ph值对污泥厌氧发酵产酸的影响

ph值对污泥厌氧发酵产酸的影响

随着污水处理厂的快速发展，废水排放量也显著增加。目前中国的干污泥年产量为(80~140)×104t,预计到2010年污泥产量将是现在的5倍以上。因此,如何实现污泥的减量化、稳定化、资源化、无害化是城市污水处理厂面临的重大难题。污泥厌氧发酵产生的短链脂肪酸(特别是乙、丙酸)被认为是强化生物除磷过程中最易于利用的碳源[4、5],因而当进水COD浓度较低时,可将污水处理厂的污泥进行水解来获取生物除磷所需的易降解基质。显然,污泥经过这样的处理后既产生了生物除磷过程所需的有机酸,又实现了污泥的资源化利用。20世纪80年代以来,对于污泥水解酸化的研究越来越多,但大多是利用初沉池污泥水解发酵来产生挥发性脂肪酸(VFAs),也有采用初沉污泥和剩余污泥的混合污泥进行研究,而单独采用剩余污泥进行发酵产酸的研究甚少[7、8]。在影响污泥厌氧发酵的因素中pH值是重要的参数之一,但多数研究是在中性或弱酸性条件下进行的,有关碱性条件下的产酸研究则较少[9、10]。为此,笔者在温度为20~22℃的条件下,考察了pH值对剩余污泥厌氧发酵产生VFAs的影响。1试验安装和方法1.1u3000酸、碱、水等联动剂最佳ph值的确定试验采用9个直径为100mm、高为250mm的有机玻璃反应器(见图1),有效容积为1.5L。采用不锈钢数显机械搅拌器对污泥进行搅拌,搅拌速度控制为70~80r/min。厌氧发酵时间为20d,温度为20~22℃,使用2mol/L的NaOH或者2mol/L的HCl调节pH值,每12h调节一次,每次调节前测定pH值,发现其变化在0~0.3之间,因而能控制pH值在所要求的范围内。从装置的上、中、下三个取样口分别取样,混合均匀后进行测定。1.2剩余污泥的来源和特征剩余污泥取自某污水处理厂的回流污泥泵房,其特性参数见表1。1.3理化性质的测定pH、TSS、VSS、SCOD、TCOD、BOD5、PO3-4-P、NH3-N和总凯氏氮(TKN)采用美国APHA的标准方法测定;碳水化合物采用phenol-sulfuric法测定;油脂采用重量法测定;溶解性蛋白质采用Lowry-Folin法测定;总蛋白质通过计算得到;VFAs采用气相色谱法测定;酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、α-葡萄糖苷酶采用文献中介绍的方法测定。2结果与分析2.1ph值对vfas产量的影响图2为pH值对VFAs产量的影响。由图2可见,在20d的厌氧发酵时间内,pH值的变化范围为4.0~7.0。在pH=7.0且经过12d的发酵后,VFAs产量达到了86.63mg/gVSS的最大值;当pH值为8.0~10.0时VFAs产量明显提高,特别是当pH值为10.0时,厌氧发酵12d的产量高达256.16mg/gVSS,大约是pH值为7.0时的3倍。在pH值为11.0的条件下,VFAs产量在第20天时达到了262.30mg/gVSS,略大于pH值为10.0的,但所需厌氧发酵时间较长,不够经济。综上所述,将剩余污泥厌氧发酵产酸过程中的pH值控制为10.0,经过8d左右的发酵即可得到较高的VFAs产量,可认为是本试验条件下较优的pH值。2.2碱性条件下产酸增强机理在本研究中,碱性pH值下的VFAs产量大于酸性pH值的,这与现有文献关于污泥(主要是初沉污泥或者初沉与剩余污泥的混合污泥)在酸性或近中性条件下能获得较高产酸量的报道不同,因此有必要对碱性条件下产酸增强的机理进行探讨。2.2.1ph值对scod溶出量的影响VFAs是SCOD的主要组分。将剩余污泥的pH值调节为8.0~11.0时,其SCOD的溶出量明显要比pH值为4.0~7.0时的高(如图3所示),且SCOD的多少按pH值排序为:11.0>10.0>9.0>8.0;在将pH值调节为4.0~7.0时,SCOD的多少按pH值排序为:6.0<7.0<5.0<4.0;pH值为10.0和11.0时的SCOD平均溶出量是pH值为6.0时的10倍左右。可见,在碱性条件下能够产生更多可以转化为VFAs的溶解性物质。多数研究者得到了类似的结果,并认为原因是:在较高的pH值下(如pH≥10.0)微生物的细胞失去了部分活性,不能很好地维持平衡渗透压而受到破坏,碱性物质进入细胞后,与细胞壁以不同方式发生反应(包括与脂类物质的皂化反应),造成了细胞膜的溶解,使胞内物质逐渐被释放出来;另一方面,当pH值升高时,污泥颗粒表面带有的负电荷渐渐增多,从而产生了较大的静电排斥作用,结果使部分胞外聚合物(ECP)解析出来,导致SCOD浓度增高。2.2.2灭菌和未灭菌时vfas活性的比较选用耐热的玻璃锥形瓶,按照Aravinthan等介绍的方法进行灭菌,同时进行未灭菌剩余污泥的厌氧发酵对比试验。在pH值为10.0的条件下,灭菌和未灭菌的剩余污泥发酵至第4天时VFAs产量和3种酶活性的比较如表2所示。从表2可以看出,未灭菌时的VFAs产量远大于灭菌的,而且3种酶在未灭菌的情况下具有活性,但是经灭菌后均失去了活性。可见,在将剩余污泥的pH值调节为10.0的情况下,厌氧发酵产酸仍主要由微生物承担。2.2.3不同ph值对产甲烷菌活性的影响在不同pH值下,剩余污泥发酵至第8天时甲烷产量的对比如图4所示。从图4可以看出,在极端酸性(pH=4.0)和极端碱性(pH值为10.0和11.0)的条件下没有CH4生成,在其他发酵时间内也得到了类似的结果。可见,在较高的pH值下产甲烷菌的活性降低了,这和Cai等的研究结果相似。甲烷产量较低表明VFAs的消耗量较少,产酸量得到提高。3碱性条件下vfas产酸含量的变化①pH值为8.0~10.0时的VFAs产量大于pH值为4.0~7.0的,pH值为10.0时VFAs的产量最大,为256.16mg/gVSS;pH值为4.0~7.0时VFAs产量的最大值为86.63mg/gVSS,前者约为后者的3倍。②碱性条件下的