于厭氧工業(yè)廢水處理技術(shù)的發(fā)展。

3.2　新工藝的構(gòu)思

在對(duì)城市污水污泥特性和各種厭氧反應(yīng)器了解的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果和帶有共性的研究思路，新的城市污水污泥處理系統(tǒng)的思想是充分利用現(xiàn)有的成熟工藝的優(yōu)點(diǎn)，將現(xiàn)有的成熟技術(shù)最大程度的整合，集中突破技術(shù)整合過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵。并將治污、產(chǎn)氣、綜合利用三者相結(jié)合，使廢物資源化、環(huán)境效益與 經(jīng)濟(jì) 效益和 社會(huì) 效益相統(tǒng)一。具體工藝的基本思想是分為如下三個(gè)處理階段。

3.2.1　第一級(jí)處理階段是液化和分離裝置

第一級(jí)反應(yīng)器應(yīng)該具有將固體和液體狀態(tài)的廢棄物部分液化(水解和酸化)的功能。其中液化的污染物去UASB反應(yīng)器(為第二級(jí)處理的一部分)，固體部分根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步消化或直接脫水處理�？刹捎眉訙赝耆旌鲜椒磻�(yīng)器(CSTR)作為酸化反應(yīng)器，采用CSTR反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)器采用完全混合式，由于不產(chǎn)氣可以采用不密封或不收集沼氣的反應(yīng)器。

3.2.2　第二級(jí)處理階段

第二級(jí)處理包括一個(gè)固液分離裝置，可采用機(jī)械或上流式中間分離裝置或設(shè)施。中間分離的主要功能是達(dá)到固液分離的目的，保證出水中懸浮物含量少，有機(jī)酸濃度高，為后續(xù)的UASB厭氧處理提供有利的條件。分離后的固體可被進(jìn)一步干化或堆肥并作為肥料或有機(jī)復(fù)合肥料的原料。

3.2.3　第三級(jí)處理階段

在第二階段的固液分離裝置應(yīng)該去除大部分(80～90%)的懸浮物，使得污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單污水。城市污泥經(jīng)CSTR反應(yīng)器酸化后出水中含有高濃度VFA，需要有高負(fù)荷去除率的反應(yīng)器作為產(chǎn)甲烷反應(yīng)器。UASB反應(yīng)器在處理進(jìn)水穩(wěn)定且懸浮物含量低時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)，而且UASB在世界范圍內(nèi)的 應(yīng)用 相當(dāng)廣泛，已有很多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

3.3　試驗(yàn)流程

CSTR反應(yīng)器有效容積為20 L，反應(yīng)控制在恒溫和攪拌的條件下。物料在CSTR反應(yīng)器中進(jìn)行水解、酸化反應(yīng)，反應(yīng)器后接一上流式中間分離池，上流式中間分離池的作用是分離在CSTR反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的有機(jī)酸。經(jīng)液化后的水在UASB反應(yīng)器內(nèi)充分地降解，產(chǎn)氣經(jīng)水封后由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定產(chǎn)率，水則排到排水槽內(nèi)，部分出水回流到中間分離池(圖3)。

圖3 多級(jí)厭氧消化工藝流程圖

試驗(yàn)采用分批投料，連續(xù)運(yùn)行的方式，試驗(yàn)溫度保持在中溫35℃。試驗(yàn)采用的污泥為高碑店污水處理廠的污水污泥，其污泥有機(jī)物含量較低VSS/TSS=45%。根據(jù)試驗(yàn)的進(jìn)展逐步改變運(yùn)行條件，提高負(fù)荷率和縮短停留時(shí)間，并考察反應(yīng)器的運(yùn)行情況。在穩(wěn)定條件下重點(diǎn)考察兩組試驗(yàn)條件，即：CSTR=10d，中間分離池=1d，UASB=1d;另一組為：CSTR=5d，沉淀回流池=1d，UASB=1d。

3.4　結(jié)果與討論

由于污泥消化過(guò)程污泥培養(yǎng)階段耗時(shí)較長(zhǎng)，啟動(dòng)初期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際意義。整個(gè)過(guò)程的各個(gè)反應(yīng)器的停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷的變化見(jiàn)圖4。從停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷提高的情況來(lái)看，酸化池的有機(jī)負(fù)荷最終提高到15kgCOD/m3·d，而UASB的負(fù)荷穩(wěn)定在5 kgCOD/m3·d。

在整個(gè)運(yùn)行運(yùn)行期間，作為最終出水UASB反應(yīng)器的COD和SS去除率和出水濃度與反應(yīng)器的停留時(shí)間有著密切的聯(lián)系(圖5a)。當(dāng)總停留時(shí)間(T)為7 d時(shí)，COD的去除率在85%左右，SS的去除率在80～85%之間;而當(dāng)T=12 d時(shí)，COD及SS去除率一直保持在95%以上。

