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1、污泥消化处理试验研究1消化试验的工艺流程及装置本次试验采用两套消化装置，一套用来作污泥投配比试验，另一套用来作一次加泥的消化历程试验。1.1消化工艺的流程图1.2污泥消化试验装置消化装置的主体是有机玻璃柱，有效容积 13L，消化柱周围用电热丝加热，用继电器和节点温度计进行恒温控制，上部用泥斗加泥，下部出泥管排放消化后的污泥，柱中心装设搅拌装置，产生的气体通过消化柱上端出气管进入集气瓶，从集气瓶出来的气体经过气体流量计随时记录产气量。在消化柱内设玻璃连通管用做观测柱内液面高度和测定 pH 值。2试验内容、方法及条件试验污泥是取自截流污水沉淀试验每天排放的新污泥。2.1投配比试验消化柱首次加泥 1
2、3kg，待污泥培养接近成熟后开始每天按投配比例加泥，排泥量按投加量及消化柱的玻璃连通管的液面严格控制。柱内保持恒定泥量，随时观测柱内温度和产气状况，柱内不断均匀搅拌，速度为 20r/min。2.2消化历程试验一次性加泥 13kg，中间过程不加新泥也不排泥。2.3主要分析项目含水率、pH、VSS、碱度(抽测)、产生的气体测定CH4、CO 2、CO、H 2。表 1消化试验控制条件投配比试验(柱)4%投配率5%投配率消化历程试验(柱)首次投泥量/L 13 13 13每日投泥量/mL 520 650 投加时间 每日一次每日一次控制温度/ 330.5 330.5 330.5搅拌方式 连续 连续 连续消化
3、前后污泥取样量/g20 20 203主要考察的内容3.1投配比试验(柱)初沉池污泥消化前后含水率；不同投配比情况下的产气量；气体成分含量；污泥消化率；单位污泥产气量(L/L)；初沉池污泥 VSS 平均含量(g/L)。3.2消化历程试验(柱)考察消化过程中 pH 变化；产气量的变化情况；污泥消化周期。4试验运行情况4.1污泥投配比试验(柱)柱从 8 月 22 日装泥，直到 8 月 30 日前为污泥培养阶段。在此段时间内 pH 在 5.56.8 之间，产气量很少，从 8 月 31 日起产气量逐渐增加，9 月 1 日开始向柱内进泥和排泥，到 9 月 5 日产气量基本平衡，其 pH 迅速提高到 7.2
4、 以上，9 月 9 日气体成分分析结果也可看出甲烷比例已达到 43%以上。说明厌氧消化的两个阶段兼性厌氧菌和甲烷菌的代谢达到平衡，消化正常运行。从 9 月 9 日到 9月 21 日，按 4%投配比共运行 16 天。柱从 9 月 26 日重新装泥，至 10 月 6 日 10 天时间为污泥培养阶段，在此阶段内 pH 在5.55.8 之间，产气量很少，从 10 月 7 日产气量增加，同时进行 5%投配率的进泥和出泥，到 10 月 9 日产气量已达到平衡，柱内 pH 上升到 7.2 以上，10 月 9 日气体分析结果甲烷比例已达到 77%，说明代谢平衡，消化正常。从 10 月 9 日开始，到 11 月
5、 7 日结束，正常运行 29 天。4.2一次投泥消化历程试验柱从 9 月 13 日加泥，至 10 月 10 日基本不产气，共运行 28天，每天测定柱内 pH 值并记录产气量，监测碱度变化。5试验结果统计及分析(见表 2)表 2污泥消化试验结果统计表投配比试验消化历程试验柱柱 4%投配 柱 5%投配 0进泥 95.64 95.95 91.81平均含水率/% 出泥 92.46 92.63 94.45进泥 45.08 49.70 31.12平均 VSS含量/% 出泥 23.24 25.59 20.08进泥 5.86.3 5.96.8 6.2pH 范围出泥 7.057.5 7.27.7 7.15碱度/
