不同城市不同类型污泥厌氧消化产气性能比较

第３４卷增刊Ⅱ２００７年北京化工大学学报犑犗犝犚犖犃犔犗犉犅犈犐犑犐犖犌犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢犗犉犆犎犈犕犐犆犃犔犜犈犆犎犖犗犔犗犌犢犞狅犾．３４，犛狌狆．Ⅱ２００７不同城市不同类型污泥厌氧消化产气性能比较李来庆１李秀金１郑明霞１庞云芝２（北京化工大学１化学工程学院；２机电工程学院，北京１０００２９）摘要：在中温（３５℃）条件下，对不同城市的浓缩污泥和压滤污泥在６０、８０和１００犵／犔三种不同负荷率下，进行厌氧消化产气性能比较研究。结果显示，在三种不同的负荷率下，同一污泥的单位总固体（犜犛）产气量、单位挥发性固体（犞犛）产气量、消化单位犜犛产气量、消化单位犞犛产气量之间没有显著差异。同一城市浓缩污泥和压滤污泥的厌氧消化性能相比有些不同，但差异不显著。取自北京某污水处理厂的两种污泥的厌氧消化性都明显好于河南某污水处理厂的污泥，其浓缩泥和压滤泥的消化单位犞犛产气量分别为０７和０９犔／犵，具有较佳的厌氧消化性能。关键词：城市污泥；厌氧消化；产气中图分类号：犡７０５；犜犓６收稿日期：２００７１０１５第一作者：男，１９８０年生，博士生通讯联系人犈犿犪犻犾：狆犪狀犵狔狕＠犿犪犻犾．犫狌犮狋．犲犱狌．犮狀引言城市污泥是污水处理厂在污水处理过程中产生的副产物。随着我国社会经济和城市化的发展，污水的产生及其数量在不断增长，同时导致污泥数量的大量增加。据报道，截至２００６年，我国城市污水处理厂年排放的污泥量（干重）大约为１６０万狋，而且年增长率大于１０％，特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出［１］。而在我国现有的污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到１／４，处理工艺和配套设施较为完善的还不到１／１０［２］。污泥的处理处置已成为迫在眉捷的难题。应用厌氧生物技术降解这些有机废物是实现无害化行之有效的方法［３］。但是，由于不同城市经济发展水平、居民生活水平以及污泥处理工艺不同，不同城市、不同类型的污泥厌氧消化产气性能亦不相同。目前尚无相关研究。本文就不同城市污水处理厂的污泥进行中温厌氧消化实验，并对不同城市、不同类型污泥的产气性能进行了对比研究。１实验部分１１研究对象试验所用污泥分别取自北京市某大型污水处理厂以及河南省某污水处理厂的浓缩池污泥和经过压滤的脱水泥饼，均为好氧消化污泥，其物化性质见表１。所取回污泥在６０℃下烘干后，研磨粉碎备用。表１不同城市污泥的物化性质犜犪犫犾犲１犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊犾狌犱犵犲狊样本含水率犜犛犞犛北京泥浓缩污泥９６．２％３．８％１．７％压滤泥饼７９．８％２０．２％９．１％河南泥浓缩污泥９０．９％９．１％４．８％压滤泥饼７６．５％２３．５％１０．２％犜犛为总固体；犞犛为挥发性固体１２实验方法１２１实验装置与条件厌氧消化实验装置由２犔锥形瓶、１犔广口瓶、１犔烧杯以及恒温振荡箱组成。锥形瓶作为厌氧消化反应器，采用排水法收集沼气并进行计量。经研磨后的污泥按６０、８０和１００犵犜犛／犔的负荷率分别添加到厌氧消化反应器中，反应器的工作体积设为１５犔，接种后置于恒温振荡箱中，设置不加底料污泥的接种泥空白对照。接种泥取自北京市高碑店污水处理厂，为厌氧消化污泥，其犜犛、犞犛及混合液悬浮固体（犕犔犛犛）分别为３０６，１６８，２９７犵／犔，含水率为９６４％。各个反应器的污泥接种量相同，其犕犔犛犛为１５０００犿犵／犔［４］。试验采用中温厌氧消化，振荡箱的温度为（３５±１）℃，转速为１２０狉／犿犻狀［５］。１２２分析方法气体成分采用犛犘２１００气相色谱分析仪（北京北分瑞利仪器公司），热导检测器，载气为氢气，检测器、进样器和柱温分别为１５０℃、１５０℃和１２０℃。