自热式高温（微）好氧消化对城市污水污泥处理研究

1020二2毒申请同济大学工学博士学位论文自热式高温(微)好氧消化对城市污水污泥处理研究培养单位：环境科学与工程学院一级学科：环境工程二级学科：环境工程研究生：程洁红指导教师：马鲁铭教授副指导教师：朱南文教授二oo六年七月摘要摘要上海市中心城区中小型污水厂缺少污泥处理设施，需要改建，由于污水厂处于中心城区，周边被居民区包围，用地紧张，所以需要构筑物体积小、处理效率高、环境卫生条件好的污泥消化工艺．厌氧消化池体积庞大、散发臭气、卫生条件差，故不能被采纳．而传统好氧消化存在停留时间长、受冬季低温影确、不能有效杀灭污泥中病原菌的缺点，也不能使用。自热式高温好氧消化(AutothermalThermophilicAerobicDigestion，ATAD)技术适用于中小污水厂的污泥处理，在不外加热源的情况下能自升温至45C-65’C的高温，其降解速率快，停留时间短，体积只有好氧消化池和厌氧消化池的1／6-1／2，耐低温冲击，尤其是能够有效灭菌，能产生稳定的、巴氏消毒的污泥。ATAD工艺在国内没有相关研究，但在欧溯已有二十多年的工程运行经验。本课题为避开现有的ATAD工艺的知识产权，自主开发研制了一套新型的、已获得专利权的单级自热式高温微好氧消化反应器(One-stageAutothermalTbermophilicMicro-aerobicDigestion，AT^lD)，采用污泥循环回流混合系统，并配有高效充氧装置和消泡装置。在上海城市污水厂进行了中试运行，经过泥龄为lO天的半问歇式运行，出泥达到稳定化和无害化标准。通过间歇式和半间歇式运行获得了最佳工艺参数，并在此基础上对污泥性质的变化进行了研究，对反应机理进行了探讨。试验表明：进泥含固率的最适宜浓度为5—8％：停留时间为lO-lld，污泥循环搅拌流量为12-14m3／h，曝气量为0．8—1．8皿3，，m3．h。运行过程中污泥性质发生变化，氧化还原电位ORP受污泥浓度、曝气量和污泥液中氨氮浓度的影响，先下降至-400mv一300mv之间，然后回升至oIIIv—+150mv，表明体系中污泥不是完全的好氧状态而是先厌氧后微好氧再好氧的状态，自热式高温好氧消化(ATAD)工艺应改为自热式高温微好氧消化(AT∞)工艺；pH值受曝气量及溶胞作用导致氨氮浓度变化的影响，先上升然后下降，若曝气量较低，pH值则一直为上升趋势；污泥上清液总磷、总氮等值偏高，这是溶胞作用所导致。对二沉泥和初沉泥分别在45℃和58℃温度下进行动力学研究表明：二沉泥的VSS去除符合一级动力学方程；58℃高温对二沉泥VSS降解有利。而对初沉摘要泥效果不明显：在同一温度下二沉泥的VSS去除率比初沉泥高。对单级ATMD反应器进行了热量平衡计算，预测了影响反应器白升温的主要因素。结果说明机械产热不到总产热量的15％，反应器为自热式；反应器在全年中大部分时间内都能达到高温，在冬季最低温度一5℃对反应器处于中温状态(35-40℃)，但不影响VSS的去除率；反应器的表面积与体积之比越小，散热越少，越能抵抗低温环境；反应器体积增加到一定程度后再增加体积对反应器自升温几乎没有影响，因此^TAD反应器体积小巧适于中小型污水厂。二沉泥经高温好氧消化后脱水性能会下降，但初沉泥脱水性能变化不大。通过投加调理剂可有效改善污泥脱水性能。试验证明单级ATMD工艺具有反应器体积小巧、占地少、节省机械设备和装置、操作简单、耐低温、充氧效率高、有效灭菌等优点，可以在传统的好氧消化池基础上改造，是适用于大城市中小型污水厂污泥稳定化和无害化处理的工艺，适合我国国情并具有广阔的应用前景的新工艺。关键词：污泥处理好氧消化ATAD工艺稳定化ⅡABgn认CrABSTRACTShanghaiMunicipalSewagePlantswillbereconstructedduetoalackofsludgetreatmentfacilities．Sludgedigestionprocesses，whicharecharacterizedbysmallvolumedigesters，higIIremovalefficiencyandsanitation,areneededbysmallormedium-sizedsewageplantsthataredistributeddowntownandsurroundedbyresidentialarea．However,neitheranaerobicdigestionprocessnorconventionalAerobicDigestion(CAD)processescanbeadoptedtoapplyintheplants．Anaerobicdigestionneedslargevolumedigesterandproduc