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污泥厭氧消化系統(tǒng)無接種污泥啟動策略芻議
論文摘要:以國內(nèi)最大污泥厭氧消化系統(tǒng)的調(diào)試啟動為依托,研究了上海市白龍港污水處理廠厭氧消化系統(tǒng)的兩種無污泥接種啟動策略方案。當(dāng)消化罐內(nèi)污泥的初始狀態(tài)為原污泥,之后以不同投配率投加原污泥,用時25天便使污泥厭氧消化系統(tǒng)成功啟動,但過程中存在酸化的風(fēng)險。當(dāng)消化罐內(nèi)的初始狀態(tài)為清水,之后以不同投配率投加原污泥,用時超過40天才成功啟動,過程中酸化風(fēng)險較小,但污泥濃度達(dá)到設(shè)計值需較長時間。該研究成果不僅可為該污水處理廠的污泥厭氧消化系統(tǒng)啟動服務(wù),而且可為國內(nèi)同類工程提供借鑒和示范。
論文關(guān)鍵詞:污水處理廠污泥,厭氧消化,啟動策略
  污泥厭氧消化是一種十分有效的穩(wěn)定化處理工藝,能夠同時實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無害化和資源化的處理目標(biāo)。上海市白龍港污水處理廠污水處理規(guī)模達(dá)200萬m/d,其污泥厭氧消化工程的設(shè)計日處理規(guī)模達(dá)204噸干污泥,是目前國內(nèi)最大的污泥厭氧消化工程。
  厭氧消化的啟動是厭氧消化技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,若要完成厭氧消化的快速啟動,污泥接種是一個非常重要的的措施,一般需投入為總?cè)莘e10%~30%的厭氧接種污泥,這是因?yàn)槌墒斓膮捬跸勰嘀泻写罅康漠a(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌。對于某些大型污水處理廠,由于所需接種污泥量大且運(yùn)輸距離遠(yuǎn),則不宜用接種污泥啟動厭氧消化系統(tǒng)。又因?yàn)閰捬跸^程復(fù)雜,各類微生物培養(yǎng)過程較慢,國內(nèi)曾有工程歷時6~10個月左右才是工藝系統(tǒng)達(dá)到基本穩(wěn)定,這也是限制污泥厭氧消化技術(shù)推廣的主要因素。目前國內(nèi)在無污泥接種條件下對污泥厭氧消化系統(tǒng)啟動策略的研究不多,所以對無污泥接種的快速啟動策略研究很有必要。在無污泥接種的情況下,通過試驗(yàn)研究了原污泥和清水啟動對厭氧消化系統(tǒng)啟動的影響。
  1試驗(yàn)方法
  1.1實(shí)驗(yàn)材料
  上海市白龍港污水處理廠污水處理采用AAO工藝。厭氧消化試驗(yàn)采用的原污泥為該廠的混合污泥,其中剩余污泥占絕大部分。試驗(yàn)用原污泥的主要理化參數(shù)如表1所示。
  表1試驗(yàn)用原污泥性質(zhì)
  Tab.1PropertiesofRawSludge
  

指標(biāo)

pH

氧化還原電位(mV

脂肪酸(mg/L

總堿度(mg/L)

總固體(g/L)

揮發(fā)性固體(g/L)

有機(jī)物比例

含水率

數(shù)值

6.88

-389.9

230.61

657

38.85

20.81

54%

96%


  1.2試驗(yàn)方法
  試驗(yàn)研究采用4組厭氧消化罐,單罐體積為10L,結(jié)構(gòu)如圖1所示。
  說明: e:\smedi\試驗(yàn)裝置\厭氧消化罐2004.wmf
  1儲泥槽;2加熱棒;3進(jìn)泥泵;4加熱絲;5循環(huán)泵;6水層溫度探頭;7攪拌器;
  8集氣袋;9采樣口;10氮?dú)馄?br>   圖1厭氧消化罐結(jié)構(gòu)圖
  Fig.1Schematicdiagramofsludgeanaerobicdigestiontank
  該消化罐由內(nèi)外兩層組成,內(nèi)層為泥區(qū),進(jìn)行厭氧消化反應(yīng);外層為水區(qū),為污泥加熱保溫,通過循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)。試驗(yàn)開始前首先用氮?dú)鈱⑾迌?nèi)的空氣排凈。儲泥槽內(nèi)的污泥用加熱棒將其緩慢加熱到一定溫度,然后用蠕動泵將加熱后的污泥打入消化罐泥區(qū)內(nèi)。整個試驗(yàn)過程采用中溫厭氧消化,試驗(yàn)溫度保持在34±1℃。試驗(yàn)中產(chǎn)生的沼氣用集氣袋收集,用排水法測量體積。
  試驗(yàn)研究了2種無污泥接種的啟動策略方案,分別命名為A方案和B方案。A方案中,消化罐內(nèi)污泥的初始狀態(tài)為原污泥,之后以不同的投配率投加原污泥;B方案中,消化罐內(nèi)的初始狀態(tài)為清水,之后以不同投配率投加原污泥。具體工況設(shè)計如表2所示。
  表2兩種啟動方案的工況條件
  Tab.2Designofstrategyofstart-up
  

