（环境工程专业论文）初沉污泥球磨预处理及水解酸化试验研究.pdf

摘要 摘要 初沉污泥中含有大量脂肪、蛋白质等有机碳源，通过水解酸化反应能够能 将这些慢速降解有机碳源转化为快速降解碳源( 挥发性脂肪酸) ，回收碳源用于 生物脱氮除磷工艺，不仅能够有效解决北方城市污水处理厂碳源不足的问题， 而且还能达到一定的污泥减量效果。本论文对不同条件下球磨机对初沉污泥的 破解效果以及不同因素对破解后污泥水解酸化的影响进行了研究，最终总结出 了球磨机破解初沉污泥及破解后初沉污泥水解酸化回收碳源的最佳运行条件。 论文中首先探讨了转速、时间、磨球粒径、污泥含固率、球料比等因素对 初沉污泥破解效果的影响，结果表明：提高球磨机的转速，延长处理时间，减 小磨球的球径，增大污泥含固率以及选择适当的球料比，都能够提升球磨机对 初沉污泥的破解效果。试验中综合考虑了处理效果及实际运行中的成本问题， 总结出了球磨机破解初沉污泥的最佳运行条件：转速为3 0 0 r p m 、处理时间为4 h 、 球径为大球1 2 m m + d x 球5 m m 配合、污泥含固率为6 、物料比为4 3 ：1 。通过处 理，污泥中s c o d 、t n 、t p 的含量均得到较大的提高，分别由初始的1 7 4 2 m g l 、 6 9 7m g l 和0 6 4m g l 增大到4 7 2 3m g l 、2 9 0 8m g l 和2 7 3m g l ，污泥的粒 径范围也由初始的1 0 1 0 0 9 m 降低至2 , - - 4 0 1 9 n ，为之后的水解酸化创造极为有利 的条件。 其次，研究了污泥粒径、混合污泥p h 值、破解泥投配率等因素对初沉污 泥水解酸化反应的影响，结果表明：随着水解酸化时间的延长，污泥混合液中 s c o d 的含量逐渐增大，且在第5 d 时达到最高的产酸量；降低污泥的粒径，能 够促进污泥水解酸化的速率和效率；p h 值对污泥水解酸化有较大影响，将混合 污泥调节为碱性有利于s c o d 产量的提高；初沉污泥投配率在5 0 以下时，投 配率越高水解酸化后s c o d 的含量越高，当投配率大于5 0 时水解酸化后 s c o d 的含量降低，但是，水解转化效率却随着投配率的增大而降低；水解酸 化液中v f a s 的含量也随着水解酸化时间的延长在逐渐升高，可是由于初沉污 泥水解的速率要高于产酸速率，v f a s 在s c o d 中所占比例逐渐降低。总结出 了初沉污泥水解酸化的最佳运行条件：粒径为2 5 1 a n ，混合污泥p h 值为1 1 ，初 沉污泥泥投配率为1 0 。同时发现，水解酸化过程中伴随着氮、磷的溶出，经 摘要 过5 d 的水解酸化后，污泥混合液中的s c o d 、v f a s 、氨氮、t n 、t p 的含量分 别为8 2 5 6m g l 、4 4 7 7m g l 、2 9 2 2 m g l 、3 6 9 3m g l 、15 7 7 m g l 。水解酸化过 程中污泥m l v s s 的浓度随水解酸化时间的延长而逐渐下降，在最佳条件下经 5 d 的水解酸化后，m l v s s 减量率高达3 6 5 。水解酸化过程不仅能够实现污泥 减量，而且能够进一步提高污泥的稳定性。最后，建立了切实可行的初沉污泥 碳源回收用于脱氮除磷系统的工艺流程，经过分析发现其具有一定可行性。 关键词：初沉污泥，球磨，碳源，水解酸化 a b s t r a c t a b s t r a c t p r i m a r ys l u d g e ( p s ) c o n t a i n sl a r g ea m o u n to fo r g a n i cc a r b o ns o u r c e s ，s u c ha s f a ta n dp r o t e i n , t h e s el o ws p e e dd e g r a d a t i o nc a r b o ns o u r c e sc a nb et r a n s f o r m e dt o h i g hs p e e dd e g r a d a t i o nc a r b o ns o u r c e s ( v o l a t i l ef a t t ya c i d s ) b yh y d r o l y s i sa n d a c i d i f i c a t i o n , a n dt h ec a r b o ns o u r c e sr e c o v e r e df r o mt h ep r o d u c t i o no d i nb eu s e di n b i o l o g i c a ln u t r i e n tr e m o v a ls y s t e m ，t h e ni tc a ns o l v et h ep r o b l e mo fl a c ko fc a r b o n s o u r c e si nn o r t h e r nm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，a tt h es a m et i m ei ta l s o h a v eas l u d g er e d u c t i o ne f f