高含固率污泥厌氧消化系统的启动方案与试验

高含固污泥厌氧消化技术是目前国内外的研究热点。该文以上海市白龙港污水处理厂脱水污泥稀释而成的含固率为10％的污泥作为研究对象，对高含固污泥厌氧消化技术进行了初步的探讨。试验结果表明，厌氧消化系统的进泥含固率升高至10％后，每投入1m3的污泥产气约16～18m3沼气，远高于现有浓缩污泥厌氧消化系统的产气率（8～10m3沼气／m3污泥）。高含固率污泥厌氧消化系统推荐采用清水启动策略，即消化罐内介质的初始状态为清水（二沉池出水），之后以不同投配率投加原污泥，避免系统启动过程中的VFA的积累，尤其是丙酸含量的积累。该研究成果不仅可为该污水处理厂现有污泥厌氧消化系统未来的扩建改造服务，而且可为国内同类工程提供借鉴和示范。

高含固率污泥厌氧消化试验研究

利用自主设计的厌氧消化反应器,以脱水污泥作为基质分别在中温和高温条件下进行了连续55 d的高含固率厌氧消化试验。结果表明,在中温条件下高含固率厌氧消化产气经历了适应期、高峰期、稳定期、结束期四个阶段,日产气量峰值为17.624 L/d;在高温条件下前30 d的日均产气量<3 L/d,峰值仅为9.976 L/d;在中、高温厌氧消化条件下污泥p H值均上升至弱碱性,氨氮浓度变化趋势相似,TS减少量相差不大;中温条件下对VS的去除率为41.9%,高温条件下的为36.1%。可见,中温高含固率厌氧消化系统的运行效果优于高温。

铁粉/鼠李糖脂对高含固率脱水污泥的强化厌氧消化

改善高含固率脱水污泥的厌氧消化反应类型、提高传质效率是当前的研究热点之一。采用批次试验系统研究了铁粉和鼠李糖脂对高含固率污泥厌氧消化的强化效果,结果表明,投加铁粉和鼠李糖脂对高含固率污泥厌氧消化产甲烷均有促进作用。原污泥、投加铁粉污泥、投加鼠李糖脂污泥的日产气量分别在第4 d、第3 d、第1 d达到最大,对应的日甲烷产量分别为184、240、320 mL/(L·d)。加入铁粉后氧化还原电位(ORP)下降显著,在运行10 d后,加铁粉组的ORP最低值为-400 mV。厌氧消化过程中挥发性脂肪酸(VFA)组成以乙酸为主,投加铁粉对丙酸的产生有一定的抑制作用,加入鼠李糖脂有利于加快微生物对底物的利用速率,进而减少VFAs累积,且第10 d时VFAs的含量已下降至最低,均有利于甲烷产生。

超声联合热碱破解高含固污泥的理化性质变化

为了进一步提高能量利用效率,在前期研究的基础上,采用超声和热碱同步处理方法,在超声能量[以总固体(TS)计]9 551 kJ·kg^(-1)、温度73℃和加碱量(以TS计)0.085 g·g^(-1)处理条件下,研究不同含固率污泥预处理后有机质释放情况及规律。结果表明,含固率w为3%、5%、10%和15%的污泥经预处理后平均粒径分别降低40.14%、58.01%、93.63%和17.46%;含固率10%的污泥预处理后粒径分布中累计体积占10%、50%和90%所对应的粒径值(dp10、dp50和dp90)分别较未处理污泥降低88.38%、93.85%和96.74%。在有机物浓度变化方面,破解后污泥溶解性化学需氧量(SCOD)增量随含固率的增加而上升,而污泥破解度变化趋势则相反,含固率3%的污泥破解度最高达50.3%。在有机物组分方面,含固率10%的污泥预处理后溶解性蛋白质和多糖浓度增量最高,且可降解有机质占溶解性有机质比例最高,达88.94%。以上结论表明,在破解高浓度污泥方面,超声联合热碱处理工艺亦有较好的应用前景。

磷酸盐缓冲液初始pH值对高含固污泥厌氧消化性能影响

在高含固污泥厌氧反应器中投加浓度为20 mmol·L-1(以P元素计)的磷酸盐缓冲溶液,考察不同pH值的缓冲溶液对污泥厌氧消化效果的影响。结果表明,投加pH为7.0的缓冲溶液后,总甲烷产量达到最大值61.08 L,较对照提高了38.1%,而投加pH为7.5和8.0的缓冲溶液后对产甲烷过程产生了抑制。投加缓冲溶液的各组厌氧消化至45 d,污泥的VS去除率均高于对照组。动力学研究表明,蛋白质和多糖的降解符合一级反应动力学,投加缓冲溶液有利于加速蛋白质的降解,而对多糖的降解无明显影响。