3超声波污泥水解酸化的研究_王晓青

超声波污泥水解酸化的研究王晓青1，杨顺生1,杨少武2，（1．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031； 2.中铁五院集团公司，北京102600）摘要：在室温条件下，将城市污水处理厂产生的部分剩余污泥进行超声波处理后，与原剩余污泥按一定的比例混合，置于水解罐中进行水解酸化反应，考察超声波泥投配率及水解时间对水解酸化开发碳源的影响。

结果表明：超声波处理泥投配率越大，溶解性COD （SCOD ）的增加量就越大，但是将全部剩余污泥进行超声波处理的水解酸化效果不及部分污泥进行超声波处理的效果好。

SCOD 随SRT 的增加而增加，0～6h 之间的增加率较高,达20%。

剩余污泥中磷和氨氮值较高，本试验对磷和氨氮在水解酸化过程中的变化情况也进行了监测，便于为后期的回收利用提供依据。

关键词：超声波；剩余污泥；污泥停留时间；水解酸化中图分类号:X 2文献标识码:A 文章编号:1674-4829（2010）03-0020-03目前生物脱氮除磷工艺已经广泛应用于我国城市污水处理工程中，但实际运行效果并不理想。

我国城市污水处理厂普遍存在进水碳源不足，反硝化过程进行不彻底，脱氮除磷效果不佳等一系列的问题。

当前可以作为碳源的物质有3类[1]：①快速生物降解有机物；②不溶或复杂的可溶性有机物；③微生物的内源代谢产物。

通常污水处理厂是通过投加外部碳源（如甲醇等液态有机物或固体有机物）来解决碳源不足的问题，但这同时也大大提高了污水处理厂的运营成本，给污水处理厂增加了沉重的负担。

如何开发污水处理过程中的内部碳源，减少污泥的处置量，降低污水处理厂的运营成本，已成为亟需解决的问题。

有研究表明[2]：初沉池污泥水解酸化产物作为碳源的脱氮率达到84.21%，比投加甲醇高出1/3，是内源代谢产物的脱氮率的5倍。

可见初沉污泥水解酸化的产物可作为快速高效有机碳源。

正是基于初沉污泥水解可以作为碳源促进脱氮除磷考虑,本项目拟考察剩余污泥经超声波处理后的水解效果,为污水处理厂的剩余污泥出路问题和碳源问题进行了有益的探索。

取自污水处理厂的浓缩污泥，首先经过超声波击破污泥，随后考察超声波泥与原剩余污泥在不同的投配率下，不同水解时间的碳源释放情况，同时考察在这些情况下氨氮（NH 3-N ）和磷（P ）的释放情况。

以探寻是否存在最优的碳源释放状态点及投配率，同时通过理论分析解决NH 3-N 和P 释放问题，寻找最大限度开发污泥内部碳源的方法。

1试验装置及方法1.1试验装置试验主要设备：超声波污泥处理设备1台；收稿日期：2010-03-09作者简介：王晓青（1985-）,女,山东临沂人,本科在读,主要研究方向为市政工程.Research on Hydrolysis Acidification Pretreatment of Sludge by UltrasonicWANGXiao-qin,YANGShun-sheng,YANGShao-wuAbstract ：In ambient temperature conditions,some waste activated sludge were disintegrated by ultrasonic,and then mixed with original waste activated sludge.The mixed sludge would carry out hydrolysis fermentation in hydrolytic acidification tank.The influence of pretreated sludge by the ultrasonic ratio and the hydrolytic time on the development of carbon source would be studied.The results indicated that the amount of SCOD increased as the ratio of the sludge disintegrated increased.But when the ratio of pretreated sludge got to 100%,it was not the best.SCOD would rise as the increase of SRT.During first six hours,the increase rate of the SCOD would reach to 20%.The waste activated sludge held high phosphorus and ammonia nitrogen which were detected to provide basic material for later recycling.Key words ：Ultrasonic;Waste activated sludge;SRT;Hydrolytic acidification第23卷第3期2010年6月环境科技Environmental Science and TechnologyVol．23No ．3Jun ．2010第23卷第3期王晓青等超声波污泥水解酸化的研究3020100-103～66～2424～4848～7272～96t /h增加率/%图4不同时段SCOD 增加情况1200100080060040020005月27日6月6日6月16日6月26日7月6日原泥投配率0投配率60%超声波90s 投配率30%日期ρ（S C O D ）/（m g ·L -1）图2不同超声波泥比例的水解情况Palintest （百灵达）测试仪1套；TG16-WS 离心分离机1台；磁力搅拌器3台。

试验装置：带有慢速搅拌装置的厌氧水解罐3个，体积均为10L ，半径为0.12m ，高为0.30m ，作为污泥水解酸化反应的容器；回流处理泵1台，用于污泥回流处理；塑料桶1个，体积为100L ，用于贮备处理污泥。