e c t t l l i se s s a ys t u d i e dt h ed i f f e r e n tf a c t o r sw h i c ha f f e c t t h ee f f e c to ft h eb a l lm i l lt r e a t m e n ta n dt h eh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o no fm i l l e d s l u d g e ，a n df i n a l l ys u m m e du pt h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n so ft h eb a l l m i l l p r e t r e a t m e n to fp sa n dt h ec a r b o ns o u r c e sr e c o v e r yf t o mp sv i ah y d r o l y s i sa n d a c i d i f i c a t i o n f i r s t l yt h i se s s a yd i s c u s s e dt h ee f f e c to fs p e e d , t i m e ，b a l ld i a m e t e r , s l u d g e c o n t a i n i n gs o l i dr a t ea n do t h e rf a c t o rt op sb r o k e n , t h er e s u l t ss h o wt h a t ：i n c r e a s e t h es p e e do fb a l lm i l l ，e x t e n dt h ep r o c e s s i n gt i m e ，r e d u c et h eb a l ld i a m e t e r , i n c r e a s i n gt h es o l i dr a t eo fs l u d g ea n dc h o o s et h ep r o p e rb a l lm a t e r i a l sr a t i o ，啪 e n h a n c et h ee f f e c to fp r i m a r ys l u d g eb r o k e n t h et r i a lt o o ki n t oc o n s i d e r a t i o nt h e t r e a t m e n te f f e c t ，a n dt h et h ec o s tp r o b l e mi na c t u a lo p e r a t i o n , s u m m e du pt h eb e s t o p e r a t i o nc o n d i t i o n so ft h eb a l lm i l lp r e t r e a t m e n t ：t h es p e e di s3 0 0 r p m ，t i m ei s4h b a l ld i a m e t e ri st h ec o o p e r a t i o no f12 r a ma n d5n l l n ，t h es o l i dr a t eo fs l u d g ei sa b o u t 6 ，b a l lm a t e r i a l sr a t i oi s4 3 ：1 a f t e rt h et r e a t m e n t , t h ec o n c e n t r a t i o no fs c o d ，t n ， t pi nt h es l u d g ew a si n c r e a s e da l a r g ea m o u n t , f r o m17 4 2 m g l 、6 9 7m g la n do 6 4 m g lo ft h ei n i t i a lt o4 7 2 3m e d l 、2 9 0 8m e d la n d2 7 3m g l ，t h ep a r t i c l es i z eo f s l u d g ei sr e d u c e df r o mt h er a n g eo f10 - 1 0 0t o2 - 4 0 ，i tc r e a t e dae x t r e m e l yf a v o r a b l e c o n d i t i o nf o rt h eh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n t h e n ，i tr e s e a r c h e dt h ee f f e c to ft h ep a r t i c l es i z eo fs l u d g e ，p hv a l u eo fm i x e d s l u d g e ，d o s a g eo fm i l l e ds l u d g et o t h eh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o