污水处理厂污泥厌氧发酵中ph的影响因素

污水处理厂污泥厌氧发酵中ph的影响因素

随着城市化进程的加快，城市生活污水处理行业得到了快速发展，但废水排放量正在增加。自20世纪80年代以来,欧美等发达国家处理城市生活污水的污泥产量大增,欧盟12国年产污泥量达650×104t,美国为1000×104t,日本为240×104t,截至2003年中国大部分城市的污水处理率为20%左右,同时也产生了大量的剩余污泥。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(特别是乙酸、丙酸),被认为是强化生物除磷过程中最易于利用的碳源。当进水COD浓度较低且脂肪酸的数量难以满足除磷菌的需要时,将污泥进行水解酸化来获取易生物降解基质是可行的。显然,污泥经过这样的生物处理,既产生了除磷过程所需的有机酸,又减轻了对环境的污染。20世纪80年代以来,针对于厌氧消化的水解酸化阶段的研究越来越多,但大多利用污水处理厂的初沉池污泥或初沉污泥与剩余污泥的混合污泥进行研究,单独采用剩余污泥进行发酵产酸的研究甚少。在影响污泥厌氧发酵的因素中,pH是重要的参数之一。许多研究者发现,污泥经过适当的碱液处理或者调节pH值至8以上,可以提高污泥的水解速率。例如,Vlyssides等发现将污泥的pH值调为11且控制温度为90℃时,10h后溶解性COD(SCOD)达到70000mg/L,占总COD(TCOD)的90%以上。但是作者并没有对VFAs的产生进行研究,而且关于污泥发酵产酸的研究多数在中性或弱酸性条件下进行,有关碱性条件下的产酸研究较少。为此,在20~22℃的条件下,将剩余污泥的pH值控制在4~11进行厌氧发酵,考察了VFAs的产生情况以及pH对SCOD、蛋白质、糖类等物质溶出量的影响。1试验安装和方法1.1反应器、搅拌流程试验采用9个直径为100mm、高为250mm的有机玻璃反应器,其有效体积为1.5L。采用不锈钢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,使用2mol/L的NaOH或HCl调节pH。1.2剩余污泥的来源和特征剩余污泥取自某污水厂的回流污泥泵房,其特性见表1。1.3理化性质测定pH、TSS、VSS、SCOD、TCOD、BOD5、PO3−443--P、NH3-N和TKN采用美国APHA标准方法测定,碳水化合物采用phenol-sulfuric方法测定,油脂采用重量法测定,溶解性蛋白质采用Lowry-Folin方法测定,总蛋白质通过计算得到,VFAs采用气相色谱测定。2结果与分析2.1ph值对vfas活性的影响剩余污泥厌氧发酵过程中产生的VFAs主要为乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸和正戊酸等。图1为pH对VFAs产量的影响(初始值为1.50mgCOD/gVSS)。从图1可以看出,当pH值为4~7时,在pH=7下经过12d的发酵,得到VFAs的最大产生量为86.63mgCOD/gVSS;当pH值为8~10时,VFAs量明显提高,特别是当pH=10时,至第8天显著增加到250.39mgCOD/gVSS,随后VFAs的产量基本上保持不变;pH值为8~10时的最大VFAs产量(256.16mgCOD/gVSS)大约是pH值为4~7时最大产量(86.63mgCOD/gVSS)的3倍。除此之外,尽管pH=11时的VFAs产量从第4天的58.16mgCOD/gVSS增加到第20天的262.30mgCOD/gVSS,略大于pH=10时第12天的最大值,但是所需的厌氧发酵时间较长。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,经过8d左右的发酵即可获得较高的VFAs产量,可以认为是本试验条件下最优的pH值。剩余污泥厌氧发酵的主要产物是乙酸、丙酸、异丁酸、异戊酸(见图2),约占VFAs的80%~90%,特别是乙酸占到20%~60%。相比之下,正丁酸和正戊酸的产生量较少。2.2vfas占scod的比例VFAs是SCOD的主要组成部分。在20d的厌氧发酵时间内,当将剩余污泥的pH值调为8~11时,溶出的SCOD量明显比4~7时的多,且按SCOD溶出量的多少排序为:11>10>9>8;在pH值为4~7时,按SCOD溶出量的多少排序为:6<7<5<4;pH=10和pH=11时的平均SCOD溶出量是pH=6时的10倍左右(见图3)。图4为VFAs占SCOD的百分比,除了pH=4和pH=11外,其他pH下均在第8天达到最大的百分比(40%~60%)。这说明调节pH值为8~10时,溶出的SCOD较多,其转化为VFAs的量也相对较多。2.3不同ph对发酵泥质中可溶性蛋白质和营养成分的影响除了VFAs外,溶解性糖类和蛋白质也是SCOD的重要组成部分。而VFAs主要是由糖类和蛋白质的水解、酸化得到的。剩余污泥主要由微生物组成,其有机成分不同于富含糖类的初沉污泥。试验所用剩余污泥的蛋白质和糖类含量分别为61%、11%,脂肪含量<1%。图5所示为不同pH条件下糖类和蛋白质的溶出量。从图5可以看出,在碱性条件下(pH>9),蛋白质的溶出量明显多于pH值为4~7和不调pH的,而且随着发酵时间的延长则溶解性蛋白质的浓度逐渐增加。糖类物质的溶出量基本上也是随着厌氧发酵时间的延长而增加,且碱性条件下的溶出量多于酸性和不调pH的,但是溶出量要小于蛋白质的。3不同ph值对剩余污泥发酵产物的影响①调节pH值为8~10时的VFAs产量高于pH值为4~7的。当pH=10时,第12天的VFAs产量最大(256.16mgCOD/gVSS),约为pH=4~7时的3倍。因此,可以认为pH=10是试验条件下剩余污泥厌氧发酵产酸的最优值。②乙酸、丙酸、异丁酸、异戊酸为VFAs的主要产物,大约占VFAs的80%~90%,特别是乙酸的比例高