6、mg/L 2 300 2 4002 700 0污泥消化率/VSS% 48.45 48.56 35.48日平均产气量/L/d10.81 13.30 0单位污泥产气量/L/L20.79 20.46 0单位 VSS 产气量/L/g1.06 1.02美国污水处理厂设计手册(0.50.75)分解单位 VSS 产气量/L/g2.18 2.10美国污水处理厂设计手册(0.871.12)单位污泥 VSS 量/g/L19.65 20.13 0VSS 负荷/g/(L . d)0.79 1.01 05.1投配率试验结果分析5.1.1VSS 负荷有机物负荷是影响污泥消化的重要因素，本试验用 VSS 负荷来分析不同污泥
7、投配率的消化效果。从表 2 中可见 5%投配比的 VSS 负荷为 1.01g/(L . d)，大于 4%投配比 0.79g/(L . d)的污泥负荷。4%投配率的消化时间为 25 天，5%投配率的消化时间为 20 天。根据资料介绍，最佳消化时间为 25 天左右。5.1.2pH 值和碱度从理论上看消化反应的两个阶段，第一阶段主要是兼性厌氧菌起作用，首先是细菌表面和周围介质中的酶将高分子有机物水解成水溶性简单有机物，兼性菌将这些简单有机物通过细胞膜的选择吸收并在细胞膜内代谢，产生的挥发性脂肪酸、醇、醛、酮等都是第二阶段甲烷菌的养分，产酸菌和甲烷菌必须在适当 pH 值和碱度范围内才能保持代谢平衡，消
8、化才能正常进行，试验中两种投配比正常运行时 pH 均在 7.057.5 之间，碱度超过 2 300mg/L。说明此时 pH值范围和碱度是较合适的。5.1.3VSS 的消化率有机物的消化率随时间的延长而增加。但本次试验 4%投配率时VSS 的消化率仅为 48.45%，反略低于 5%投配率 VSS 的 48.56%消化率。其主要原因是 4%投泥是在 8 月下旬和 9 月上旬，这一季节雨量较大，截流污水沉淀试验污泥中 VSS 含量较低，仅为 45.08%，在含水率相同时，自然 VSS 低时会使消化率有一定下降。因此在试验结果中并没有表现出 4%投配率的消化率高。5.1.4含水率消化污泥的含水率均较低
9、，为 91.81%95.95%是因为沉淀试验每天排一次污泥，污泥在池底沉积时间较长，有一定的浓缩。因此提高了污泥有机质的含量，使 VSS 的量增加，单位污泥产气量达20.79L/L，但单位 VSS 产气量为 1.02L/g1.06L/g。另外含水率低使容积负荷加大。5.1.5产气量日平均产气量实际是单位污泥在整个消化过程产气时的积分和，可用公式表示式中 V产气量；f(t)是随时间、有机物浓度、成分、温度等变化的产气量的函数；n停留天数。在单位污泥 VSS 含量相等、消化条件相同时，污泥负荷大，日平均产气量高，单位污泥产气量低；污泥负荷小，日平均产气量低，单位污泥产气量高。因此在设计中应综合考虑
10、单位污泥产气量和平均产气量，以合理发挥消化设备的处理效果。5.1.6气体成分污泥消化产生的气体中主要成分有 CH4、CO 2、N 2、CO 等，在试验过程中对气体成分的含量做了多次测定，其测定结果统计于表 3中。表 3气体成分分析表柱 柱 4%投配比日期 CH4/%CO2/%N2/%H2日期 CH4/%CO2/%N2/%H29.14 2.1 0.13 73.1 微量 9.9 43.7 10.1 39.2 微量9.17 6.8 0.1 63.3 微量 9.11 52.6 6.2 17.2 微量9.21 11.4 0.23 67.3 微量 9.17 85.7 6.1 4.5 微量9.23 77.9
11、 11.5 8.0 微量 9.20 84.2 9.0 6.2 微量9.25 78.0 16.0 7.0 微量 日期 柱 5%投配比9.27 83.0 0.6 12.0 微量 10.9 77.0 9.8 6.2 微量9.28 84.3 5.8 6.5 微量 10.11 76.5 9.5 5.4 微量10.5 73.5 5.1 22.0 微量 10.20 81.3 5.9 6.2 微量10.9 65.0 3.3 20.9 微量 11.3 68.5 9.2 4.6 微量从本次试验两种投配比率单位 VSS 产气量看，均高于美国污水处理厂设计手册所提出的值。另外 VSS 产气量和分解单位 VSS 产气量
