污泥厌氧消化的强化处理技术

收稿日期:2004-02-18作者简介:张少辉(1972-)男,湖北钟祥人,博士研究生.污泥厌氧消化的强化处理技术EnhancementforAnaerobicDigestionTechnologyofSewageSludge张少辉华玉妹(浙江大学环境工程系杭州310029)摘要污泥固体的生物可降解性低,影响了污泥的厌氧消化,提高厌氧消化效率的一个主要途径是促进污泥细胞的分解,增强生物可降解性,本文综述了强化污泥厌氧消化的几种预处理技术,包括热解、碱处理、臭氧氧化和超声处理。关键词污泥厌氧消化热解碱处理臭氧氧化超声波AbstractInthecaseofsludgeanaerobicdigestion,thebiologicalhydrolysishasbeenidentifiedastherate-limitingstep.Thepretreatmentofsewagesludgecanreleasethecellcomponentsandotherorganicmatterofsludgesolidtoimprovethebiodegradability.Thispaperreviewsseveralenhancementprocessesforanaerobicdigestionincludingpyrogenation,alka2linetreatment,ozonidationandultrasonic.KeywordsSewageSludgeAnaerobicDigestionPyrogenationAlkalineTreatmentOzonidationUltrasonic1前言厌氧消化是污泥处理常用的减容稳定工艺,具有能耗低、污泥稳定性好、产生沼气等优点,但由于污泥固体的生物可降解性低,完全的厌氧消化需相当长的时间,即使20～30d的停留时间仅能去除30%～50%的挥发性固体(VSS),污泥固体细胞分解和胞内生物大分子水解为小分子,是厌氧消化的限速步骤,因此提高厌氧消化效率的一个主要途径是促进污泥细胞的分解,增强其生物可降解性〔1、2〕。目前有几种促进污泥分解的方法〔3、4〕:(1)热解法;(2)化学法:酸或碱处理。(3)机械法:超声波、球磨、高压均质和剪切均质等;(4)氧化法:过氧化氢和臭氧氧化;(5)生物法:酶处理。在污泥厌氧消化前采用这些技术进行强化处理,可增强生物降解效率,并减少污泥处理量。2污泥厌氧消化的强化技术2.1热解污泥中的碳水化合物和脂类相对易下降解,而蛋白质却难以被水解酶水解,采用热解预处理可以破坏细胞壁促使蛋白质释放而得以降解。热解处理可应用于不同类型的污泥。对于初沉污泥,热处理并不能提高其降解性,但能增强其脱水性能。Li等〔5〕发现活性污泥的最佳热处理条件是170℃加热60min,小试实验结果表明在随后的厌氧消化中,经热解的污泥只需5d停留时间COD去除率即可达到60%。造纸工业污泥最佳的热解温度为150℃～160℃,这是由于造纸污泥含有较多的纯生物体。研究表明,在135℃热解处理后的污泥消化VSS破坏率比对照污泥在15d、12d的停留时间下,分别增加了135%、235%。热解强化处理的效果并不与温度成正比,温度过高会对厌氧消化产生负面影响。Stuckey等〔6〕发现活性污泥的最佳热解温度在175℃左右,温度再高效果会出现下降。另有研究者发现,温度超过200℃热解处理会导致厌氧消化产气量的下降,这可通过一种分子内反应—Maillard反应解释。在此反应中,减少的糖类与氨基酸反应生成一种褐色的多聚氮,其溶解性和组成—31—污泥厌氧消化的强化处理技术张少辉与腐殖酸相似,这种物质很难降解甚至起抑制作用。虽然在100℃以下的低温就开始产生这种反应,但其产生量随着温度升高以及停留时间增加而增多,并可能形成二恶英。Kepp等〔7〕报道,挪威的Hias污水处理厂运用热解对污泥进行厌氧消化的强化处理,生产规模运行3年,效果良好。该厂采用相应的蒸气压将污泥在130℃～180℃加热30min,生物细胞破裂分解,细胞内水释放出来而改变了污泥的粘滞度,使污泥中含有更高的溶解性固体,因此热解可提高消化池污泥浓度。与无强化处理的技术相比,热解处理可使消化池体积减半,而且大幅度增强污泥脱水性能,污泥脱水率可提高60%～80%,消化污泥的缓冲能力加强,污泥更为稳定,臭味大大减少且易了堆放。此外,还可以起到消毒灭菌的作用,并提高产气量。2.2碱处理碱处理可在常温下以较低用量达到促进细胞分解的目的,Woodard等〔8〕研究表明碱处理可以有效地溶解50%～60%的制药污水污泥。研究者采用NaOH预处理污泥,探讨了在单级高速厌氧消化池中的消化情况〔2〕。未经NaOH处理的污泥浓度(TS)为1%,NaOH处理方式分别为20me