记录所有厌氧消化反应器的日产气量，计算相应的总产气量和单位犜犛、犞犛产气量，并分析厌氧消化前后污泥的犜犛、犞犛变化。总产气量为整个厌氧消化过程中日产气量的加和，犿犔；单位犜犛、犞犛产气量为平均每投加１犵犜犛、犞犛所产生的生物气体积，消化单位犜犛、犞犛产气量为平均每消化１犵犜犛、犞犛所产生的生物气体积，犿犔／犵。文中日产气量为不扣除空白实验接种泥产气量的值，犿犔；总产气量、单位犜犛产气量、单位犞犛产气量、消化单位犜犛产气量和消化单位犞犛产气量为扣除接种泥产气量后的值。犜犛、犞犛、灰分均按照标准方法［６］测定。图１北京某污水处理厂浓缩污泥（犪）和压滤污泥（犫）日产气量犉犻犵．１犇犪犻犾狔犫犻狅犵犪狊狆狉狅犱狌犮狋犻狅狀狑犻狋犺（犪）犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犲犱狊犾狌犱犵犲犪狀犱（犫）犱犲狑犪狋犲狉犲犱狊犾狌犱犵犲犳狉狅犿犅犲犻犼犻狀犵２结果与讨论２１不同污泥产气量分析２１１日产气量北京和河南某污水处理厂浓缩污泥、压滤污泥的每日产气量如图１、２所示，所有污泥的产气过程都经历了２～３个明显的产气高峰，比较不同城市泥的日产气量可以发现，北京浓缩污泥和压滤污泥的日产气情况都好于河南污泥，表现在日平均产气量和日最大产气量上。在试验设置的三个负荷中北京污泥的日平均产气量要高出河南污泥的１３～１４倍；北京浓缩泥和压滤泥日产气量最高达到了１４２０和１５７０犿犔，高于河南浓缩泥和压滤泥１０６０和１３２０犿犔的最大日产气量。同一城市的浓缩污泥和压滤污泥日产气情况略有差异，两个地区浓缩泥的主体产气高峰开始时间均要早于压滤污泥，且产气高峰较为集中。这是因为浓缩污泥是在沉淀池中由于重力作用自然沉降产生的，其结构比较松散，含有的大量有机质能被产甲烷菌快速获取并降解；而压滤污泥是投加了高分子絮凝剂后再经机械压滤产生，其结构较紧密，其有机质不能被微生物快速利用，必须经过一定时间的水解，随着消化过程的进行，高分子混凝剂被降解，有机质被释放，产气高峰也随之来临，造成了压滤污泥主体产气高峰的滞后。图２河南某污水处理厂浓缩污泥（犪）和压滤污泥（犫）日产气量犉犻犵．２犇犪犻犾狔犫犻狅犵犪狊狆狉狅犱狌犮狋犻狅狀狑犻狋犺（犪）犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犲犱狊犾狌犱犵犲犪狀犱（犫）犱犲狑犪狋犲狉犲犱狊犾狌犱犵犲犳狉狅犿犎犲狀犪狀２１２总产气量及单位产气量比较分析不同城市浓缩污泥和压滤污泥厌氧消化总产气量、单位犜犛产气量、单位犞犛产气量如图３所示，取自北京污水处理厂的浓缩污泥和压滤污泥在三种不同负荷下的总产气量、单位犜犛产气量、单位犞犛产气量均远远高出取自河南某污水处理厂的污泥。北京浓缩污泥和压滤污泥的平均单位犜犛产气量为１６４６和·７１·增刊Ⅱ李来庆等：不同城市不同类型污泥厌氧消化产气性能比较图３不同城市浓缩污泥和压滤污泥厌氧消化的总产气量（犪）、单位犜犛产气量（犫）和单位犞犛产气量（犮）犉犻犵．３犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳（犪）狋狅狋犪犾犫犻狅犵犪狊狔犻犲犾犱，（犫）犫犻狅犵犪狊狔犻犲犾犱狆犲狉犵狉犪犿狅犳犜犛犪狀犱（犮）犫犻狅犵犪狊狔犻犲犾犱狆犲狉犵狉犪犿狅犳犞犛犳狅狉犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犲犱犪狀犱犱犲狑犪狋犲狉犲犱狊犾狌犱犵犲犳狉狅犿犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮犻狋犻犲狊１７０４犿犔／犵，约为河南浓缩污泥和压滤污泥单位犜犛产气量的１９倍和１８倍；北京浓缩污泥和压滤污泥的平均单位犞犛产气量为３５９５和３７７８犿犔／犵，约为河南浓缩污泥和压滤污泥单位犜犛产气量的２２倍和１７倍。以上结果表明不同城市之间污泥的厌氧消化性能具有明显差异，这与不同城市经济发展水平、居民生活水平以及污泥处理工艺等有密切关系，这些因素决定了不同城市之间污泥性质的不同。