nr e a c t i o n t h e r e s u l t ss h o wt h a t ：a f t e r5 dr e a c t i o nt h es l u d g ec a nr e a c ht h eh i g h e s ty i e l do fa c i d ； l o w e rp a r t i c l es i z ec a np r o m o t et h ee f f i c i e n c ya n dr a t eo ft h er e a c t i o n ；m i x e ds l u d g e i t i a b s t r a c t p hv a l u ek e e p e di nt h er a n g eo f6 6t o7 0 ，t h ec h a n g e si sn o tv e r yb i g ；p hv a l u e h a v eg r e a ti n f l u e n c eo nh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o nr e a c t i o n , a d j u s t i n gt h em i x e d s l u d g et oa l k a l i n ei sg o o dt os c o d sg e n e r a t i o ni nt h ep r o c e s s ，a n di ti n c r e a s e d o v e r t h et i m eg r a d u a l l y ；w h e nt h ed o s a g er a t eo fp si sb e l o w5 0 ，t h ed o s a g ei sh i 曲e r , t h eh i g h e ro ft h ec o n c e n t r a t i o no fs c o d ，a n dw h e nt h ed o s a g eo fp si sm o r et h a n 5 0 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs c o di sr e d u c e d ，b u tw i t ht h ed o s a g er a t ei n c r e a s e ， h y d r o l y s i sc o n v e r s i o ne f f i c i e n c yi sd e c r e a s e da st h ed o s a g er a t ei n c r e a s e d ；v f a si n h y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o nf l u i di sa l s or a i s e di ng r a d u a l l ya st h ee x t e n s i o no ft i m e ， b u tw i t ht h eh y d r o l y s i ss p e e do fp si sh i g h e rt h a na c i d i f i c a t i o n , t h ep r o p o r t i o no f v f a si ns c o di sg r a d u a l l yr e d u c e d i ts u m m e du pt h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n so f t h ec a r b o ns o u r c e sr e c o v e r yf r o mp sv i ah y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n ：p a r t i c l es i z ei s 2 5 r t m ，m i x e ds l u d g ep hv a l u ei s11 ，t h ed o s a g eo fm i l l e ds l u d g ei s 10 t h e r ei s a l s on ，pd i s s o l u t i o ni nt h er e a c t i o n , a f t e r5 d sh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n , t h e c o n c e n t r a t i o no fs c o d ，v f a s ，a m m o n i an i t r o g e n , t n ，t pi nt h em i x e ds l u d g ei s 8 2 5 6m g l ，4 4 7 7m g l ，2 9 2 2 m g l , 3 6 9 3m g l ，15 7 7 m g l a f t e rt h er e a c t i o no f h y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n , t h es t a b i l i t yo ft h es l u d g ei si m p r o v e d ，a n dt h eh i g h e s t s l u d g er e d u c t i o ni sl l pt 03 6 5 k e yw o r d s ：p r i m a r ys l u d g e ，b a l lm i l l ，c a r b o ns o u r c e s ，h y d r o l y s i sa n d a c i d i f i c a t i o n 符号说明 p s w a s c o d v f a s s c e s c o d t c o d n p t n t p s o p m l s s m i s s s b r h r t s r t e b p r e c p r p m 符号说明 p d m a r ys l u d g e ( 初沉污泥) w a s t ea c t i v a t e ds l u d g e ( 剩余活性污泥) c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( 化学需氧量) v o l a t i l ef a t t ya c i d s ( 挥发性脂肪酸) s h o r t - c h a i nf a t r ya c i d ( 短链脂肪酸) s o l u b l ec h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( 溶解态化学需氧量) t o t a lc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( 总化学需氧量) n i t r o g e n ( 氮) p h o s p h o r u s ( 磷) ， t o t a ln i t r o g e n ( 总氮) t o t a lp h o s p h o r u s ( 总磷) s o l u b l eo r t h o p h o s p h a t c ( 溶解性正磷酸盐) m i x e dl i q u o rs u s p e n d e ds o l i d s ( 混合液悬浮固体颗粒) m i x e dl i q u o rv o l m i l es u s p e n d e ds o l i d s ( 混合液挥发性悬浮固体) s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( 序批式反应器) h y d r o l i cr e t 锄t i o nt i m e ( 水力停留时间) s l u d g er e t e n f i o nt i m e ( 污泥停留时间) e n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h o r b sr e m o v a l ( 强化生物除磷) e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e ( 胞外聚合物) r e v o l u t i o n sp e rm i n u t e ( 每分钟转数) v l l i 第一章引言 1 1 1 课题来源 第一章引言 第一节课题来源及研究背景和意义 本课题属于国家水专项“北方城市大型污水处理厂除磷脱氮和污泥减量化 技术研究与工程示范及天津市重大科技攻关项目“城市污水深度除磷脱氮关 键技术研究和示范工程”的一部分。本论文对不同条件下球磨机对初沉污泥的 破解效果以及不同因素对破解后污泥水解酸化的影响进行了研究。 1 1 2 研究背景和意义 近年来，我国城市污水处理率和污水处理程度均较从前有了大幅度提高。 截至2 0 1 0 年9 月底，全国建成2 6 3 0 座城镇污水处理厂，日污水处理能力达到 1 2 2 亿1 3 。城市污水厂数量的增加，使我国污水处理能力得到显著提高，城市 居民的生活污水和企业排放的工业废水得到了有效处理，从而有效地缓解了我 国水体污染和富营养化等环境问题，但是随之而产生的污泥处理处置问题却非 常棘手。污水处理中不同工艺的污泥产量如表1 1 所示【。 表1 1 不同处理工艺的污泥产量( 干污泥肟水) ( g m 3 ) 第一章引言 一般来说，一座二级污水处理厂产生的污泥量约占污水处理总量的0 3 o 5 ( 体积分数) ，如果进行深度处理，污泥量还可能再增加o 5 1 0 倍。截止 到2 0 0 9 年底全国污泥处理量达2 8 0 亿1 1 1 3 ( 含水率8 0 ) 突破2 0 0 0 万吨，但经 调查后发现有8 0 的污泥没有得到妥善处理。污泥含水率高、体积大，在处置 的过程中通常会占用大量的土地资源，而且在转运的过程中极易发生泄漏而污 染周边环境；污泥中含有病原菌、寄生虫和重金属等有毒有害物质以及难降解 物质，若不妥善处理会严重威胁着人类和生态环境的安全；此外，污水处理厂 的全部建设费用中，用于处理污泥的约占2 0 - 5 0 ，有的甚至高达7 0 t 2 1 。因此， 如何有效地处理或利用污水处理过程中产生的大量污泥是亟待解决的问题。 