12、均高于美国污水处理厂设计手册所给的值，基本原因是美国污水处理厂污泥是混合污泥，本次试验是初沉池污泥。5.2污泥消化历程试验结果分析柱进行消化历程的试验，考察整个污泥消化周期，并了解污泥消化各时期产气及 pH 值变化规律。图 1 和图 2 为全程消化过程产气量和 pH 值变化曲线。图 1消化历程产气量曲线图 2消化历程pH 变化曲线整个产气过程分为两部分，前一部分产气量达到高峰前，产气量逐日增加。消化过程由酸性发酵向碱性发酵阶段过渡，开始阶段pH 值低，酸度高，后一阶段碱度升高，pH 值升高到 7 以上，产气高峰过后实际上柱内有机物含量下降，营养不再过剩，产气量逐日下降，当泥中可分解的有机物消耗
13、将尽以后，产气消化过程结束。可见消化周期为 28 天29 天。从产气量变化曲线中可以看出消化 12天左右产气量达到高峰，pH 值在 7.5 左右产气量最大，说明甲烷菌消化控制 pH 在 7.5 左右最为适宜。开始阶段抽测的碱度为170mg/L，后一阶段抽测的碱度为 2 700mg/L。分析结果可见前一阶段 CH4含量低，N 2含量高，中后期 CH4含量高，CO 2和 N2含量低。6消化后污泥毒害物质含量的测定对消化后污泥中的毒害物和成分进行了分析和监测，结果见表4。从检测结果可以看出长春市污水厂消化后的污泥均符合国家规定的农用污泥中污染物控制标准(GB428484)。污泥中 N、P 含量较高，
14、重金属和其它毒害物质均较低，因此可作为改良土壤用。表 4污泥样品检测结果1 2 3 平均值标准值pH 7.4 7.5 7.3 7.4 Cu/mg/kg 64.625 111.438 79.750 85.271 500Pb/mg/kg 41.513 21.244 21.725 28.1541 000Cd/mg/kg 0.513 0.781 0.669 0.654 20Zn/mg/kg 450.538 628.050 395.063 491.2101 000As/mg/kg 8.320 4.710 5.660 6.230 75Hg/mg/kg 0.100 0.025 0.007 0.044 15C
15、r/mg/kg 48.200 12.931 10.906 24.0121 000CN/mg/kg 1.000 5.250 3.000 3.083 酚/mg/kg 1.508 12.934 未检出 毒害物苯并() 2.30 2.866 0.174 1.967 3芘/mg/kgN/mg/kg 9 220 14 390 20 100 14 570 P/mg/kg 2 689.6 2 627.0 4 710.5 3 324.4 肥分K/mg/kg 14.531 13.938 15.069 14.513 7污泥消化试验结论(1)长春市伊通河截流污水一级处理的污泥可以消化处理。沉淀污泥有机物含量较高，VS
16、S 含量达到 50%左右，单位污泥 VSS 可达到20g/L 左右。(2)污泥的可消化率较高，可达到 48%以上(按 VSS 计)。(3)单位污泥的产气量较高，可达到每升湿污泥产气 20L 左右(投配率 4%5%)。(4)单位 VSS 的产气量较高，可达到 1L/g 左右。(5)试验 4%投配率污泥负荷为 0.79g/(L . d)，5%投配率为1.01g/(L . d)，产气运行良好，可作为污泥消化设计的参考。(6)污泥采取中温消化 330.5是可行的，可作为污泥消化设计的参考。(7)pH 值和酸碱度是污泥消化的重要条件，实际生产应严格控制。试验中 pH 在 7.057.5 之间，碱度在 2 400mg/L2 700mg/L之间污泥消化正常运行