啟動策略方案

試驗(yàn)編號

試驗(yàn)方案設(shè)計

A方案

1#

消化罐投加污泥10天后,開始以5%的投配率投加污泥;

2#

消化罐投加污泥10天后,開始以1%、2%、3%、4%5%、6.5%投配率投加污泥;

B方案

3#

消化罐投加清水后,開始以1%、2%、3%、4%5%、6.5%投配率投加污泥;

4#

消化罐投加清水后,開始以5%的投配率投加污泥;


  1.3檢測設(shè)備和方法
  試驗(yàn)過程中,各個指標(biāo)的檢測方法和設(shè)備如表3所示。
  表3檢測方法和設(shè)備
  Tab.3Methodandequipmentoftesting
  

檢測指標(biāo)

pH

氧化還原電位(ORP

脂肪酸(VFA

總堿度(ALK)

總固體(TS)

揮發(fā)性固體(VS)

含水率

沼氣成份分析

檢測方法或設(shè)備

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蒸餾滴定法

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重量法

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  2A試驗(yàn)結(jié)果與分析
  2.1pH值隨時間變化
  
  圖2A方案的pH值變化圖3B方案的pH值變化
  Fig.2VariationofpHinAstrategyFig.3VariationofpHinBstrategy
  A方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的pH值都經(jīng)歷了先下降而后逐步上升的過程,1#罐最低降至6.71,2#罐最低降至6.68,如圖2所示。這是因?yàn)槲勰嘣谙^程中首先經(jīng)歷水解發(fā)酵階段,這一階段會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸,從而引起pH的下降。
  B方案試驗(yàn)階段,3#罐的污泥投配率較低,污泥水解酸化后產(chǎn)生的VFA也較少,因此pH值是一個逐步下降并趨于穩(wěn)定的過程,最后穩(wěn)定在7.15左右。4#罐開始的投配率較高,水解酸化產(chǎn)生的VFA較多;pH值經(jīng)歷了先下降后上升最后趨于穩(wěn)定的過程,最后穩(wěn)定在7.25左右,如圖3所示。與A方案相比,pH值最低也只降至6.95,酸化風(fēng)險較小。
  2.2VFA隨時間變化
  
  圖4A方案的VFA變化圖5B方案的VFA變化
  Fig.4VariationofVFAinAstrategyFig.5VariationofVFAinBstrategy
  A方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的VFA值均經(jīng)歷了先上升后下降的階段,如圖4所示。在厭氧消化一周后兩系統(tǒng)VFA達(dá)到最大,分別為2909mg/L和2810mg/L,與圖2的pH的變化趨勢相吻合。盡管VFA的最大值較高,但由于堿度也較大,系統(tǒng)并未出現(xiàn)嚴(yán)重酸化狀況;VFA在第25天左右時間后,基本穩(wěn)定在350mg/L左右,已處于穩(wěn)定狀態(tài)。
  B方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的VFA都是逐漸上升最后基本穩(wěn)定的趨勢,如圖5所示。由于4#罐的投配率高于3#罐,4#罐的VFA也始終高于3#消化罐VFA。兩消化罐的VFA都沒有高于500mg/L,沒有出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。
  2.3總固體TS和有機(jī)物降解率隨時間變化
  
