热碱促进污泥水解的试验研究.doc

热碱促进污泥水解的试验研究中温厌氧消化是一种使用最广泛的城市下水道生物污泥稳定化技术，其生物学的水解被认为是制约其消化速度的阶段。国外的研究认为是由于半刚性惰性物质细胞壁妨害了细胞内含物的溶出水解，并提出通过机械的1、加碱加酸2、氧化3、热解4以及超声波5等处理方式，促使细胞壁破裂，溶出生物细胞中含有的大多数有机物质，从而加速污泥的水解过程，达到缩短消化时间，改善污泥的脱水性能，减少消化池容积，提高甲烷产量的目的6。但是从一些学者的研究可以看出，污泥机械破解、超声破解的输入能量以及运行费用较高，从节约能源角度上，日本学者平冈正胜提出并且提倡通过60低温热处理来增加污泥分解量7，那么从适用性的角度来看，如果存在废热以及废碱可以利用时，我们是否可以通过低温热处理和碱的联合处理来增加生物污泥中含有的有机物溶出呢？鉴于以上目的，本文主要集中研究在低温条件下（T100）剩余生物污泥热处理、常温碱处理以及加热碱破壁的效果。1 实验方法1.1试验用料来源实验所用剩余生物活性污泥取自天津大学中水回用处理反应器。进行沉淀浓缩后，所得污泥作为实验用料。剩余污泥主要特性指标如表1所示。（其中TCOD、SCOD说明见2.4）项目PHMLSS (mg/L)MLVSS (mg/L)TCOD (mg/L)SCOD (mg/L)数值7.42960057821023068.81.2 实验装置 低温热碱破壁的实验装置主要为恒温水浴锅、反应容器以及磁力搅拌器组成的系统。如图1所示。1.3污泥破解实验方法 根据实验目的将四个水浴锅温度分别保持在30、40、50、60、80、100四个阶段，每个水浴锅中放入三个1000ml广口瓶，然后每个广口瓶内加入800ml浓缩活性污泥，并且用搅拌器连续搅拌。待广口瓶内污泥温度达到水浴温度后8小时测定SCOD值。在污泥热碱处理过程中，首先进行常温条件下（30）的加碱破解效果试验，然后对40、50、60、80、100温度下的热碱破解试验，在加碱试验中，操作步骤严格控制同污泥热处理相同，待广口瓶内污泥温度达到水浴温度后，用NaOH溶液（2.0 mol/L）迅速将三个广口瓶内污泥的pH值分别调节为9、10、11、12。1.4 分析项目及方法 污泥破解试验中主要以污泥上清液SCOD(溶解性化学需氧量)变化来确定效果。其中TCOD（总化学需氧量）为处理剩余污泥混合液的COD值， SCOD为破壁试样离心分离后过滤所得上清液的COD值7 。COD测定为重铬酸钾法。离心机的转数4000r/min，作用时间为20分钟。2 污泥低温热碱破壁实验效果 试验首先通过污泥加热处理、常温条件下（30）加碱处理来考察温度、碱量（即不同pH）、处理时间三个因素对细胞溶出效果的影响。所得污泥上清液SCOD增加如图1、2所示。从图1我们可以看出随着温度的逐渐升高，污泥中SCOD（24h后）溶出量增加。在污泥温度超过5080间的溶出增加明显，污泥温度在80 左右出现峰值，约为900mg/L左右，而污泥温度由80增至100时出现SCOD值变小的现象，实验中可以观察到热作用后的污泥混合液表层有一层油层浮膜产生。笔者认为SCOD溶出量减缓的原因可能是微生物细胞中溶出的一部分蛋白质发生变性，发生凝固反应产生浮膜，降低了SCOD中可溶性蛋白质含量8。 图2是在常温（30）条件下，pH10、11、12三种不同碱量处理24h过程中污泥的SCOD溶出量变化。图2显示出加碱量m和作用时间t之间的关系，在温度一定的情况下（30），不同加碱量处理的污泥SCOD曲线溶出在时间上呈现的几乎相同规律，只是具体处理水平存在差异。当污泥初始pH 12时的SCOD值为1960mg/L,较pH11增加了569mg/L。通过图2，我们可以认为碱处理8小时比较有效。8小时后的16个小时内 SCOD值增加得很少，最大的增幅只有100mg/L左右。 基于以上试验的研究，我们在其后进行的污泥低温热碱联合水解的实验中，主要选取了40、50、60、80、100几个温度段，污泥初始pH值调节为10、11、12的污泥破壁实验。实验过程中，热碱联合处理24个小时后的污泥上清夜SCOD变化如图3所示。通过图3我们可以得到在污泥水解过程中热碱联合处理的意义。