不同组合方式对厌氧-好氧消化联合处理市政污泥性能的影响

不同组合方式对厌氧一好螽消化联合处理市政污泥性鹾昀影响黄凌军。严小芳。李小伟。董滨戴晓虎(1同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；2深圳市水务(集团)有限责任公司，深圳518031；3上海大学环境与化学工程学院，上海200444)摘要厌氧消化和好氧消化联合处理污泥技术有利于进一步改善污泥的稳定化程度，通过对比分析厌氧一好氧和好氧一厌氧两种不同组合方式条件下污泥稳定化效果及处理后基质土地利用性能的差异，以期提出更优的组合方式。结果表明，与厌氧一好氧工艺相比，好氧一厌氧工艺具有较低的VS降解率，但甲烷产率较高。与好氧消化出料相比，厌氧消化出料具有更高的植物毒性，这可能是因为其中含有较高的溶解性物质，导致其渗透压较高，抑制了植物种子的发芽。此外，与单级好氧消化工艺相比，厌氧一好氧工艺产生的出料具有较高的稳定性。关键词污泥稳定化高含固厌氧消化自热式高温好氧消化甲烷产率植物毒性0前言厌氧消化和好氧消化工艺是两种常见的实现污泥生物稳定的技术L1]，其中厌氧消化技术能够实现高效的能量回收和较低的环境影响L2矗]，而好氧消化工艺的优点是处理效率高、需要的处理设施体积小、投资较少、卫生条件较好等。但是，这两种工艺也存在各自不足，如厌氧消化后污泥具有较高的植物毒性，限制了后续的土地利用，而好氧消化工艺则运行成本较高j。近年来，基于厌氧和好氧条件下污泥有机物降解存在互补性_5]，厌氧消化和好氧消化联合处理污泥技术受到人们的关注。Jang等[6]研究表明采用高温好氧消化作为中温厌氧消化的预处理，可显著提高污泥的甲烷产率和有机物降解率。Parravicini等E和Tomei等[]研究表明采用好氧消化处理厌氧消化后污泥可使VS降解率分别提高16和17。Kumar等E]研究表明采用好氧消化处理消化后污泥不仅可提高VS降解率，还可改善脱水性能，并降低臭味40。这些研究表明厌氧消化和好氧消化联合处理污泥技术有利于实现两种工艺的优势互补，从而进一步改善和提高污泥的有机物降解率、甲烷产率及土地利用性能。然而它们存在两种组合方式，即厌氧一好氧和好氧一厌氧，目前关于这两种组合方式工艺性能的比较研究较少。此外，随着研究的不断深入，厌氧消化和好氧消化技术得到不断的发展。高含固中温厌氧消化工艺(high-solidmesophilicanaerobicdigestion，HS—MAN)可直接处理污水处理厂脱水污泥，与传统低含固厌氧消化技术相比更具优势E，而高温自热式好氧消化工艺(autothermalthermophilicaerobicdigestion，ATAD)被认为是一种高级的污泥好氧消化工艺，可有效杀灭致病菌，且能量消耗较低[】。’¨]，因此本文拟通过比较分析高含固中温厌氧消化和高温自热式好氧消化工艺的2种组合方式的工艺性能差异，以期为厌氧消化和好氧消化联合处理污泥技术的发展提供理论依据和技术指导。1试验材料与方法1．1基质来源及特征试验用污泥取自深圳市某污水处理厂脱水污泥，样品保存在4℃冰箱备用，其理化特性如表1所示，这表明该污泥样品具有较高的有机质含量，且重金属含量较低。1．2试验装置厌氧一好氧联合工艺第一级厌氧消化装置采用序批式方式运行，运行温度为35～37℃，进泥为脱水污泥，生污泥和接种污泥的质量比为2：1，总质量为7．6kg；采用湿式流量计对反应装置的产气量进行测定，并定期收集污泥样品，保存在20℃备用，运行时间为22d。厌氧一好氧联合工艺第二级好氧消化装置采用三角锥形瓶，体积为1．2L，运行温度为给水排水Vo1．44No．1201831表1深圳某污水处理厂脱水污泥的理化特性分析指标数值pH7．29±0．13含水率／18-+0．11VS干基／63．21±0．86Fe／mg／kg16162．57土0．77Ca／mg／kg1．8O±0．12Pb／mg／8．97Cu／mg／106．19±1．04Ni／m@／kg31．17±1．91Co／rag／3．57±0．2455℃，其进泥为第一级反应装置出料(含水率约为87)，每隔12h将空气完全置换，并测定空气中氧气含量，运行时间为10d。好氧一厌氧联合工艺第一级好氧消化装置采用序批式、微好氧方式运行，溶解氧含量控制在0．5mg／L左右，运行温度为55℃，进泥为经稀释后脱水污泥(含固率60)，初始污泥基质质量为6kg。好氧一厌氧联合工艺第二级厌氧消化装置采用树脂玻璃瓶，体积为1．2L，消化污泥和接种污泥质量比为1：0．8，总质量约为550g，通过回转式摇床保持基质混合，转速为160r／min，温度为35～37℃；每日采用注射器测定厌氧消化产气量。每组试验重复3次。1．3分析指标1．3．1总体分析总固体含量(TS)和挥发固体含量(VS)均采用重量法进行测定。生物气产量的甲烷比例采用