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1、中国环境科学CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE1998年第18卷第3期1998科技期刊凶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，南京 210096）远藤郁夫 （早稻田大学，日本）文摘通过对25C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天以上的停留时间，而中、高
2、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 Shihe (Department of Environmental Engineering, Southeast University,Nanjing 210096);Iku
3、o Endo(WASEDA University, Japan).China Environmental ,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 rate of gas production, pH,
4、the volatile acid, the degradation rate of organic matter and the digestion speed constant in the process of urban sludge anaerobic digestion in 25C. The results demonstrate that the reaction speed, the rate of gas production and the degradation rate of organic matter in normal temperature digestion
5、 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 high or middle temperature
6、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. When n is 2, several kinetic
7、constants and the minimum digestion time can be used for the control of nomal temperature anaerobicdigestion.Key words:anaerobic sludge digestion methane fermentation sludge 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内获得较好 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注的热点。污泥消化与污水生物处理同是生化过程，
8、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%；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，并在反应器内构成 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组消化反应器分别置于25 土。C的恒温
9、水槽内，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 天消化组用玻璃瓶，混 合液容积为；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，使反应器内污 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，CODCr 31548mg/L，BOD5 12843mg/L， VFA1412mg/L,TS 22424mg/L， VS 18383mg/L， SS 19561mg/L，VSS 16675mg/L，T
10、-N 835mg/L。试验共进行了 10 个月，每 天定时测定反应器内混合液的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Illustration 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 1 Average results measured in the experiments消化天 数(d)产气量(mL/d)pH 值BOD (mg/L)BOD (mg/L)CODCr (mg/L
11、)VFA (mg/L)TS (mg/L)VS (mg/L)SS (mg/L)VSS (mg/L)82391564413861730915852111981318698071?021093694907147441378591201141280671218773022727149561284685701093075981512372771542161611670210125136499389201159230149213449128838349107607293259452256467134881302583091081372263064121134461562714249925012520835
12、4404611984419134431377412132799660326171334213050134878471117087543802471793321120241310481871124472341003871699389122891335082381126971061203341520410128881300979561099270191502731539358125231289377951088468752002161455342124071269977!891050065332 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(53C)、中温(37C)
13、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天范围内，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值达到以上需40 天以上的消化时间。图3 为消化时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%范围内上升，而常温消化在 830天内急增，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
14、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%。The relationship between the amount of gas图 3 有机物分解率与停留时间关系The 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，必须在对微生物污泥的增殖规律进行分析的基础上，引 进 Moser 模型13，以考察常温厌氧污泥消化的动力学过程。根据本的完全研究的具体条件，图1的消化系统可概括为 混合型反应器，故基质的容积负荷去除率(2)消化速度(3)式中：X。、X为投料及反应器内的微生物浓度；S。、S为投料及反应器 内的基质浓度；Q为流量；V为反应器混合液体积；t为污泥停留时 间。由反应器内微生物污泥的平衡关系可得：呂 式中：Kd为微生物污泥的自身氧化率。(d
