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1、. . 中国环境科学CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE1998年 第18卷 第3期 No.3 Vol.18 1998科技期刊常温厌氧污泥消化的停留时间分析王世和(东南大学环境工程系， 210096)远藤郁夫(早稻田大学，日本)文摘通过对25下城市污泥常温厌氧消化过程的产气率、pH值、挥发酸、有机物分解率、消化速度常数等的测定，引入“微生物污泥(Active Biological Solids)”概念，进行了常温厌氧消化过程的动力学分析。结果表明，常温消化的反应速度、产气率、有机物分解率均明显低于高、中温消化。为获得同一程度的产气率和有机物分解率，常温消化需150天以上的停留
2、时间，而中、高温则为1230天。常温污泥消化的基质浓度与消化速度关系不同于合成基质，呈S型，可采用Moser模型模拟其动力学过程；n=2时所得各项动力学常数及最小消化时间可用于常温厌氧消化过程的控制。关键词厌氧污泥消化甲烷发酵污泥处理与处置The analysis of the retention time in the process of the normal temperature anaerobic sludge digestion.Wang Shihe (Department of Environmental Engineering, Southeast University,Nan
3、jing 210096);Ikuo Endo(WASEDA University, Japan).China Environmental Science.1998,18(3):218222AbstractIn this paper, the concept of “Active Biological Solids was introduced and the analysis of kinetics in the process of normal temperature anaerobic digestion was carried out by means of measuring the
4、 rate of gas production, pH, the volatile acid, the degradation rate of organic matter and the digestion speed constant in the process of urban sludge anaerobic digestion in 25. The results demonstrate that the reaction speed, the rate of gas production and the degradation rate of organic matter in
5、normal temperature digestion are obviously lower than those in high or middle temperature. To reach the same degree in the rate of gas production and degradation rate of organic matter, the retention time for normal temperature digestion needs more than 150 days,while only 12 to 30 days required for
6、 high or middle temperature digestion. The relationship between the substrate concentration and the digestion speed in the process of normal temperature sludge digestion takes on the style of an S, which differs from that of the synthetic substrates. Its kinetics can be simulated with Moser model. W
7、hen n is 2, several kinetic constants and the minimum digestion time can be used for the control of nomal temperature anaerobic digestion.Key words:anaerobic sludge digestionmethane fermentationsludge treatment and disposal已有的研究表明1，高温和中温消化可在较短的时间获得较好的处理效果。但自70年代初世界性能源危机以来，以节能为特征的低温、常温污泥消化技术的研究成了科技界关
8、注的热点。污泥消化与污水生物处理同是生化过程，但由于有机物的表现形态不同，消化过程的动力学分析也不同。在厌氧污泥消化中，作为基质对象的污泥中的有机物及无机物，常以溶解态、胶体及悬浮物等形式表现，因而MLVSS也与合成基质的情形不同。作者的研究表明1，在各种停留时间下，TS中的SS约占84.5%88.4%；混合液基质浓度中，分离液仅占21%23%，其余77%79%的有机物以悬浮状态存在，故可认为菌体是以SS为附着载体，并在反应器构成SS 与菌体的复合体，共同完成对有机物的降解过程。为便于分析，本文将此定义为“微生物污泥”，并以此为MLVSS进行动力学分析。1试验概况试验用图1的消化装置，14组消
9、化反应器分别置于250.2的恒温水槽，停留时间分别为8、10、12、15、20、25、30、40、60、80、100、120、150、200天。反应器容积：880天消化组用3.0L玻璃瓶，混合液容积为2.4L；100200天消化组采用5L玻璃瓶，混合液容积为4L。每天1次进行污泥的排出和投配，早、晚各1次充分搅拌，使反应器污泥混合均匀。接种污泥以城市污水处理厂二沉池污泥经8个月充分驯化而成。投配污泥的初始测定值：pH值为5.93，CODCr 31548mg/L，BOD5 12843mg/L，VFA1412mg/L,TS 22424mg/L，VS 18383mg/L，SS 19561mg/L，V
10、SS 16675mg/L，T-N 835mg/L。试验共进行了10个月，每天定时测定反应器混合液的pH值、挥发酸(VFA)、BOD5、CODCr及MLVSS等值，分析数据为稳定运行状态下3个星期的平均值(见表1)。图1消化装置示意Fig.1Illustration of the digestion unitA.反应器B、C.沼气测量系统D.混合液采样口E.基质投加口F.安全阀G.恒温水槽表1试验测定结果平均值Table 1Average results measured in the experiments消化天数(d)产气量(mL/d)pH值BOD混(mg/L)BOD分(mg/L)CODCr
11、(mg/L)VFA(mg/L)TS(mg/L)VS(mg/L)SS(mg/L)VSS(mg/L)823916.7556441386173091192.015852111981318698071021096.84369490714744376.01378591201141280671218776.87302272714956749.21284685701093075981512376.85277154216161267.816702101251364993892011596.94230149213449564.7128838349107607293259456.97225646713488536
12、.6130258309108137226306416.94211344615627280.4142499250125208354404616.97198441913443419.013774878.2121327996603267.02171334213050496.6134878471117087543802477.07179332112024455.01310481871124472341003877.07169938912289342.21335082381126971061203347.11152041012888377.81300979561099270191502737.17153
13、935812523339.81289377951088468752002167.20145534212407412.31269977891050065332试验结果及动力学分析图2为产气量与停留时间的关系。为便于分析，同时给出高温(53)、中温(37)消化的试验曲线。从图2可见，在1230天消化条件下，中、高温产气量均达到600630mL/g*VS，接近最高产气量。常温消化的产气量在12200天围，在465630mL/g*VS间渐增。由此看来，为获得与中、高温稳定状态同程度的产气量，常温消化需150天以上的停留时间。同时发现，反应器混合液pH值达到7.0以上需40天以上的消化时间。图3为消化时
14、间与有机物分解率的关系。在高、中温消化、产气率稳定的状态下，有机物分解率在55%63%围上升，而常温消化在830天急增，40天以上有机物分解率增势趋缓，150200天时达到最大值(55%)，常温消化难以达到高、中温时的最大消化率。为获得50%以上的分解率，需有60天以上的停留时间；要获得55%以上的分解率，高、中温消化的停留时间在12天以上即可，而常温需150天以上。尽管如此，30天消化的分解率已经达到46%，为最高消化率(55%)的84%；要达到90%的最大可能消化率，停留时间在60天以上即可，此时分解率为50.5%。图2产气量、pH值与停留时间关系Fig.2The relationship between the amount of gasproduction, pH and ratention time 图3有机物分解率与停留时间关系Fig.3The relationship between the degradetionrate of the organic matter图4为反应器的基质浓度与基质消化速度的关系。由图4可知，与合成基质时的抛物线分布不同，此时呈S型分布规律，在BOD5为2050mg/L处出现拐点。因而判定，常温污泥消化过程不能简单地套用Monod方程，必须在对微生物
