污泥高温好氧消化技术研究
来源:用户上传
作者:
【摘要】
本文以污泥高温好氧消化技术为研究对象，针对相关问题展开了讨论。文章主要介绍了污泥好氧消化的原理、污泥好氧消化工艺及研究现状、缺氧好氧消化工艺以及污泥高温好氧消化工艺等内容。
【关键词】污泥消化；好氧；缺氧；
一、污泥好氧消化的原理
污泥好氧消化的本质就是对污泥进行长时间的曝气，污泥中的微生物分解代谢污泥中有机底物，在有机底物耗尽时，微生物进入内源呼吸阶段，分解代谢自身细胞原生质，使有机物转化为CO2，H2O，NH3等稳定的物质，从而使污泥得到稳定化和减量化。如果以C5H7NO2表示细胞原生质，则污泥好氧消化的生化反应可表示为：
C5H7NO2+7O2→5CO2+3H2O+H++NO3-
1、好氧消化的优点有：
（1）基建费用低，前期投资少：
（2）操作简单，运行管理方便；
（3）生成的产物类似腐殖质，肥效高；
（4）处理后的污泥上清液BOD5较低(小于10mg／L)；
（5）对悬浮固体的去除率与厌氧法大致相等。
2、缺点有：
（1）需要曝气，运行费用较高；
（2）不能产生甲烷等有用的副产物；
（3）污泥消化后的机械脱水性能变差。
二、污泥好氧消化工艺及研究现状
1、污泥稳定指标
污泥好氧消化的主要目的就是稳定污泥中可生物降解的有机物。污泥稳定的定量评价指标主要包括挥发性固体(VSS)去除率和消化污泥的比耗氧速率(SOUR)。一些国家对病原菌的去除率也作了相应的规定。当VSS去除率达到38％和(或)当消化污泥的SOUR降低到1.0～1.5mgO2／VS・h时，可以认为污泥已经达到稳定。尽管现在还普遍采用这两种指标，但在应用中也存在一些不足，例如在低温时，用SOUR的数值无法确定污泥是否达到稳定。
2、温度和固体停留时间
同其他好氧生物处理一样，污泥好氧消化的速率受处理温度的影响很大。温度高时，微生物代谢活性强，达到要求的VSS去除率所需的固体停留时间(SRT)短，当温度提高至中温范围(30℃左右)时，SRT=15d即可完成污泥的稳定。当温度降低时，为达到污泥稳定处理的目的，则要延长污泥停留时间，而且低温时去除病原微生物的效果很不稳定。VSS的去除率随SRT的增大而提高，但是反应器中的惰性成分也随之不断增加，当SRT增大到某一特定值时，即使再增大SRT，VSS的去除率也不会明显提高。对SOUR也存在着相似的规律，SOUR随SRT的增大而逐渐下降，当SRT增大到某一特定值，即使再增大STR，SOUR也不会有明显下降。这一特定的值与污泥的性质、可生物降解性等有关。因此在一定温度应选择合适的SRT，避免SRT过长造成基建及运行费用的提高。
3、污泥的来源及类型
CAD(传统污泥好氧消化，Conventional Aerobic Digestion)处理污泥需要的停留时间与污泥的来源有关。一般认为，CAD适用于处理剩余污泥，而对初沉污泥，则需要更长的停留时间。这是因为初沉污泥以可降解颗粒有机物为主。微生物首先要氧化分解这部分有机物，合成新的细胞物质，只有当有机物不足时，才会消耗自身物质，进入内源呼吸阶段。对于初沉池污泥、二沉池污泥、初沉及二沉池混合污泥应通过试验确定各自适宜的SRT。D．S．Bhargava通过二沉池污泥的好氧消化试验，提出了适用于剩余污泥的动力学方程，并确定了相应的动力学参数。
4、初始污泥浓度
Ganczarczyk and Hamoda于1980年研究发现初始固体浓度较高时，污泥好氧消化反应速率快，对VSS的去除率高。这可能是由于较高浓度的污泥，在单位体积污泥中含有较多活性细菌数，从而表现出较高的生物活性。他们认为对污泥进行适当的预压缩可以提高进入消化池污泥的浓度，从而加快消化反应速率，提高消化池的有效容积利用率，节省基建投资。另外由于有机物氧化为放热反应，提高污泥浓度，可以减少污泥中的含水量，有利于提高整个反应器的温度，从而提高处理效果。