随着工业化和城市化程度的不断提高，世界各国的污水总量不断增加，表 1 2 显示了我国近年废水及主要污染物排放量的情况。随着合成洗涤剂、化肥和 农药的广泛使用，大量的有机物和氮、磷等营养物质进入水体环境，导致水体 污染以及由此引发的水质富营养化日益严重，这迫使越来越多的国家和地区制 定严格的有机物和氮、磷排放标准。虽然目前生物脱氮除磷工艺已被广泛用于 城市污水处理工程，然而实际运行表明，在我国大部分的脱氮除磷工艺还是不 能实现氮、磷的达标排放，其原因是多方面的，最根本的是因为城市污水中的 碳源不能满足反硝化菌和聚磷菌的需求。污水处理厂通常是依靠投加外部碳源 ( 如甲醇等液态有机物或固体有机物) 的方式来解决碳源不足的问题，但这会 大大提高污水处理厂的运营成本【3 】。 表1 2 我国近年废水及主要污染物排放量 资料来源：2 0 0 6 - - 2 0 0 9 年中国环境状况公报 2 第一章引言 污水中的内碳源在一定程度上可补充脱氮除磷系统对碳源的需求。有研究 表明，能快速降解的有机碳源是反硝化过程最易利用的电子供体，当污水中碳 源是以v f a s 为代表的s c o d 时，其反硝化速率最高，且能提高生物系统的处 理能力和效率，使反硝化过程稳定可靠。但是，在污水内碳源中能被反硝化细 菌利用的快速可降解碳源含量较少，慢速可降解碳源的利用率较低，且在反硝 化菌和聚磷菌之间存在着碳源竞争。因此从总体来看，内碳源无法满足脱氮除 磷系统对碳源的需求。外加碳源( 如甲醇、乙醇等) 虽可提高脱氮除磷效率， 但运营成本将大幅度提高，且往往会提高出水c o d 含量。因此，在处理系统内 开发可替代快速有机碳源成为污水生物脱氮除磷研究的重要问题之一。 在生物处理系统内，初沉污泥是最具发展潜力的可利用碳源。城市污水中 颗粒态有机物( 占污水c o d 组成的6 0 ) 可通过沉淀去除，其中一般初沉池 对其去除率可达6 0 。初沉污泥及其水解酸化产物中各有机组分占c o d 百分 比如表1 3 所示【4 j 。 表1 3 初沉污泥及其水解酸化产物c o d 的构成分析 初沉池中含有脂肪、蛋白质等大量的有机碳源，如果能将这些慢速降解有 机碳源通过水解酸化反应转化为快速降解碳源再投加到污水中，则该部分转化 来的快速有机碳源将使污水的生物除磷脱氮效率大大提高。 因此，本论文针对城市污水处理厂初沉污泥这种潜在的碳源进行研究，通 过球磨破解及水解酸化将其转化为快速有机碳源，作为甲醇等外加碳源的替代 品来增强生物脱氮除磷过程，同时还能减少污泥总量并提高污泥的稳定性，最 终实现污泥的减量化、稳定化、资源化及无害化。可见，该研究为污泥生物处 3 第一章引言 理和资源化利用提供一种新的途径， 足高效、稳定的生物除磷脱氮要求， 1 2 1 研究内容 并为污水厂连续提供快速可降解碳源以满 具有较高应用价值。 第二节研究内容和技术路线 本论文主要是探讨城市污水处理厂初沉污泥球磨破解的最佳工况以及破解 后污泥在不同条件下水解酸化及减量化效果，具体内容如下： ( 1 ) 城市污水处理厂初沉污泥的组成及特性研究( 成分、粒径等) ； 测定初沉污泥球磨处理前的s c o d 、t c o d 、m l s s 、m l v s s 、t n 、t p 、 a s 、粒径等特性参数。 ( 2 ) 初沉污泥球磨预处理工艺研究； 研究球磨机不同的转速、时间、球径及污泥含固率和球料比等对初沉污泥 破解效果的影响( s c o d 、污泥粒径等在处理过程中的变化) ，得到试验条件下 球磨破解初沉污泥的最佳工况条件。 ( 3 ) 初沉污泥水解酸化的工艺条件研究； 研究污泥粒径、混合污泥p h 值、初沉污泥投配率、污泥停留时间等对破 解后污泥水解酸化效果的影响( s c o d 、v f a s 、t n 、t p 等) ，得到水解酸化回 收初沉污泥中碳源的最佳条件。 ( 4 ) 初沉污泥水解酸化后减量效果研究； ( 5 ) 初沉污泥碳源回收的可行性分析。 建立切实可行的初沉污泥回收碳源用于脱氮除磷系统中的工艺流程，分析 其技术上的可行性。 1 2 2 技术路线 本课题采用图1 1 所示的技术路线进行研究。 4 第一章引言 初沉污泥球磨预处理工艺研究 图1 1 试验研究技术路线 5 第一章引言 第三节污泥水解酸化回收碳源的研究进展 1 3 1 污水生物脱氮除磷系统中碳源的研究进展 1 3 1 。1 碳源对生物脱氮的影响 污水中存在着有机氮、n h 3 n 、n 0 3 - - n 等形式的氮，而其中以n h 3 - n 和有 机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过 氨化作用转化为成n h 3 - n ，而后经硝化过程转化变为n o x - n ，最后通过反硝化 作用使n o x - n 转化成n 2 ，而逸入大气。 由此可见，进行生物脱氮可分为氨化一硝化一反硝化三个步骤。由于氨化 反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成，故生物脱氮的关键在于硝化 和反硝化。 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮的过程，反应在好氧条件 下进行，以氧作为电子受体，其反应方程式可以表示为1 5 】： n h 4 + + 三a 型吗n 0 2 - + h ，o + 2 h + ( 式1 1 ) 2 一 。 