摘要:通过一体化竖式强化渗滤自然干化与消化反应器的现场试验,探索污泥的减量化、稳定化、无害化处置方式。对污泥干化过程中的TN、TP、COD、NH3-N、VFA、pH、SS、VSS、碱度等指标进行检测,总结其变化规律,继而对反应器在不同温度、不同有机负荷下的干化、消化效果进行比较研究与评价。结果表明,反应器在自然条件下的处理效果较好:VSS去除率最高达35%,固体浓度达到150g/L。还对该工艺用于城市污水厂污泥处理的可行性提出了看法。
关键词:剩余污泥;自然干化与消化;效果评价
据建设部统计,到2006年底,我国城市污水处理率由2000年的34%提高到56%,而根据“十一五”规划,到2010年底全国城市污水处理率将达到70%,中国在污水处理事业不断取得进步的同时将面临巨大的污泥处理处置压力。污泥的成分非常复杂,含有大量营养元素、病原微生物、寄生虫卵及重金属等,对于未经适当处理的污泥,任意弃置会对生态环境造成二次污染,严重影响环境综合整治的实际成果。我国是一个农业大国,广阔的土地资源是发展污水污泥土地处理的天然优势,故污泥的干化场处理是一项值得重视的处理技术;同时,该技术至今在美国、日本等发达国家仍占有相当重要的地位[1]。为实地考察覆膜人工滤层干化塘的处理效果并对其进行理论研究,镇江市水业总公司与重庆大学在镇江市征润州污水处理厂共同开展了“污泥强化渗滤自然干化与消化一体化新工艺”的研究,验证污泥强化渗滤自然干化与消化反应器用于城市污水厂污泥处理的可行性并分析其效果。
1 试验装置
人工滤层干化塘试验模型—一体化竖式强化渗滤自然干化与消化反应器的具体尺寸为:L×B×H=1700 mm×1700 mm×1100 mm,分为4个单池,每个池子从上至下设6个取样口;单池内部尺寸为长为500 mm,宽为500 mm,高为1100 mm,排水暗渠宽为50 mm,高为100 mm;单池渗滤干化区有效容积为0.25m3,三层滤料厚度为500mm。池壁和排水暗渠均用砖砌成,排泥管管径为DN60mm、取样管管径为DN40mm;采用暗沟收集渗水,集水暗沟全部坡向排水暗渠,排水暗渠的坡度为1%,密封盖采用轻质铝合金骨架,表明用阳光板覆盖。
2 分析方法
试验用污泥来自镇江市征润州污水处理厂CAST生化池所排出的剩余污泥,每天定时向反应器添加新鲜污泥,采取间歇搅拌方式,并定期检测池内混合液各项指标,方法如表1所示。
表1 试验中各项水质指标测试方法
3 污泥自然干化消化过程及其影响因素
3.1 温度
温度是影响污泥厌氧消化的主要因素,因各种微生物在适宜的温度范围内生长时,细菌活力高,对有机物的分解能力强。从图1可知1#、2#、3#池内污泥温度基本在33℃上下波动,说明本反应器在自然条件下基本上达到中温消化所需的温度。分析原因如下:首先是反应器的膜保温系统在很大程度上减少了反应器的热量散失;混合液内发生的一系列水解、发酵、酸化等生化反应会释放出一定的热量,客观上对消化污泥形成加热作用;其次,试验地点位于我国气候温和的东南部,且试验时间主要在夏季,气温较高,有利于反应器内温度保持在30℃以上。在本试验中,一体化竖式强化渗滤自然干化与消化反应器在常温、封闭的条件下同时进行污泥干化及消化两个过程,运行效率高,反应过程稳定性较好,污泥性能得到明显改善。
3.2 挥发性脂肪酸(VFA)
消化液中的脂肪酸是甲烷发酵的底物,因此反应器内需维持一定的脂肪酸浓度,使混合液中C/N=(20~30)∶1,保证消化反应顺利进行[2]。在反应器启动初期,由于投配率很高,池内有机物浓度很高,水解与发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌的代谢活动极其频繁,将高分子有机物分解为简单的甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等挥发性脂肪酸及乙醇、H2等,VFA浓度急剧增大;随着投配率的降低,VFA浓度变化趋于平缓,甲烷发酵将脂肪酸转化为CH4、CO2等,待反应器运行成熟以后,非产甲烷菌与产甲烷菌达到动态平衡,使VFA浓度趋于稳定。由此可见,VFA浓度变化与投配率变化的同步性较好。
3.3 pH值及酸碱度
水解与发酵菌、产氢产乙酸菌及产甲烷菌对pH的适应能力非常有限,故要求消化液有一定的缓冲作用,将pH值控制在中性附近。图2显示消化液的pH值基本在6.8~7.6之间波动,所以反应器内环境是适合产甲烷菌生存的。对此现象分析如下:产酸菌生长速度明显快于产甲烷菌的生长速度,在反应初期VFA大量积累,必然引起碱度下降,使得混合液pH值降低,但随着反映进入碱性发酵阶段,氨化细菌将蛋白质分解产生氨(NH4+),并与水中的重碳酸盐碱度(HCO3-)形成缓冲体系,将系统的pH值维持在中性附近。因此在竖式强化渗滤自然干化与消化反应器内应维持一定的碱度,以保证有足够的缓冲能力[3]。
4 渗滤液水质分析
4.1 污泥渗滤液COD随时间变化
试验结果显示,污泥渗滤液COD变化的变化范围为100~500mg/L,需集中收集并处理达标后才能外排。据征润州污水厂生产报表显示,该厂进水中C/N值较低,出水的TN含量偏高,故污泥渗滤液回厂处理不会对原CAST系统造成负荷冲击,反而可以促进进厂水的营养物质平衡,改善污水厂C/N比长期偏低的现象。
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2021-06-30
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