污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究

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1、薛向东等：污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究53污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究薛向东1,2，金奇庭1，朱文芳21.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2.浙江科技学院环境工程研究所，浙江杭州310012摘要：针对超声破解污泥的可行性进行了实验研究，重点考察了超声频率、比能耗、作用时间等因素对破解效应的影响，探讨了破解污泥的厌氧消化性能。结果表明，超声作用的施加可使污泥固体有效破解，污泥细胞内的活性有机物被释放至水相并形成溶解性有机物，表现为SCODCr的显著增加；采用低频、高比能耗及延长作用时间有利于获取高的S

2、CODCr增加值；污泥在频率25kHz、比能耗2.0W/mL、作用时间30min条件下破解，其厌氧消化累计产气量可从破解前的268mL提高到473mL，相应TCODCr去除率、VS去除率分别从39.1%、33.5%提高至54.3%、61.7%。研究结果表明采用超声破解技术提高污泥的厌氧消化性是可行的。关键词：污泥；超声破解；溶解性有机物；厌氧消化中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）01-0050-04薛向东等：污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究53采用厌氧消化实现剩余污泥的减容稳定化，具有能耗低、污

3、泥稳定性好、产生沼气及杀灭病菌等优点[1－2]，该技术现广泛应用于城市污水厂的污泥处置。由于污泥固体的生物降解性能低[3]，完全的厌氧消化需相当长的时间，即使20~30d的停留时间（SRT）仅可去除部分挥发性污泥固体（VS）[4－5]。有效改善污泥固体的生物降解性、提高污泥的厌氧消化速率及程度是当前该技术面临的主要问题。已有研究表明[6－7]，污泥厌氧消化经历水解发酵、产氢产乙酸及产甲烷3个阶段，由于污泥絮体及细胞屏蔽作用的存在，胞内活性有机物难以在胞外水解酶的作用下有效释放并生成小分子，从而限制了污泥厌氧消化的速率及程度。因此，实现污

4、泥细胞的分解及胞内有机物的释放是改善污泥厌氧消化性能、提高处理效率的关键。近年来，国内外学者针对有效的污泥破解方法展开了广泛深入地研究，涉及热水解[4]、臭氧氧化[8－9]、氯氧化[10]、碱水解[11]等多种途径。本文采用超声破解技术研究了污泥固体的分解性能，探讨了超声破解对污泥厌氧消化性能的影响，并在实验基础上进行了相关分析。1实验方法1.1实验装置破解装置：KQ-100A系列超声波发生器，频率25/40/80kHz，有效容积3L，功率100W（昆山超声波仪器厂）。厌氧消化装置：由500mL锥形瓶（厌氧消化瓶）和导气管组成，采用排水

5、量气法测定产气量，见图1。ABCA.厌氧消化瓶；B.恒温水浴装置；C.量气装置图1厌氧消化装置示意图Fig.1Schematicdiagramforanaerobicdigestion1.2实验步骤剩余污泥及种污泥分别取自杭州某城市污水处理厂浓缩池及消化池。超声破解实验：剩余污泥经筛网过滤除去粗粒杂质，即为实验用原污泥（见表1），取不同量分次加入超声波发生器，在不同条件下进行破解实验。表1原污泥主要特征指标Table1Analysesofcomponentsofsewagesludgeρ(TS)/(g×L-1)ρ(VS)/(g×L-1)

6、ρ(TCODCr)/(g×L-1)ρ(SCODCr)/(g×L-1)ρ(NH3-N)/(g×L-1)ρ(VFA)/(g×L-1)pH28.3119.3830.181.4640.2970.4836.7厌氧消化实验：取100mL种污泥加入厌氧消化瓶，另加入100mL超声破解污泥，连接导气管路并用N2排除空气，之后置于35±2℃恒温水浴反应，间歇摇动消化瓶以使各相混合均匀，以相同量种污泥作空白参比，每日测定污泥产气量1~2次。1.3测试指标及方法CODCr薛向东等：污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究53测定采用重铬酸钾氧化法；TS、VS测定采

7、用重量法；挥发性有机酸（VFA）测定采用气相色谱法，具体见参考文献[16]。2结果与讨论2.1超声破解效应对污泥组分的影响A.25kHz；B.40kHz；C.80kHz图2超声频率对污泥破解效应的影响Fig.2EffectofultrasonicfrequencyonsludgedisintegrationA.0.2W.mL-1;B.0.5W.mL-1;C.1.0W.mL-1;D.2.0W.mL-1图3超声比能耗对污泥破解效应的影响Fig.3Effectofultrasonicpoweronsludgedisintegration污泥固

8、体在超声作用下发生破解，生物絮体首先离散和解体，细胞内活性有机物质被释放，进而形成溶解性有机物；之后溶解性有机物进一步分解成小分子物质，由此使得污泥的生物降解性能得到改善。由图2看出，溶解性CODCr(SC