三、缺氧好氧消化工艺
1、工艺原理
缺氧／好氧消化工艺(A／AD，anoxic／aerobic digestion)即在CAD工艺中引入缺氧段，使污泥在该段发生反硝化反应，其产生的碱度可补偿硝化反应中消耗的碱度，所以不必另行投碱就可使pH值保持在中性范围。A／AD工艺的总反应方程式为：
C5H7NO2+5.7502→5CO2+3.5H2O+0.5N2
由于A／AD工艺的缺氧段中，是以硝酸盐代替O2作为最终电子受体，故从整体上看来，去除每千克有机物(VSS)只需1.63kg O2,需氧量比CAD工艺节省18％。A／AD工艺反应器内污泥浓度、污泥停留时间、对VSS的去除率等都与CAD基本相似。CAD和A／AD工艺的主要缺点是供氧的动力费用较高、污泥停留时间较长、特别是对病原菌的去除率较低。
2、研究现状
通常A／AD可以通过两种方法实现。工艺I：通过间歇曝气，产生好氧和缺氧段交替。缺氧段发生反硝化，反硝化过程产生的碱度会补偿硝化过程中消耗的碱度，从而提供稳定的pH值，有利于好氧段污泥的消化。由于不需要连续供氧，可节约运行费用。工艺II：在好氧处理之前加入预缺氧段，并将一部分好氧处理后的污泥回流至缺氧段，利用预缺氧段发生的内源氮代谢，完成反硝化，稳定系统的pH值，从而得到高于传统好氧消化的VSS去除率，同时由于预缺氧段中不需要曝气，只需搅拌，可以节约能源。
四、污泥高温好氧消化工艺
污泥高温好氧消化工艺的研究是20世纪60年代在美国首次开展的，其设计思想产生于堆肥工艺，所以又被称为液态堆肥。自从欧美各国对处理后污泥中病原菌的数量有了严格的法律规定后，污泥高温好氧消化工艺因其较高的灭菌能力而受到重视。该工艺利用活性污泥微生物自身氧化分解释放出的热量来提高好氧消化反应器的温度。
污泥高温好氧消化工艺的进泥首先要经过浓缩，使TSS浓度为(4～6)*104mg／L或VSS最少为2．5×104mg／L，这样才能产生足够的热量。同时，反应器要采用封闭式(加盖)，其外壁需要采取隔热措施以减少热损失。另外，还需采用高效率氧转移设备以减少蒸发热损失，有时甚至采用纯氧曝气。通过采取以上措施可使反应器温度达到45～60℃，甚至在冬季外界温度为-10℃、进泥浓度为0℃的情况下也不需要外加热源。
污泥高温好氧消化工艺的反应器内温度较高有以下优势：抑制了硝化反应的发生(硝化菌生长受到抑制)，因此其pH值可保持在7．2～8．0，同污泥中温好氧消化相比，既节省了化学药剂费又可节省约30％的需氧量；有机物的代谢速率快、去除率高(一般为45％，甚至可达70％，SRT=7d)；污泥停留时间短，一般为5～6d；NH4+-N浓度较高，故对病原菌灭活效果好。研究表明，污泥高温好氧消化工艺可将粪便大肠杆菌、沙门氏菌、蛔虫卵降低到未检出水平，将粪链球菌降低到较低水平。
近几年，人们又提出了两段高温好氧中温厌氧消化工艺，以高温好氧消化作为中温厌氧消化的预处理工艺，并结合了两种消化工艺的优点，在提高污泥消化能力及对病原菌去除能力的同时还可回收生物能。预处理高温好氧消化段的SRT一般为ld(有时采用纯氧曝气)，温度为55～65℃，DO维持在(1．0士0．2)mg／L，后续厌氧中温消化温度为(57士1)℃。该工艺将快速产酸反应阶段和较慢产甲烷反应阶段分离在两个不同反应器内进行，有效地提高了两段的反应效率。同时，可利用好氧消化产生的热量来维持中温厌氧消化的温度，进一步减少了能源费用。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-586911.htm