当热碱联合作用后，其SCOD增加值远远高于单纯加热和加碱作用二者之和，投加相同碱量时，在3080内，污泥上清液的SCOD溶出随着污泥预处理温度的升高而出现大幅度增加，pH10、 pH11、pH12的污泥试样在100时的SCOD值达到分别2770mg/l、3880mg/l、4258mg/l，是污泥常温下（30）加碱分解溶出SCOD值的4倍、3.5倍、2.5倍，而当温度高于80时，同样出现污泥单纯热处理的现象，也出现SCOD值变化减缓的现象。在温度相同的条件下，由图可以看出，随着pH值的升高，污泥上清液SCOD值也升高，即增加污泥中碱的投加量可以提高污泥水解程度，笔者认为加碱溶解了生物细胞体的脂类物质，降低了污泥中生物细胞壁对温度的耐受力，促使细胞生物体内含物的流出，为加速厌氧消化进程或者回流曝气池处理提供了良好的条件，可以达到污泥减量化的目的。3 结论生物细胞内所含有有机质的溶出对于污泥的减量化和稳定化处理有着直接的影响，是一种很有应用前景的技术手段，在国外被广泛的研究。作为初步的研究，我们通过以上试验可以得知： 在较低的温度（95采用炉外化学处理补给水循环水补给水循环水悬浮物(mg/L)总硬度(mge/L)PH 值溶 解 氧2067101250.770.18.5100.11悬浮物：悬浮物是指水中呈悬浮状态的物质，包括细菌、藻类、原生物、泥沙、粘土和其它不溶解的物质。一般城市供给的自来水中均不含有悬浮物。总硬度：指水中能形成水垢的两种主要盐类钙盐和镁盐的含量。现在国内常用硬度单位有以下三种：（1）.毫克当量/升(微毫克当量/升)：既每升水中含有多少毫克当量钙、镁离子。（2）.德国度（简称度）：每升水中含有的钙、镁离子相当于含有10mgCaO时的硬度，叫做1度。由于CaO的当量是28，所以1度= =0.357mge/L反之 1mge/L=2.804度（3）.百万分单位（ppm）：每一百万份重量的水中含有一份重量的CaCO3(或每升水中含有1mg CaCO3)时的硬度，叫做1ppm。由于CaCO3的当量是50.04，所以1ppm= 0.02mge/L1mge/L50ppm1度=0.35750=17.85ppm钙、镁的碳酸盐或重碳酸盐MgCO3、CaCO3、Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2形成的硬度叫做碳酸盐硬度。这些盐类在水煮沸后会形成沉淀，而大部分被消除，故也叫做暂时硬度，用H暂表示。钙、镁的其它盐类（CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、CaSiO4等）形成的硬度叫做非碳酸盐应度，这些盐类受热后不易分解，所以叫做永久硬度，用H永表示。形成硬度的物质，又可以分为钙硬（H钙）和镁硬（H镁）两种。因此，总硬度H0=H暂+H永= H钙+ H镁pH值：表示水中氢离子浓度，也即表示水的酸碱性。氢离子是由于碳酸离解的结果。H2CO3H+HCO3-一般在实际应用中，水的pH值的范围可划分为：pH=7为中性 pH7为碱性。含氧量：氧来源自大气中，也有土壤中有机物被微生物分解和地质化学过程产生的，它以1L水中溶有氧的毫克数来表示，使用单位为mg/L。三、热水采暖锅炉给水处理方法简介锅炉给水处理的方法有物理化学法、化学法、物理法等。水的电渗析处理是一种典型的物理化学水处理法，它是用电化学原理除去水中溶解盐的，电渗析水处理法用于高度除盐和纯水的制备上，因设备投资高，水量损失较大，目前在锅炉房水处理方面应用得不多。尤其是在采暖炉水上用得极少。化学软化法是指在软化水过程中发生化学反应生成新的物质，具体方式有炉内加药法和炉外软化法两种。炉内加药法既向炉内加某种化学药剂，改变沉渣的结构型式，防止或减少硬垢的生成。目前应用较广泛的方法是向炉内加入定量的磷酸三钠、纯碱和含有单宁的有机物质。向炉内加药虽有防垢、老垢脱落和防腐蚀等作用，但经过运行数年后发现，在系统的管网和散热器有堵塞结垢现象。另外炉内加药水处理，可以减轻水垢的形成，但不能完全防止锅炉结垢，仍须定期清理锅炉。 炉外软化法：目前应用最多的是离子交换法，该法用钠离子交换剂，当被处理的水流过装有交换剂的过滤器时，Ca2+和Mg2+离子被置换，并存留在交换剂中，使水得到软化。钠离子用NaR表示，其中R代表阳离子交换剂的复杂的阴离子团。用离自方程式表示为：Ca2+2NaRCaR2+2Na+Mg2+2NaRMgR2+2Na+由上述化学反应可见，钠离子既可除暂时硬度，又可除永久硬度。