基于酸堿調(diào)節(jié)的剩余污泥水解酸化及其機(jī)理研究.pdf

1、城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥按照來源的不同可分為初沉污泥和剩余污泥，總量約占處理水量的0.3～0.5％左右(以含水率97％計(jì))。國內(nèi)外主要對初沉污泥或初沉和二沉污泥的混合污泥進(jìn)行了污泥厭氧發(fā)酵的研究，單獨(dú)針對于剩余污泥厭氧發(fā)酵的研究甚少。對剩余污泥進(jìn)行水解酸化的主要目的為改善其生化降解性能，溶出較多的溶解性COD(SCOD)和產(chǎn)生較高的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)。SCOD和VFAs，特別是VFAs中的乙酸和丙酸，是增強(qiáng)生物除磷過程(EBPR)

2、的有利的基質(zhì)。為了達(dá)到此目的，試驗(yàn)對影響污泥水解酸化的環(huán)境因素和操作條件進(jìn)行了工藝優(yōu)化研究。 首先，對比分析了厭氧與好氧條件下剩余污泥的發(fā)酵結(jié)果，結(jié)果表明，厭氧水解酸化明顯利于SCOD和總VFAs的生成，從而要求試驗(yàn)中盡可能避免氧的溶入。 其次，對比分析了不同的攪拌方式和攪拌速度對剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的影響，結(jié)果表明，機(jī)械式攪拌比磁力攪拌和搖床混合更加容易實(shí)現(xiàn)顆粒間的充分高效接觸；同時發(fā)現(xiàn)攪拌速度太快或太慢都不利于S

3、COD和VFAs的生成。本試驗(yàn)條件下選取60～80rpm的機(jī)械式攪拌速度。 再次，在21℃左右條件下，研究了剩余污泥在不同pH條件下厭氧發(fā)酵的情況，發(fā)現(xiàn)將pH值控制為8.0～11.0，在20d的厭氧發(fā)酵時間內(nèi)，SCOD值要大于pH調(diào)為4.0～7.0。特別是，在pH10.0時，厭氧發(fā)酵第8d產(chǎn)生的VFAs(2708.02mgCOD/L)接近其最大值(2770.40mgCOD/L，發(fā)酵時間為12d)且高于其它pH條件，比如，此產(chǎn)酸

4、值大約是pH5.0和pH不調(diào)時的3倍和4倍之多；六種短鏈VFAs中，乙酸和丙酸產(chǎn)量居多，而乙酸產(chǎn)量又高于丙酸，pH10.0條件下，乙、丙酸所占總VFAs的百分比之和為60～70％左右，異戊酸和異丁酸產(chǎn)量次之，正丁酸和正戊酸產(chǎn)量較少，其中正戊酸產(chǎn)量最少，占總VFAs的百分比低于10％；關(guān)于溶解性碳水化合物和蛋白質(zhì)物質(zhì)的生成，基本上是較強(qiáng)堿性比近中性條件更加有利；而酸性條件下溶出的PO43--P和氨氮濃度高于堿性。 另外，改變pH

5、值的控制策略，其一將pH值調(diào)節(jié)作為預(yù)處理手段，對比分析了pH值長、短期(1d與20d)調(diào)為堿性10.0和酸性5.0時對剩余污泥厭氧發(fā)酵的影響。結(jié)果表明，pH值長、短期調(diào)為堿性10.0比酸性5.0更加利于SCOD、總VFAs、單個VFA、溶解性碳水化合物和蛋白質(zhì)物質(zhì)的生成，且發(fā)現(xiàn)在較短的發(fā)酵時間內(nèi)(2～4d左右)，pH值短期調(diào)為堿性10.0與長期調(diào)節(jié)時的SCOD值和總VFAs值比較接近，隨后長期調(diào)節(jié)才占有優(yōu)勢，因此如果需要在較短時間內(nèi)獲得

6、較高的SCOD和有機(jī)酸產(chǎn)量，那么只對pH值短期(1d左右)預(yù)調(diào)節(jié)為堿性10.0也是可行的；其二在2h內(nèi)調(diào)節(jié)剩余污泥的pH值為堿性10.0或酸性5.0，同時輔以快速攪拌(410～430rpm)作為預(yù)處理手段，然后恢復(fù)攪拌速度為60～80rpm，同時pH值再調(diào)為6.0、7.0和8.0，結(jié)果表明前者比后者獲得了更多的SCOD、總VFAs、單個VFA、溶解性碳水化合物和蛋白質(zhì)，可見，對剩余污泥進(jìn)行短期的強(qiáng)堿性(pH10.0)預(yù)處理，輔以快速攪拌

7、，然后pH值調(diào)為6.0～8.0左右，雖然沒有pH值直接調(diào)為10.0時的SCOD、總VFAs產(chǎn)量高，但是卻高于pH值直接調(diào)為8.0時的情況，而且還可以改善裝置的強(qiáng)酸堿腐蝕情況。 試驗(yàn)對pH10.0條件下的水解酸化動力學(xué)模式進(jìn)行了研究，建立了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。結(jié)果表明，10～35℃內(nèi)，水解速率為產(chǎn)酸的限速步驟，而剩余污泥中顆粒性COD的水解過程遵循一級動力學(xué)方程，水解反應(yīng)速率常數(shù)kh與溫度的關(guān)系符合范特荷甫(Van'tHoffJ.H.)經(jīng)