同城市不同类型的污泥中，压滤污泥的总产气量、单位犜犛产气量、单位犞犛产气量稍高于同城市的浓缩污泥，但差异不显著，说明两种污泥的厌氧消化性能和产气量没有明显差别。尽管后者加有高分子混凝剂，但只要消化时间足够长，仍能达到较好的消化效果。同一污泥的总产气量随负荷率的增大而升高，而单位犜犛产气量、单位犞犛产气量在６０、８０和１００犵／犔三种不同的负荷率下没有显著差异。２２污泥厌氧消化性能比较分析单位犞犛产气量和消化单位犞犛产气量这两个指标通常用来衡量污泥的厌氧消化性能和产气能力。由于犞犛在污泥消化过程中的分解率受诸多因素的影响，投入的犞犛量与最终产气量之间决定关系不大，用单位犞犛产气量考察污泥的厌氧消化性能具有一定的不确定性；消化单位犞犛产气量则能排除因试验条件导致犞犛分解不彻底的干扰，能更准确地反映污泥的厌氧消化性能和产气能力。美国污水处理厂设计手册中确定这两项指标的最佳范围为０５～０７５犔／犵和０７５～１１２犔／犵［７］。表２为北京和河南城市污泥厌氧消化性能比较。虽然河南污泥的犜犛和犞犛去除率要高于北京污泥，但是其消化表２不同城市污泥厌氧消化性能比较犜犪犫犾犲２犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犪狀犪犲狉狅犫犻犮犱犻犵犲狊狋犻犫犻犾犻狋狔犳狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊犾狌犱犵犲狊样本负荷／（犵／犔）犜犛减少率／％犞犛减少率／％消化单位犜犛产气量／（犿犔／犵）消化单位犞犛产气量／（犿犔／犵）φ甲烷／％６０３８．６５２．５４３９．１７０４．８６４．８北京浓缩污泥８０３７．２５０．６４４４．８７１３．９６７．５１００３３．４４７．７４７５．３７２８．８６６．６６０２７．９４２．１６１６．０９０４．２６６．６北京压滤泥８０２２．０３９．０７７７．８９７３．２６８．４１００２５．２４０．６６６８．２９１９．４６６．０６０７０．２７７．５１３１．６２２８．３６２．４河南浓缩污泥８０６７．３７４．０１３０．５２２６．８６１．８１００６３．７７０．１１２５．６２１８．２６４．８６０６２．２７３．９１５８．８３０９．８６２．３河南压滤泥８０５２．９６３．７１７７．９３４２．５６５．３１００５９．３６８．６１５６．４３１３．６６６．８·８１·北京化工大学学报２００７年单位犜犛产气量和消化单位犞犛产气量都要远远低于北京污泥。北京压滤泥的消化单位犞犛产气量为０９犔／犵，在最佳范围之内，具有较好的厌氧消化性能；其次是北京浓缩污泥，为０７犔／犵较为接近最佳值。河南浓缩泥和压滤泥的厌氧消化性能较差，其消化单位犞犛产气量仅为０２和０３犔／犵，在最佳范围之外。说明河南的污泥可消化，但消化的污泥产气量低。同一污泥的消化单位犜犛产气量和消化单位犞犛产气量在６０、８０和１００犵／犔三种不同的负荷率下同样没有显著差异。３结论（１）北京某污水处理厂污泥的厌氧消化性明显好于河南某污水处理厂的污泥，其浓缩泥和压滤泥的消化单位犞犛产气量分别为０７和０９犔／犵，具有较佳的厌氧消化性能。（２）同城市不同类型的污泥中，压滤污泥和浓缩污泥厌氧消化性能相比有些不同，但差异不是很显著。（３）同一污泥的单位犜犛产气量、单位犞犛产气量、消化单位犜犛产气量和消化单位犞犛产气量在６０、８０和１００犵／犔三种不同的负荷率下没有显著差异。参考文献：［１］杭世，刘旭东，梁鹏．污泥处理处置的认识误区与控制对策［犑］．中国给水排水，２００４，２０（１２）：８９－９２．［２］柯建明，王凯军，田宁宁．北京市城市污水污泥的处理和处置问题研究［犑］．中国沼气，２０００，１８（３）：３５－３８．［３］汪德生，付蕾．城市污水处理厂剩余污泥中温厌氧消化处理研究［犑］．新疆环境保护，２００６，２８（４）：６－９．［４］犣犎犃犖犌犚狌犻犺狅狀犵，犣犎犃犖犌犣犺犻狇犻狀．犅犻狅犵犪狊犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳狉犻犮犲狊