由圖5b可見(jiàn)，CSTR的HRT=5 d時(shí)，CODd/CODt在35～40%左右，污泥液化效果明顯;而當(dāng)HRT=10 d時(shí)，由于停留時(shí)間較長(zhǎng)， CODd/CODt在55%以上。說(shuō)明停留時(shí)間對(duì)污泥的液化效果 影響 很大。試驗(yàn)開(kāi)始測(cè)定了污泥樣品溶解性CODd值，進(jìn)水CODd/CODt的比例為8.1%左右。從上面討論可見(jiàn)，污泥在CSTR反應(yīng)器中停留10 d時(shí)，其進(jìn)一步水解COD占總COD的50%，而當(dāng)停留時(shí)間為5 d時(shí)，水解COD的比例占總COD的30%左右。對(duì)比污泥穩(wěn)定性指標(biāo)，與厭氧消化工藝對(duì)比可知CSTR池停留時(shí)間HRT=5 d，經(jīng)過(guò)水解的污泥就可以達(dá)到相當(dāng)?shù)姆�(wěn)定化。因此，在以后的生產(chǎn)性試驗(yàn)中，取CSTR反應(yīng)器的HRT=5d。

然而由圖6a可見(jiàn)，VFA上升比例相對(duì)不高。進(jìn)水中CODv/CODt的比例在7%左右;經(jīng)5 d液化后，CODv/CODt在25%左右，經(jīng)10 d液化，比例降到在20%以下。表明當(dāng)CSTR反應(yīng)器的停留時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)生甲烷化反應(yīng)。在最終UASB反應(yīng)器中，厭氧主要在產(chǎn)甲烷階段進(jìn)行，CODv/CODd回落至5%左右。

由圖6b可見(jiàn)，雖然兩組試驗(yàn)的停留時(shí)間和負(fù)荷各不相同，但從試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看UASB的去除效率卻基本相同，VFA的去除率為90%左右，對(duì)COD的去除率為83%左右。VFA的去除效率較好，產(chǎn)酸相產(chǎn)生的揮發(fā)酸基本在反應(yīng)器中得到降解。COD的去除率不如VFA，這是因?yàn)閁ASB進(jìn)水中，除了VFA外，還有一部分不溶性COD尚未水解為可溶性COD，這部分COD沒(méi)有在反應(yīng)器中得到去除。

3.5　新工藝的生產(chǎn)性應(yīng)用

目前，工業(yè)廢水和小型生活污水處理廠，普遍采用對(duì)好氧剩余污泥直接脫水的 方法 處理污泥。剩余活性污泥存在著耗藥量大，脫水比較困難的缺點(diǎn)。北京市中日友好 醫(yī)院 污水處理廠日處理水量為2000m3/d，原污泥的處置方案為活性污泥經(jīng)濃縮后，運(yùn)至城市污水處理廠消納，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)由于污泥無(wú)穩(wěn)定出路，而影響污水處理廠運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。為了使活性污泥得到穩(wěn)定的處置，實(shí)際工程中采用的一體化設(shè)備如圖7所示，各反應(yīng)器的停留時(shí)間分別為：

二沉池排出的剩余污泥首先排入污泥酸化池進(jìn)行水解酸化處理，然后進(jìn)入中間分離池，該池排出的上清液進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器，進(jìn)行高濃度、低懸浮物有機(jī)廢水的降解;從中間分離池排出的污泥經(jīng)測(cè)定已基本穩(wěn)定化，污泥量較常規(guī)處理減少了三分之二，脫水性能大大改善;而且病菌和蟲(chóng)卵殺滅率達(dá)到99.99%，完全符合國(guó)家關(guān)于醫(yī)院污水廠污水污泥無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)，從而徹底解決污泥消納的 問(wèn)題 。

4　結(jié)論

本文對(duì)污泥水解和液化以及污泥穩(wěn)定性等概念進(jìn)行了定義。通過(guò)厭氧穩(wěn)定性試驗(yàn)、污泥堿解試驗(yàn)和污泥液化等試驗(yàn)方法對(duì)污泥穩(wěn)定化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了深入的對(duì)比研究，提出液化試驗(yàn)可以作為簡(jiǎn)單可行的污泥穩(wěn)定化(降解程度)指標(biāo)的試驗(yàn)方法。

同時(shí)根據(jù)我國(guó)城市污水處理發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)于厭氧處理工藝的綜述研究，將現(xiàn)有的相關(guān)成熟技術(shù)最大程度的集成和整合，研究突破整合過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵，提出了多級(jí)厭氧處理工藝。本研究在 理論 分析 和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，以城市污泥為對(duì)象進(jìn)行了多級(jí)厭氧消化工藝的試驗(yàn)研究，并在工程上進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果證實(shí)工藝是可行的，可使污泥在較短的總停留時(shí)間(T=7 d)達(dá)到穩(wěn)定化。

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