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1、剩余污泥细胞破壁技术初探王芬 王暄 杨海松 张书廷（天津大学环境科学与工程学院）摘要：本文采用加碱、加热、加热联合加碱3种预处理方式，对剩余活性污泥进行细胞破壁的研究，以探讨加快污泥消化速率，提高沼气产率的新途径。结果表明，pH=12时的碱解处理效果显著，反应4hr后，污泥的SCODTCOD值可达30；60下热解2hr后，SCOD/TCOD值可达25；加热联合加碱破壁处理8hr的结果表明，60下，pH=11时，2hr后，SCODTCOD值可达29。加热联合加碱方法，不仅可以加大水解程度，还可以加快污泥的破壁，内含物的流出。关键词：污泥处理；细胞破壁；反应1引言城市污水生物处理厂剩余污泥的处理与
2、处置是一个较为棘手的问题。其处理费用占到污水处理厂总运行费用的2540，甚至高达601；通常采用的污泥中温厌氧消化工艺，存在着反应速度慢，污泥在池内的停留时间过长，池体体积庞大，操作管理复杂，产气中甲烷含量低等缺点。污泥厌氧消化过程中，污泥水解是限速步骤2。采用一定的预处理方式，可以使细胞壁破裂，细胞内含物溶出，加速污泥的水解过程。从而达到缩短消化时间，减少消化池容积，提高甲烷产量的目的。例如，国外的研究表明，使用超声波（3.6KW,31KHz,64sec）预处理污泥，污泥中溶解性化学需氧量（SCOD）由630mgL上升到2270mgL，而且可以使污泥消化的停留时间缩短到8天3；采用碱（40m
3、eqL）与超声波（120W,20 KHz,14.4secml）结合的方法进行预处理可以污泥中78%的总化学需氧量（TCOD）溶出4；用搅拌球磨机及高压均化器的机械处理方式可以使污泥中TCOD溶出90%，同时使厌氧消化的停留时间减少到6天5；采用高压灭菌器（120，1bar）处理污泥45min,可以使357%的TCOD溶出6。目前，国内关于污泥细胞破壁技术的研究较少。本文采用加碱、加热、加热联合加碱3种方式，初步探讨了剩余污泥破壁的技术方法。2实验方法2.1污泥来源本实验所采用的污泥取自一容积为40L的SBR反应器，种泥取自天津市纪庄子污水处理厂。SBR反应器内的污泥停留时间为20d。每天运行3
4、个周期，处理人工模拟废水，主要基质为葡萄糖，进水COD浓度为500mgL。按照BOD:N:P为100:5:1的比例，投加葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾作为碳、氮、磷源。反应器内MLSS为40005000mgL。取反应器内每一个运行周期末的污泥，经重力沉降，使污泥浓缩至原体积的一半时，弃去上清液，用浓缩污泥（含水率为99%左右）进行破壁实验。2.2 实验装置及方法加碱的实验装置如图1所示，加热及加热联合加碱的实验装置如图2所示。2.2.1加碱破壁的实验方法在室温条件下（253），取浓缩后的污泥5ml，稀释10倍后，测定TCOD。同时，取适量浓缩后的污泥，用滤纸过滤，测定滤液的COD，该值即污泥处理前
5、的SCOD值。向1000ml的广口瓶内加入500ml浓缩后的污泥，根据实验要求的pH值加入一定量的0.001M1 M 的NaOH溶液。用磁力搅拌器搅拌均匀之后，开始计时，静置反应12hr，每隔3hr，用磁力搅拌器搅拌均匀后，取一次泥样，用滤纸过滤后，滤液放置在4冰箱内以备测量。2.2.2加热破壁的实验方法处理前污泥的TCOD及SCOD的测量方法同上。污泥样的pH值约为67。向1000ml的广口瓶内加入500ml浓缩后的污泥，将广口瓶置于水浴锅内。根据实验要求，调节温度，使瓶内污泥温度升高到热解温度。自温度升到实验要求温度开始计时，反应8h，每隔12h，用磁力搅拌器搅拌均匀后，取一次泥样，用滤纸
