電化學預處理對剩余污泥厭氧發(fā)酵制氫效能影響的研究

本研究采用經(jīng)電化學預處理后的剩余污泥進行厭氧發(fā)酵，試驗考察了不同投配率對污泥厭氧發(fā)酵效能的影響，并進行了對照試驗，結(jié)果得出，在相同的運行條件下，污泥投配率分別是5%、7%和10%的時候，電化學組TCOD去除率較對照組分別增加了12.4%、9.5%和4.7%。投配率為7%的條件下氫氣含量最高，結(jié)合投配率對TCOD、VFAs、產(chǎn)氣量和氫氣含量等影響，得出將污泥投配率控制在7%有利于發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1.前言

采用生物法的污水處理廠運行過程中會產(chǎn)生大量剩余污泥，隨著廢水處理量的增加，剩余污泥的產(chǎn)量也大幅增長[1]。目前，較為常用的處理方法是對污泥進行厭氧消化處理，一方面可以實現(xiàn)生物污泥減量、減容，為后續(xù)處理提供便利；另一方面污泥在厭氧消化過程中產(chǎn)生氫氣、沼氣等能源。但大部分有機質(zhì)包含在剩余污泥細胞壁內(nèi)，不易被微生物利用，為提高污泥厭氧發(fā)酵效率需對剩余污泥進行預處理來提高其有機質(zhì)利用效率[2-4]。

目前，常用的剩余污泥預處理方法有物理、化學、生物等方式。本研究對電化學方法預處理后剩余污泥進行厭氧消化處理，并進行對比試驗，考察電化學預處理前后剩余污泥厭氧消化性質(zhì)的變化情況。

2.試驗材料與方法

2.1污泥特性

本試驗所用污泥取自長春市某污水處理廠濃縮池污泥，將此污泥進行電化學處理后（處理條件：pH=10，電壓30V，極板間距為2cm，反應(yīng)時間為間歇電解50min即電解10分鐘停5分鐘），預處理前后污泥性質(zhì)見表1。

2.2試驗方法

2.2.1試驗裝置

污泥厭氧發(fā)酵試驗裝置由有機玻璃加工而成，有效容積6.0L，反應(yīng)器內(nèi)徑20.0cm，高38.0cm，試驗裝置設(shè)有攪拌機，使反應(yīng)器內(nèi)厭氧微生物與基質(zhì)充分混合，攪拌軸與反應(yīng)器蓋連接處裝有水封墊，確?？諝獠荒苓M入反應(yīng)器內(nèi)，維持厭氧反應(yīng)所需條件。并設(shè)有恒溫水浴裝置，保證反應(yīng)器內(nèi)溫度維持在35±1℃范圍內(nèi)。

2.2.2反應(yīng)條件

厭氧反應(yīng)器pH值控制在4.2～4.5之間，通過改變污泥的投配率變化厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的有機負荷，并檢測進泥和出泥的TCOD、揮發(fā)酸（VFAs）、污泥沉降性、等。

3.試驗結(jié)果與討論

3.1污泥TCOD隨污泥投配率的變化情況

厭氧發(fā)酵反應(yīng)器污泥投配率與系統(tǒng)有機負荷成正比，試驗期間考察了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)污泥投配率變化對污泥TCOD去除的影響。在相同污泥投配率條件下，經(jīng)電化學預處理后（電化學組）污泥TCOD去除率均高于對照組，在污泥投配率分別是5%、7%和10%的時候，電化學組TCOD去除率較對照組分別高出12.4%、9.5%和4.7%，即有機負荷越大，電化學預處理對污泥TCOD去除的影響越小。

且對照組污泥和電化學組污泥的TCOD去除率均隨著污泥投配率的增加而減小，投配率由7%升至10%時，對TCOD去除的影響較大，此時電化學組TCOD去除率由40.3%降至27.2%，而投配率由5%升至7%時，系統(tǒng)TCOD去除率變化不大。

3.2不同投配率下的揮發(fā)酸濃度（VFAs）變化情況

pH做為基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商，必將為中國的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。我們美國BroadleyJames生產(chǎn)的E-1312 pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，測試準確，廣泛應(yīng)用于各級環(huán)保污水監(jiān)測以及污水處理過程。

厭氧發(fā)酵過程主要包括：水解、產(chǎn)酸發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段，本試驗厭氧消化過程控制在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，因此，揮發(fā)酸濃度可在一定程度上反映系統(tǒng)運行情況。在相同的運行條件下電化學組VFAs濃度明顯高于對照組，說明經(jīng)電化學預處理后污泥厭氧消化性能的到明顯改善。

同時還可看出VFAs濃度隨著投配率增加而降低，分析認為，反應(yīng)器啟動初期水力停留時間長，發(fā)酵過程進行的較*，反應(yīng)器內(nèi)VFAs濃度較高，隨著污泥投配率增加，水力停留時間逐漸減小，反應(yīng)器內(nèi)酸化菌不能充分將底物分解，導致VFAs濃度下降，但下降不明顯，在投配率為5%，7%和10%的情況下，僅由最初的3350~3800mg/l降為3000~3200mg/l，對照組污泥由823~1134mg/l降至804~820mg/l。

3.3污泥沉降性變化

由試驗結(jié)果可知，對照組進泥的平均沉降比（SV）為83%，電化學組進泥平均SV有顯著地提高，可達57%，表明電化學預處理可明顯提高污泥的脫水性。從結(jié)果還可看出，電化學組和對照組污泥的沉降性隨著經(jīng)發(fā)酵處理后均變差，分析認為發(fā)酵過程中，污泥中大分子物質(zhì)如：蛋白質(zhì)和多糖的分解使污泥的親水性能變大，沉降性能也隨之變差。

4.結(jié)論

本文以電化學預處理的剩余污泥和原剩余污泥為基質(zhì)進行了污泥厭氧發(fā)酵制氫試驗研究，得出如下結(jié)論：

（1）在相同的運行條件下，污泥投配率分別是5%、7%和10%的時候，電化學組TCOD去除率較對照組分別增加了12.4%、9.5%和4.7%。

（2）電化學處理后污泥沉降性和脫水性均得到改善，經(jīng)厭氧發(fā)酵后沉降性和脫水性均變差。

（3）隨著污泥投配率的增加產(chǎn)氣量也隨之升高，但投配率由7%升至10%時系統(tǒng)產(chǎn)氣量變化不大，且對在相同的運行條件下，兩組反應(yīng)器產(chǎn)氣中氫氣含量相差不大，且均在投配率為7%的條件下氫氣含量最高。結(jié)合投配率對TCOD、VFAs、產(chǎn)氣量和氫氣含量等影響，將污泥投配率控制在7%有利于發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。