污泥消化处理试验研究

污泥消化处理试验研究

摘要针对长春市拟建设日处理能力为39万m3一级污水处理厂投产后产生的初沉池污泥进行可消化性的研究，旨在为北郊污水处理厂提供污泥消化处理设计和运行管理的必要基础资料。试验结果表明一级处理后产生的污泥可消化处理。消化后的污泥中重金属及其它有害物质含量均不超过《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284—84)，可作为农业肥料。

关键词城市污水一级处理初沉池污泥消化

Abstract:SludgedigestionexperimenthasbeenconductedontheprimarysludgefromtheChangchunWTPwhichwillbebuiltwithcapacityof390thousandcubicmetersperdaytoinvestigatethedigestibilityandtogetinformationfordesignandoperationofsludgedigestionfacility.Theresultsisfairandapprovedthatthecontentsofheavymetalsandotherhazardsubstancesinthedigestedsludgeislowtomeettherequirementofthenationalstandardofpollutantscontrolofagriculturalsludge(GB4284-84).Itwillbebestasfertilizer.1消化试验的工艺流程及装置

本次试验采用两套消化装置，一套用来作污泥投配比试验，另一套用来作一次加泥的消化历程试验。

消化工艺的流程图污泥消化试验装置

消化装置的主体是有机玻璃柱，有效容积13L，消化柱周围用电热丝加热，用继电器和节点温度计进行恒温控制，上部用泥斗加泥，下部出泥管排放消化后的污泥，柱中心装设搅拌装置，产生的气体通过消化柱上端出气管进入集气瓶，从集气瓶出来的气体经过气体流量计随时记录产气量。在消化柱内设玻璃连通管用做观测柱内液面高度和测定pH值。2试验内容、方法及条件

试验污泥是取自截流污水沉淀试验每天排放的新污泥。

投配比试验

消化柱首次加泥13kg，待污泥培养接近成熟后开始每天按投配比例加泥，排泥量按投加量及消化柱的玻璃连通管的液面严格控制。柱内保持恒定泥量，随时观测柱内温度和产气状况，柱内不断均匀搅拌，速度为20r/min。

消化历程试验

一次性加泥13kg，中间过程不加新泥也不排泥。

主要分析项目

含水率、pH、VSS、碱度(抽测)、产生的气体测定CH4、CO2、CO、H2。表1消化试验控制条件投配比试验(Ⅱ柱)消化历程试验

(Ⅰ柱)4%投配率5%投配率首次投泥量/L131313每日投泥量/mL520650投加时间每日一次每日一次控制温度/℃33±±±搅拌方式连续连续连续消化前后污泥取样量/g202020

3主要考察的内容

投配比试验(Ⅱ柱)

①初沉池污泥消化前后含水率；②不同投配比情况下的产气量；③气体成分含量；④污泥消化率；⑤单位污泥产气量(L/L)；⑥初沉池污泥VSS平均含量(g/L)。

消化历程试验(Ⅰ柱)

①考察消化过程中pH变化；②产气量的变化情况；③污泥消化周期。

4试验运行情况

污泥投配比试验(Ⅱ柱)

Ⅱ柱从8月22日装泥，直到8月30日前为污泥培养阶段。在此段时间内pH在～之间，产气量很少，从8月31日起产气量逐渐增加，9月1日开始向柱内进泥和排泥，到9月5日产气量基本平衡，其pH迅速提高到以上，9月9日气体成分分析结果也可看出甲烷比例已达到43%以上。说明厌氧消化的两个阶段兼性厌氧菌和甲烷菌的代谢达到平衡，消化正常运行。从9月9日到9月21日，按4%投配比共运行16天。Ⅱ柱从9月26日重新装泥，至10月6日10天时间为污泥培养阶段，在此阶段内pH在～之间，产气量很少，从10月7日产气量增加，同时进行5%投配率的进泥和出泥，到10月9日产气量已达到平衡，柱内pH上升到以上，10月9日气体分析结果甲烷比例已达到77%，说明代谢平衡，消化正常。从10月9日开始，到11月7日结束，正常运行29天。

一次投泥消化历程试验

Ⅰ柱从9月13日加泥，至10月10日基本不产气，共运行28天，每天测定柱内pH值并记录产气量，监测碱度变化。

5试验结果统计及分析(见表2)表2污泥消化试验结果统计表投配比试验消化历程试验

Ⅰ柱Ⅱ柱4%投配Ⅱ柱5%投配平均含水率/%进泥出泥平均VSS含量/%进泥出泥范围进泥～～出泥～～碱度/mg/L23002400～2700污泥消化率/VSS%日平均产气量/L/d单位污泥产气量/L/L单位VSS产气量/L/g美国污水处理厂设计手册(～)分解单位VSS产气量/L/g美国污水处理厂设计手册(～)单位污泥VSS量/g/LVSS负荷/g/(L.d)