1 n o ，。+ 三a 骘n o ，。 ( 式1 2 ) 2 。 可见，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用c 0 2 、c 0 3 2 - 和h c 0 3 等作为碳源，通过与n h 3 、n h 4 + 或n 0 2 的氧化还原反应获得能量。 反硝化反应是指在厌氧或缺氧( d o 1 0 0 ) 热处理后，其中的微生物基本被杀灭，处理 后的污泥可直接土地利用( 如作土壤调理剂) 、填埋等。 1 3 3 2 碱性预处理 向剩余污泥中投加一定量的酸或碱可以破坏污泥絮体和微生物细胞，使污 泥中的蛋白质、多糖和脂类等有机物质释放出来，变成溶解性颗粒物质，从而 促进污泥的水解酸化【37 1 。 苑宏英等【3 8 】研究了剩余污泥在不同p h 条件下( 4 0 - , a 1 1 0 ) 厌氧发酵产酸的 情况。结果表明：p h 值为8 o 1 1 0 时所产生的挥发性脂肪酸( w a s ) 总量多 于p h 值为4 7 0 的，特别是在p h - - 1 0 0 的条件下，第1 2 天时的产酸量高达 2 5 6 1 6 m g g v s s ，是p h = 7 0 时的3 0 倍左右。c h e r t 等【3 9 】研究了常温下p h 值 为4 1 1 时对剩余污泥水解酸化的影响，结果表明：碱性条件更能促进水解的进 行，经过8 d 的厌氧消化后，p h 值为1 1 的剩余污泥产生的s c o d 浓度达7 9 3 9 m g l ，占剩余污泥t c o d 的5 9 2 ；而在p h 值为4 、7 或不调节p h 时，s c o d 产量分别为t c o d 的1 3 9 、1 2 6 和9 3 ，且在p h 值为6 1 1 时，水解随 p h 的提高而加强。r o h c e r 等【4 0 】利用n a o h 将剩余污泥的p h 值调节为1 0 0 ，保 持温度为6 0 对污泥进行2 0 r a i n 预处理后进入后续反应器，运行4 8 h 和3 5 0 h 后，污泥中可生化降解的溶解性成份分别占到原剩余污泥量的7 5 和9 0 ，而 污泥量可以最多减少到3 7 。 1 3 3 3 机械法 对于含颗粒态有机物浓度较高的污泥，可以通过泵或者研磨机破碎，以减 小污泥的粒径，从而提高污泥的水解速率。k t m z 等利用搅动球磨机对污泥进行 破碎预处理然后回流到s b r 反应器中，研究结果发现，反应器中污泥产量减少 了2 0 ，且反硝化效果得到加强，而出水的c o d 并没有提高。n a b 等利用高压 喷射破解污泥，发现经过3 m p a 的高压喷射处理后，破解后污泥厌氧消化的s r t 由1 3d 缩短为6d ，c i - h 产量增加，v s s 降低约5 0 ，且对工艺运行效果和出 水水质几乎没有影响，由此证实了机械力对改善污泥消化性能的有效性。 1 5 第一章引言 1 3 3 4 超声波法 超声破解污泥的原理是利用其在液体中产生的“空穴 ( c a v i t a t i o n ) 作用， 形成极端的物理和力学条件，使局部达摄氏5 0 0 0 度高温，5 0 0 巴高压，以及剪 切力，以将微生物细胞壁击破，同时释放出酶。酶的作用使其余未被击破的微 生物细胞失去对污泥罐中发酵环境的适应能力，迅速成为厌氧微生物的营养物 而被消耗，从而突破瓶颈，大大加速发酵过型4 1 1 。 c h i u 等1 4 2 】研究发现，在4 1l d - i z 下，o 1 0w 6 t n 3 的超声波处理3 0 - - 1 2 0m i l l 可以使污泥厌氧发酵时间从2 2 d 降到8 d ，比容积消化速率从4 3 7 9 v s d e g ( m a d ) 上升到11 6 6v s d e g ( m 3 d )，且挥发性有机物的去除率有所提高。杨虹等【4 3 】 采用超声与碱耦合作用破解剩余污泥，发现：对p h 值为6 9 ，含固率为o 5 的污泥，在单独超声作用下，破解3 0m i n 后，污泥溶液s c o d 溶出率仅为3 9 6 。 而加碱调节污泥p h 为1 2 ，超声破解3 0r a i n 后，污泥溶液s c o d 溶出率为2 7 8 8 。 此外，外加酶及表面活性剂也能够促进污泥水解，罗琨掣删研究发现，当 水解温度为5 0 ，蛋白酶和淀粉酶的比例为l ：3 时，水解效果最佳，v s s 去除 率达6 8 4 3 ，还原糖、n h + 4 n 浓度分别由3 7 2 9 和4 7 6 0m g l 增加至1 7 7 8 和 1 4 3 4 3m g l 。p e n gz h a n g 等【4 5 】利用半连续流动反应器，向w a s 中加入一定量 的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，结果显示，十二烷基苯磺酸钠可显著提高 w a s 的水解速率和s c f a s 的积累，但对s c f a s 的组成无太大影响。 第四节本章小结 介绍了污水脱氮除磷系统中碳源的研究进展，阐述了污泥水解酸化的概念、 机理、影响因素及提高产酸的方法，阐明了本课题的研究目的与内容，提出本 试验研究旨在通过初沉污泥水解酸化实现污泥减量的同时回收水解酸化产物用 作生物脱氮除磷碳源。 