6、过滤后，滤液放置在4冰箱内以备测量。2.2.3加热联合加碱破壁的实验方法处理前污泥的TCOD及SCOD的测量方法同上。向1000ml的广口瓶内加入500ml浓缩后的污泥，根据实验要求的pH值加入0.001M1 M 的NaOH溶液。将广口瓶置于水浴锅内。根据实验要求，调节温度使瓶内污泥温度升高到热解温度。自温度升到实验要求温度开始计时，反应8h，每隔12h，用磁力搅拌器搅拌均匀后，取一次泥样，用滤纸过滤后，滤液放置在4冰箱内以备测量。2.3 分析项目及方法2.3.1 污泥浓度（MLSS）、总固体（TS）、挥发性固体物（VS）参照水和废水的水质分析监测方法一书中有关的分析方法进行测定。2.3.2化
7、学需氧量（COD）溶解性化学需氧量（SCOD）为经过滤纸过滤后滤液的COD值。总化学需氧量（TCOD）为被处理污泥混合液的COD值，COD测定为重铬酸钾法。测定方法为密封微量比色法7。COD仪采用HACH DR2000型。3实验结果与讨论3.1 碱解破壁的实验结果本实验进行了pH值为8、9、10、11、12的碱解破壁实验。结果如图3、图4所示。图中SCODTCOD表示加碱破壁后污泥上清液COD扣除未破壁时污泥上清液COD后与污泥混合液的TCOD的比值，表示了污泥破壁的程度。由图3可以看出，随着pH值的升高，SCODTCOD值增加，也即污泥的水解程度加大。pH值为12时的水解效果明显优于其它pH
8、值时的处理效果。可以得出，存在一个加碱量的下限，当加碱量低于该下限值时，碱解效果较差。加碱量一旦超过该值，污泥的碱解效果就会有明显的改观。由图3可以看出，在pH=12时，反应12hr，SCODTCOD可达3040。而且，反应4hr后，就可以完成80以上的碱解。3.2 加热破壁的实验结果本研究进行了40、50、60的加热破壁实验。实验结果如图5、图6所示。图中SCODTCOD表示加热破壁污泥上清液COD扣除未破壁时污泥上清液COD后与污泥混合液的TCOD的比值，表示了污泥破壁的程度。由图5可以看出，随着热解温度的升高，SCODTCOD值增加，即污泥的水解程度加大。由图6可以看出，60下热解时，污
9、泥温度升至60始，反应2hr后，就可以完成85%以上的水解，SCODTCOD值达25%，反应速度很快。3.3 加热联合加碱的实验结果本研究进行了50、60下，pH=9、10、11时的热碱破壁实验，实验结果如图710所示。由图710可以看出，在pH值为9、10、11时加热破壁，随着pH值的升高，污泥的水解率从25%升高到35%，即随着pH值的升高，水解率增大。60下进行的反应，在反应2hr后，就可以完成85%左右的水解，SCODTCOD值可达29%，由上述60下的热解实验的结果：在反应2hr后SCODTCOD值可达25%，可知，加碱加大了水解程度。由图8可以看出，50处理时，未加碱时，反应4hr
10、后，仅可完成6075%的水解；而加碱后，反应4hr后，可以完成85%的水解，所以，加碱后使得破壁速度加快，即加碱降低了污泥对于温度的耐受力，加速了污泥的破壁，内含物的流出。4结论（1）对剩余污泥进行碱解处理，可以在12hr内使3040的TCOD溶出；60下热解时，反应2hr后，已经完成85以上的水解，SCODTCOD值可达25%。加热联合加碱的研究表明，60下，pH值为11时，反应2hr后，可以完成85左右的水解，SCODTCOD值可达29%。可知，加碱加大了水解程度。50下的加热联合加碱的实验还表明，加碱可以降低污泥对热的耐受力，加速污泥的破壁。（2）对污泥采取一定的破壁预处理技术，可以加速
11、污泥的水解过程，使胞内物质快速溶出。从而可以加快后续的厌氧消化进程。参考文献：1 Low E W ,Chase H A. Reducing production of excess biomass during wastewater treatment J.Water Research,1999,33(5):1119-11322Eastman,J.A. and Ferguson, J.F.(1981).Solubilization of particulate organic carbon during the acid phase of anaerobic digestion .JWPCF
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