工艺流程如图1。

1.2试验方法有研究表明[3]，波动温度条件下比恒温条件下水解酸化效果更好，基于这方面考虑，未进行恒温控制，以简化试验，温度大约保持在25℃左右。

试验采取多次循环超声波处理，总处理时间为90s/L 。

按超声波泥的体积占总泥的体积分数为0%，30%，60%的3种投配率进行培养，监测在慢速搅拌的状态下厌氧水解酸化3，6，24，48，72，96h 后的水解酸化效果。

整个试验过程中SRT （污泥停留时间）等于HRT （水力停留时间）。

同时对NH 3-N 和P 也进行了测定，考察N,P 对超声波处理剩余污泥作为脱氮除磷工艺内部碳源的影响。

1.3测定方法培养污泥样的预处理和分析方法如表1。

表1污泥样处理方法2结果与讨论2.1超声波泥投配率对水解酸化的影响原泥是指取自剩余污泥的泥样，超声波90s 泥是经超声波处理完成后的泥样，原泥和超声波90s 泥是水解酸化培养前取样测定的。

投配率是指超声波泥在总培养泥中所占的比例。

各投配率所测得的数据是水解酸化培养后取样测定的。

图2是各污泥样水解酸化一定时间后的SCOD 值。

在不同的SRT 下水解酸化的SCOD 情况相仿，在此用水解酸化24h 的图表作为代表说明问题。

从图2可以看出，超声波90s 的SCOD 远远高于原泥，这是因为超声波打碎污泥絮体，进而击破细胞壁，释放胞内物质，从而使得SCOD 升高。

试验发现：投配率60%的水解酸化效果最好，其SCOD 比超声波90s 略高，这可能是细胞体内释放出来的各种水解酶在短时间里促进了整个系统的水解效率。

投配率60%即能达到良好的水解酸化效果，随后对投配率60%的各水解时段数据进行了研究。

2.2水解时间对水解效果的影响试验测定原泥的ρ（SCOD ）为383mg/L ，经不同时间的水解酸化后，其ρ（SCOD ）的变化见图3。

随着水解酸化时间的增加，SCOD 也在不断的增加，表明剩余污泥里含有很多难分解的物质，需要的水解酸化时间较长。

但SCOD 在不同时间段的增加速率是不同的。

各时间段的变化情况如图4所示。

由图4可看出：在3~6h 段SCOD 增加率在20%左右，其质量浓度增加了128mg/L ，在6~24h 段增图1试验工艺流程1200100080060040020003624487296t /hρ（S C O D ）/（m g ·L -1）图3不同水解时间的SCOD储泥桶浓缩剩余污泥循环处理超声波处理设备回流泵水解罐水解罐水解罐SCOD 5000r ·min -1离心15min 后取上清液普通定性滤纸过滤分析方法重铬酸钾法纳什试剂比色法钼酸铵分光光度法项目预处理离心过滤NH 3-N PO 43-21环境科技2010年6月250200150100500632448SRT /hρ(N H 3-N )/(m g ·L -1)图5不同SRT 的NH 3-N 变化情况1201008060402003624487296t /hρ（P )/（m g ·L -1）图6不同SRT 的P 变化情况加率在8%左右，其质量浓度增加了60mg/L ，总的ρ（SCOD ）可达850mg/L ，与原泥相比增加了近500mg/L ，约占原泥SCOD 的122%。

之后的时段增加率开始降低，在24~48h 期间出现了负增长，可能是因水解酸化时间太长，污泥内部微生物种类及数量已经发生了改变。

因此，在研究时段内24h 的水解效果是一个最佳的时间点。

如果取水解酸化24h 溶出的SCOD 回流到生物脱氮除磷工艺中的反硝化部分中，不仅增加了碳源，且由于超声波的作用，污泥结构也发生了变化，剩余污泥的量也将随之减少。

有研究表明[4]：在某生活小区污水处理工程中，将二沉池污泥水解后回流至集水池，再经水解酸化、接触氧化和沉淀处理后，出水达到GB 18916—2002《污水综合排放标准》规定。

基本上无剩余污泥排出，既解决了碳源问题，又实现了污泥减量。

2.3水解过程中NH 3-N 的变化城市污水厂的浓缩污泥质量分数达5%左右，NH 3-N 的质量浓度较高，达107.5mg/L 左右。

经超声波击破后，一些大分子物质（主要是蛋白质）和细胞物质分解造成ρ（NH 3-N ）大幅增加，增加量达46mg/L ，如图5。

在水解酸化过程中，受到细胞体内的水解酶的作用，ρ（NH 3-N ）值也随水解酸化时间的增加而增加。

高ρ（NH 3-N ）值可能会对水解酸化菌的生存造成一定的影响，特别在晚上停止搅拌时，污泥局部ρ（NH 3-N ）值很高，会抑制水解酸化细菌的活性，对超声波污泥水解酸化反应产生不良的影响。