1 6 第二章试验装置与方法 第二章试验装置与方法 第一节试验装置 2 1 1 球磨预处理试验装置 试验中采用长沙天创化工有限公司生产的实验用行星式球磨机( 如图2 1 所 示) ，研磨罐体积4 x o 2 5 l ，最大转速4 0 0 r p m 。球磨机中磨球的球径有1 2 m m 、 8 m m 、6 m m 、5 m m 四种，能够两个或四个球磨罐同时工作，每个球磨罐的最大 装样量为其容积的三分之二。 图2 1 试验用行星式球磨机及球磨罐、磨球 2 1 1 1 球磨机的工作原理 试验中所用行星式球磨机在其转盘偏离中心的位置上装有四个行星盘，当 主盘转动时，行星盘在绕主盘轴心公转的同时，又围绕自身轴心自转，；作行星 式运动。在研磨污泥的过程中，罐内磨球除受公转和自转两个离心力作用外， 重力也发挥一定的作用，作用在各个磨球上的合力大小和方向在不断变化并且 各不相同，这就使得所有磨球的运动轨迹是杂乱无章的。当机器高速运转时， 磨球获得足够大的碰撞能量，在相互的碰撞的过程中，猛烈地撞击和研磨位于 其间隙中的污泥，如图2 2 所示，以达到污泥破解的目的。 1 7 第二章试验装置与方法 一 图2 2 球磨机工作原理示意图 相对于其它污泥破解方式，球磨机具有以下优点： ( 1 ) 对于各种含水率的污泥的适应能力强，能连续生产，生产能力大，可 满足较大规模生产的需要； ( 2 ) 粉碎比较大，可达到3 0 0 以上； ( 3 ) 设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。 ( 4 ) 维护管理简单易进行，具有很好的密封性。 因此，将球磨机用于污水处理厂中污泥预处理的装置具有一定的可行性。 影响球磨机工作效率的因素主要包括：转动速度、球磨时间、球料比及磨 球球径等。 2 1 2 水解酸化试验装置 试验装置如图2 3 所示。试验中在反应瓶内加入一定量的初沉污泥或者初 沉污泥和接种泥按一定比例混合后的污泥，反应瓶置于恒温室中以磁力搅拌器 搅拌，搅拌速度控制为6 0 - - 8 0r m i n ，反应温度为3 5 1 。由于本试验是基于 水解酸化回收碳源为目的系统，微量氧的存在可以有效抑制产甲烷菌的生长， 而对产酸菌的影响不大，因此在接种污泥之前无需检验装置的气密性，可以认 为水解酸化反应器内的厌氧环境是自然形成的。 1 8 第二章试验装置与方法 2 2 1 初沉污泥特性 图2 3 水解酸化试验装置 第二节试验用泥 试验用初沉污泥取自天津市某污水处理厂初沉池，其特性参数见表2 1 。 表2 1 初沉污泥特性参数 项目平均值 项目平均值 p h 6 7 5含水率 9 3 9 4 m l s s ( r a g l ) 6 0 5 4 0 t p ( m g l ) o 6 4 m l v s s ( r a g l ) 2 7 5 7 5 氨氮( m g l ) 1 7 8 5 t c o d ( r a g l ) 4 0 4 3 5 t n ( m g l ) 6 9 7 s c o d ( m g l ) 1 7 4 2 v f a s ( r a g l ) 2 0 8 第二章试验装置与方法 2 2 1 接种污泥特性 本试验接种污泥采用消化污泥，培养时控制污泥停留时间为3 d ，实现产甲 烷菌的流失，使水解酸化菌成为系统的优势菌种，其特性参数见表2 2 。 表2 2 接种污泥特性参数 项目平均值项目平均值 p h 7 6 含水率 9 8 6 8 m l s s ( r a g l ) 1 2 2 2 5 t p ( m g l ) 1 6 8 m l v s sc r a g l )5 4 0 5 氨氮( r a g l ) 4 7 6 t c o d ( r a g l ) 1 0 4 9 3 t nc r a g l ) 4 2 8 s c o d ( m g l ) 2 1 0 w a s ( r a g l ) 1 7 8 第三节分析指标及其测定方法 2 3 1 分析指标及其测定方法 本试验的主要检测指标包括：污泥混合液的p h 、t s s 、v s s 、s c o d 、t c o d 、 v f a s 及氨氮、t n 、t p 的含量( 其中t n 、t p 指污泥上清液中的溶解性t n 、 t p ) 。指标的测定均按国家规定的标准分析方法进行，具体方法如表2 - 3 所示。 表2 3 测试指标及分析方法 第二章试验装置与方法 2 3 2 化学需氧量( 0 0 0 ) 的测定 化学需氧量( c o d ) 表示在强酸性条件下重铬酸钾氧化l l 污水中有机物 所需0 2 的量，可大致表示污水中的有机物量。目前，c o d 的测定方法包括： 回流容量法、快速消解法、分光光度法等，均是以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银 为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，在硫酸酸性条件测定c o d 消解体系为 基础的测定方法。 本试验采用快速消解分光光度法测定c o d 的含量。测定过程中，首先将 2 m l 水样( 水样中c o d 含量较高时，可以加少量水样然后稀释到2 m l ) 和3 m l 消解液放入消解比色管中，将管密封后放入消解仪中恒温( 1 5 0 ) 消解2 h 以 上，并用分光光度法测定c o d 值。