投配率试验结果分析

VSS负荷

有机物负荷是影响污泥消化的重要因素，本试验用VSS负荷来分析不同污泥投配率的消化效果。

从表2中可见5%投配比的VSS负荷为/(L.d)，大于4%投配比/(L.d)的污泥负荷。4%投配率的消化时间为25天，5%投配率的消化时间为20天。根据资料介绍，最佳消化时间为25天左右。

pH值和碱度

从理论上看消化反应的两个阶段，第一阶段主要是兼性厌氧菌起作用，首先是细菌表面和周围介质中的酶将高分子有机物水解成水溶性简单有机物，兼性菌将这些简单有机物通过细胞膜的选择吸收并在细胞膜内代谢，产生的挥发性脂肪酸、醇、醛、酮等都是第二阶段甲烷菌的养分，产酸菌和甲烷菌必须在适当pH值和碱度范围内才能保持代谢平衡，消化才能正常进行，试验中两种投配比正常运行时pH均在～之间，碱度超过2300mg/L。说明此时pH值范围和碱度是较合适的。

VSS的消化率

有机物的消化率随时间的延长而增加。但本次试验4%投配率时VSS的消化率仅为%，反略低于5%投配率VSS的%消化率。其主要原因是4%投泥是在8月下旬和9月上旬，这一季节雨量较大，截流污水沉淀试验污泥中VSS含量较低，仅为%，在含水率相同时，自然VSS低时会使消化率有一定下降。因此在试验结果中并没有表现出4%投配率的消化率高。

含水率

消化污泥的含水率均较低，为%～%是因为沉淀试验每天排一次污泥，污泥在池底沉积时间较长，有一定的浓缩。因此提高了污泥有机质的含量，使VSS的量增加，单位污泥产气量达/L，但单位VSS产气量为/g～/g。另外含水率低使容积负荷加大。

产气量

日平均产气量实际是单位污泥在整个消化过程产气时的积分和，可用公式表示式中V——产气量；

f(t)——是随时间、有机物浓度、成分、温度等变化的产气量的函数；

n——停留天数。

在单位污泥VSS含量相等、消化条件相同时，污泥负荷大，日平均产气量高，单位污泥产气量低；污泥负荷小，日平均产气量低，单位污泥产气量高。因此在设计中应综合考虑单位污泥产气量和平均产气量，以合理发挥消化设备的处理效果。

气体成分

污泥消化产生的气体中主要成分有CH4、CO2、N2、CO等，在试验过程中对气体成分的含量做了多次测定，其测定结果统计于表3中。表3气体成分分析表日期Ⅰ柱日期Ⅱ柱4%投配比CH4

/%CO2

/%N2

/%H2CH4

/%CO2

/%N2

/%微量微量微量微量微量微量微量微量微量日期Ⅱ柱5%投配比微量微量微量微量微量微量微量微量从本次试验两种投配比率单位VSS产气量看，均高于美国污水处理厂设计手册所提出的值。另外VSS产气量和分解单位VSS产气量均高于美国污水处理厂设计手册所给的值，基本原因是美国污水处理厂污泥是混合污泥，本次试验是初沉池污泥。

污泥消化历程试验结果分析

Ⅰ柱进行消化历程的试验，考察整个污泥消化周期，并了解污泥消化各时期产气及pH值变化规律。图1和图2为全程消化过程产气量和pH值变化曲线。

图1消化历程产气量曲线图2消化历程pH变化曲线整个产气过程分为两部分，前一部分产气量达到高峰前，产气量逐日增加。消化过程由酸性发酵向碱性发酵阶段过渡，开始阶段pH值低，酸度高，后一阶段碱度升高，pH值升高到7以上，产气高峰过后实际上柱内有机物含量下降，营养不再过剩，产气量逐日下降，当泥中可分解的有机物消耗将尽以后，产气消化过程结束。可见消化周期为28天～29天。从产气量变化曲线中可以看出消化12天左右产气量达到高峰，pH值在左右产气量最大，说明甲烷菌消化控制pH在左右最为适宜。开始阶段抽测的碱度为170mg/L，后一阶段抽测的碱度为2700mg/L。分析结果可见前一阶段CH4含量低，N2含量高，中后期CH4含量高，CO2和N2含量低。

6消化后污泥毒害物质含量的测定

对消化后污泥中的毒害物和成分进行了分析和监测，结果见表4。从检测结果可以看出长春市污水厂消化后的污泥均符合国家规定的《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284—84)。污泥中N、P含量较高，重金属和其它毒害物质均较低，因此可作为改良土壤用。表4污泥样品检测结果1＃2＃3＃平均值标准值毒

害

物Cu/mg//mg/000Cd/mg//mg/000As/mg//mg/＜/mg/000CN/mg/酚/mg/未检出苯并(α)芘/mg/肥

分N/mg/kg9220143902010014570P/mg/kg23K/mg/7污泥消化试验结论

(1)长春市伊通河截流污水一级处理的污泥可以消化处理。沉淀污泥有机物含量较高，VSS含量达到50%左右，单位污泥VSS可达到20g/L左右。

(2)污泥的可消化率较高，可达到48%以上(按VSS计)。

(3)单位污泥的产气量较高，可达到每升湿污泥产气20L左右(投配率4%～5%)。

(4)单位VSS的产气量较高，可达到1L/g左右。

(5)试验4%投配率污泥负荷为/(L.d)，5%投配率为/(L.d)，产气运行良