  圖6A方案的TS變化圖7B方案的TS變化
  Fig.6VariationofTSinAstrategyFig.7VariationofTSinBstrategy
  A方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的TS均經(jīng)歷了逐步下降最后趨于平穩(wěn)的過程,最終分別達(dá)到約22g/L與22.5g/L,如圖6所示。 試驗(yàn)前10天1#罐的TS高于2#系統(tǒng)的TS,而10天之后,2#罐的TS開始高于1#罐的TS。
  B方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的TS隨著時間是逐漸上升的,如圖7所示。4#罐的TS始終高于3#罐的TS。與A方案相比,盡管系統(tǒng)無酸化的風(fēng)險,但系統(tǒng)TS達(dá)到設(shè)計值是一個費(fèi)時的過程;如圖7所示,3#罐的TS至試驗(yàn)結(jié)束時只有18.53g/L,4#罐的TS在第40天時為27.01g/L。
  2.4產(chǎn)氣率變化
  
  圖8A方案的產(chǎn)氣率變化圖9B方案的產(chǎn)氣率變化
  Fig.8VariationofcoefficientofbiogasinAstrategyFig.9VariationofcoefficientofbiogasinBstrategy
  A方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的產(chǎn)氣率都經(jīng)歷了先上升后下降,最后趨于穩(wěn)定的過程,如圖8所示。1#與2#系統(tǒng)產(chǎn)氣率約在一周后達(dá)到各自的峰值,分別為0.92m/m·d與0.96m/m·d。而后由于不投泥,隨著有機(jī)物逐漸降解,產(chǎn)氣系數(shù)也隨之下降。10天之后,隨著新鮮污泥的加入,產(chǎn)氣量各有所增加。其中1#罐產(chǎn)氣率基本穩(wěn)定在0.6m/m·d,2#罐的產(chǎn)氣率則隨著投配率的增加而逐步上升,最后穩(wěn)定在0.65m/m·d。
  B方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的產(chǎn)氣率隨時間是一個逐步上升最后趨于穩(wěn)定的過程,如圖9所示,這與A方案產(chǎn)氣率先上升后下降的趨勢是不同的。3#罐的產(chǎn)氣率隨投配率的增加而增加,至試驗(yàn)結(jié)束時為0.54m/m·d,4#罐的產(chǎn)氣率波動較大,最后穩(wěn)定在0.66m/m·d
  2.5CH與CO含量變化
  
  圖10A方案CH含量變化圖11A方案CO含量變化
  Fig.10VariationofcontentofCHinAstrategyFig.11VariationofcontentofCOinAstrategy
  
  圖12B方案CH含量變化圖13B方案CO含量變化
  Fig.12VariationofcontentofCHinBstrategyFig.13VariationofcontentofCOinBstrategy
  在A方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐的甲烷含量是先上升后趨于平穩(wěn)的曲線,最后基本穩(wěn)定在60%左右,如圖10和圖11所示。由于消化系統(tǒng)存在一定程度酸化,開始狀態(tài)的二氧化碳含量較高,之后下降最后基本穩(wěn)定在10%左右。
  在B方案試驗(yàn)階段,兩組厭氧消化罐系統(tǒng)的甲烷含量變化趨勢相似,最后均穩(wěn)定在60%左右,如圖12和圖13所示。與A方案不同的是,3#和4#罐的二氧化碳含量開始較低,之后逐漸升高,而且4#罐的二氧化碳含量始終高于3#罐的二氧化碳含量。
  3結(jié)語
  通過上述試驗(yàn)研究,為國內(nèi)最大污泥厭氧消化工程的啟動提供了理論研究基礎(chǔ),掌握了一些重要的試驗(yàn)參數(shù),有效的指導(dǎo)了實(shí)際工程的正常啟動。得到的主要結(jié)論如下:
  1)當(dāng)消化罐內(nèi)污泥的初始狀態(tài)為原污泥,前10d不投加新泥,相當(dāng)于初始投配率為100%,這是一種比較激進(jìn)的啟動方式。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于能夠保持較高的污泥濃度,大大縮短啟動時間;該方案缺點(diǎn)是在啟動初期會產(chǎn)生嚴(yán)重的VFA的積累,而且極易產(chǎn)生丙酸型發(fā)酵,從而延長系統(tǒng)的啟動時間,采用變投配率方式投加污泥可以在一定程度上降低VFA積累的風(fēng)險。
  2)當(dāng)消化罐內(nèi)的初始狀態(tài)為清水,相當(dāng)于初始投配率為0%,這是一種比較保守的啟動方式。該方案自始至終均不會出現(xiàn)VFA的過量積累,但是污泥濃度達(dá)到設(shè)計值需較長時間。
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關(guān)鍵字:環(huán)保,北京
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