处理后水的硬度可降到0.010.03mge/L，获得可靠的软化效果，在热水采暖锅炉中得到广泛的采用。物理水处理：像高频水改器，永磁和电磁软水器，都属于水的物理处理方法。其优点是结构简单、体积小、容易检修、运行费用低等。在采暖热水锅炉上应用可以肯定的讲是有很好的防垢、除垢效果。但对不同结构的炉体和水流速以及水质等因素，只用磁水器，锅炉防垢不能得到彻底保证。四、软水器和电子水处理器联合处理采暖锅炉给水为了解决好采暖锅炉的水处理，采用软水器（阳离子交换法）和电子水处理器（水的物理处理法）两者结合的方式，来处理热水采暖锅炉的给水和循环水，通过运行获得了非常好的效果。利用软水器（钠离子交换剂）的可靠性和电子水处理器对热水采暖锅炉的适宜性，两者相辅相成达到采暖锅炉水处理的最佳效果。软水器满足不了较大系统的初期充水和大量跑水的情况，但电子水处理器可以弥补软水器的这个不足,并对锅炉起到防垢和避免发生系统的水力失调和热离失调的现象。系统初期充水和大量跑水时均使用电子水处理器。水中的盐类的溶解度是随温度的升高而降低，且水垢的主要成分是碳酸钙，当热水的温度不超过50时，水中的碳酸钙才有约40%从水中沉淀出来。就是说水温较低时，水中的盐类溶解度大，不易析出产生水垢。且电子水处理器还具有防垢、除垢的作用，这时的电子水处理器将发挥很好的除垢、防垢效果。如果采暖初期的补充水和大量补水是未经过电子水处理器处理的生水就很难除垢和防垢的效果，如果使用软水器和电子水处理器联合方式处理采暖锅炉的给水，起到彻底的防垢作用。一般的采暖系统初期充水和大量补水占总补水量的20%左右。联合方式处理热水采暖锅炉的供水，除可以节约再生剂的用量和运行费用外，最大的效益是可以彻底防止锅炉受热面结垢和消除系统因缺水发生的水力和热力失调的现象。热水采暖系统有两种形式，一种是靠供给热水和回水的密度差，使水在锅炉中循环，称之为自然循环；另一种是由锅炉直接制备热水，用循环水泵做机械动力把热水送到采暖用户，并在锅炉中进行循环，这种系统称之为强制循环系统。过去分散小型热水采暖系统，面积小、网路作用半径短，失调现象少，就是有失调也容易消除。联片集中供暖后的大型热水采暖系统，在运行热负荷已经确定的情况下，如何选取供回水计算温差、确定系统循环总水量，选用经济的网路直径是消除系统水力失调和热力失调，保证供暖的关键。一、系统总循环水量的计算G循=kQ需/tc3600=k0.86 Q需/tc kg/h式中：k管网漏损系数，一般k=1.05Q需供暖区内建筑物热指标和小区最大供暖面积相乘的热负荷，W；Q需=qFq建筑物的热指标F联片集中供暖面积c水的质量比热，c=4.187kJ/kg.t供暖系统总供回水温差 二、供回水温差t的选取热媒的温度定为95/70,(系指计算供水温度为95、回水温度为70)。计算供水温度95是根据热水供暖系统是带有开式膨胀水箱的系数。它处于大气压力（1绝对大气压）下，热水的汽化温度为99.1，再考虑一定的安全系数，故取95。在这个温度下，对计算回水温度进行经济分析，确定计算的回水温度为70。鉴于联片集中供暖后，循环水单位耗量比分散锅炉房系统大得多。用户系统形式不一。小区内采暖建筑物有远有近，为保证供暖，t的选定应根据以下几点，第一适合低温连续供暖并辅之以质调节的运行方式。第二提高网路和用户系统的水力稳定性，减轻系统初调节的工作量，保证系统正常运行和消除用户系统的竖向失调。当前，在热水供暖系统中，常用的集中调节方法有下列几种：质调节改变网路供水温度；量调节改变网路循环水量；分阶段改变流量的质调节；间歇调节改变每天供暖时数。由于量调节很麻烦、很费力，一个较大系统的调节对安装和管理来说常常是无能为力的，而且会引起用户系统的失调。所以它不是一种理想的集中调节方法，近几年来用的调节方法常采用质调节改变网路供水温度。最近先后设计的几个热水采暖系统均采用t=18计算循环水量和相应的水泵及管网。三、采暖管网其经济管径的计算当采暖系统热水量确定后，有两种计算管径的方法：第一是根据流速计算管径，到目前为止，我们设计管网系统时，不论管径大小，也不分运行小时数的多少，统统用12m/s的流速确定管径，并非科学的。第二是按给定的比压降（或称为单位管长的沿程压降Ry）计算管径。有的资料上说：“对于热水管网的干管和分支管，经济的单位管长沿程压降约为3060Pa/m。其中较小的数值用于直径为400500mm的管子，较大的数