消解比色管是一种规格为1 6 m m ，长度 1 0 0 m m 。1 5 01 1 1 1 t 1 ，壁厚度为1 0 m m 1 2m m ，开口为螺旋口，并加有螺旋密封 盖的密封管。该管具有耐酸、耐高温、抗压防爆裂性能。盛有消解反应液的比 色管一部分插入消解仪的加热孔中，管底部恒定1 5 0 温度加热，管上部高出 加热孔而暴露在空间，在空气自然冷却下使管口顶部降到8 5 左右，温度的差 异确保了小型密封管中反应液在该恒温下处于微沸腾回流状态。用消解比色管 消解后可直接用该管在c o d 专用光度计上测定。在6 0 0 n m 波长可测定c o d 值为1 0 0 m l 1 0 0 0 m l 的水样，在4 4 0 n m 波长处可测定c o d 值为 1 5 m f f l 2 5 0 m l 的水样。该方法具有占用空间小，能耗小，试剂用量少，废 液减到最小程度，能耗小，操作简便，安全稳定，准确可靠，适宜大批量测定 等特点，弥补了经典标准方法的不足。 按照存在形态，c o d 可以分为颗粒态、胶体态和溶解态c o d ( 用s c o d 表示) 。一般认为s c o d 包括易生物降解组分和溶解性惰性组分。剩余污泥水 解果可以用污泥混合液的s c o d 表示，开发碳源的系列研究试验中，s c o d 与 t c o d 相比，更能准确地表述酸化液中可利用碳源的数量。在测定混合污泥中 的s c o d 时，需要通过物化方法去除污水中的颗粒态和胶体态的c o d 。一般认 为s c o d 是通0 4 5 p m 的微孔滤膜的c o d 。所以在测定s c o d 前，样品需采取 一些预处理措施，首先在1 5 0 0 0r m i n 下离心1 0 m i n 取上清液，再通过0 4 5um 的微孔滤膜过滤，用滤后水样进行测定( 此方法同样适用于v f a s 、氨氮及溶解 性t n 、t p 测定前的预处理) 。 2 1 第二章试验装置与方法 2 3 3 挥发性脂肪酸( v f a s ) 的测定 本试验中挥发性脂肪酸( v f a ) 的测定是采用蒸馏法，结果以乙酸计( m g l ) 。 本方法原理是将废水以磷酸酸化后，从中蒸发出挥发性脂肪酸，再以酚酞为指 示剂用n a o h 溶液滴定馏出液。废水中的氨氮可能对测定会形成干扰，因此， 应当首先在碱性条件下蒸发出氨态氮。 主要药品：1 0 的n a o h 溶液、o 1 0 0 0 m o l l 的n a o h 标准溶液( 使用以前 需标定浓度) 、10 的磷酸溶液、酚酞指示剂等 测定步骤： 在蒸馏瓶中放入1 0 0 m l 待测样品( 要求v f a 含量不超过3 0 m m o l l ( 以 乙酸计1 8 0 0 r a g l ) ，若高于此值可用蒸馏水稀释到1 0 0 m l ) ，放入2 3 滴酚酞指 示剂； 加入一定体积1 0 的n a o h 直到溶液变红( n a o h 过量) ，使蒸馏瓶中溶 液呈碱性； 开始蒸馏，至蒸馏瓶中剩余的液体为5 0 m l 为止，向蒸馏瓶中补充5 0 r a l 蒸馏水，加入1 0 r o l l 0 的磷酸溶液酸化，在接收瓶中加入1 0 m l 蒸馏水并使接 收瓶与蒸馏瓶上的冷凝管连接，导入管应浸入接收瓶的液面以下。至瓶中液体 为2 0 m l 时为止，待蒸馏瓶稍冷却后，加入5 0 m l 蒸馏水再次蒸馏，蒸馏至瓶 中液体为2 0 m l 时为止； 向馏出液中加入l o 滴酚酞指示剂，用o 1 0 0 0 r n o l l 的n a o h 标准溶液滴 定至氮粉色不消失为止。记录所用n a o h 标准溶液的体积v ，挥发性脂肪酸含 量计算如下： 删s ：幺螋1 0 0 0 6 0 ( m g l ) 水样 式中： v n , o h - - - 滴定时消耗的n a o h 标准溶液的体积( m l ) c n a o h - - n a o h 标准溶液的浓度( t o o l l ) v 水样一加入水样的体积( m l ) 上式计算结果的v f a s 以乙酸( m g l ) 计。 2 2 第二章试验装置与方法 第四节本章小结 介绍了本试验的试验装置、材料及试验方法；概述了在试验过程中所采用 的方法和仪器；着重介绍了s c o d 和v f a s 的测定方法。 2 3 第三章初沉污泥球磨预处理工艺研究 第三章初沉污泥球磨预处理工艺研究 第一节转速、时间对球磨预处理效果的影响 3 1 1 试验材料与方法 试验中将初沉污泥通过l m m xl m m 滤网过滤，将其中的较大块杂物过滤后 再进行球磨处理，每个球磨罐中加入初沉污泥1 2 0 m l ，球料比( 磨球重量：初 沉污泥t s s ) 为4 3 ：1 ，采用大球1 2 r a m + 中球8 r a m + d , 球6 m m 的磨球配合使用， 污泥含固率约为6 ，球磨机转速分别取5 0 、8 0 、1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 r p m ，测定5 h 内处理效果。 3 1 2 不同转速、时间对s 0 0 0 的影响 - - o - - 5 0 r p m _ ( ：-