剩余污泥细胞破壁技术初探.doc

剩余污泥细胞破壁技术初探
王芬王暄杨海松张书廷（天津大学环境科学与工程学院）
摘要：本文采用加碱、加热、加热联合加碱3种预处理方式，对剩余活性污泥进行细胞破壁的研究，以探讨加快污泥消化速率，提高沼气产率的新途径。结果表明，pH=12时的碱解处理效果显著，反应4hr后，污泥的SCOD／TCOD值可达30％；60℃下热解2hr后，SCOD/TCOD值可达25％；加热联合加碱破壁处理8hr的结果表明，60℃下，pH=11时，2hr后，SCOD／TCOD值可达29％。加热联合加碱方法，不仅可以加大水解程度，还可以加快污泥的破壁，内含物的流出。关键词：污泥处理；细胞破壁；反应
1引言
城市污水生物处理厂剩余污泥的处理与处置是一个较为棘手的问题。其处理费用占到污水处理厂总运行费用的25％～40％，甚至高达60％[1]；通常采用的污泥中温厌氧消化工艺，存在着反应速度慢，污泥在池内的停留时间过长，池体体积庞大，操作管理复杂，产气中甲烷含量低等缺点。污泥厌氧消化过程中，污泥水解是限速步骤[2]。采用一定的预处理方式，可以使细胞壁破裂，细胞内含物溶出，加速污泥的水解过程。从而达到缩短消化时间，减少消化池容积，提高甲烷产量的目的。例如，国外的研究表明，使用超声波（3.6KW,31KHz,64sec）预处理污泥，污泥中溶解性化学需氧量（SCOD）由630mg／L上升到2270mg／L，而且可以使污泥消化的停留时间缩短到8天[3]；采用碱（40meq／L）与超声波（120W,20KHz,14.4sec／ml）结合的方法进行预处理可以污泥中78%的总化学需氧量（TCOD）溶出[4]；用搅拌球磨机及高压均化器的机械处理方式可以使污泥中TCOD溶出90%，同时使厌氧消化的停留时间减少到6天[5]；采用高压灭菌器（120℃，1bar）处理污泥45min,可以使35±7%的TCOD溶出[6]。目前，国内关于污泥细胞破壁技术的研究较少。本文采用加碱、加热、加热联合加碱3种方式，初步探讨了剩余污泥破壁的技术方法。
2实验方法
2.1污泥来源本实验所采用的污泥取自一容积为40L的SBR反应器，种泥取自天津市纪庄子污水处理厂。SBR反应器内的污泥停留时间为20d。每天运行3个周期，处理人工模拟废水，主要基质为葡萄糖，进水COD浓度为500mg／L。按照BOD:N:P为100:5:1的比例，投加葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾作为碳、氮、磷源。反应器内MLSS为4000～5000mg／L。取反应器内每一个运行周期末的污泥，经重力沉降，使污泥浓缩至原体积的一半时，弃去上清液，用浓缩污泥（含水率为99%左右）进行破壁实验。2.2实验装置及方法加碱的实验装置如图1所示，加热及加热联合加碱的实验装置如图2所示。

2.2.1加碱破壁的实验方法在室温条件下（25±3℃），取浓缩后的污泥5ml，稀释10倍后，测定TCOD。同时，取适量浓缩后的污泥，用滤纸过滤，测定滤液的COD，该值即污泥处理前的SCOD值。向1000ml的广口瓶内加入500ml浓缩后的污泥，根据实验要求的pH值加入一定量的0.001M～1M的NaOH溶液。用磁力搅拌器搅拌均匀之后，开始计时，静置反应12hr，每隔3hr，用磁力搅拌器搅拌均匀后，取一次泥样，用滤纸过滤后，滤液放置在4℃冰箱内以备测量。2.2.2加热破壁的实验方法处理前污泥的TCOD及SCOD的测量方法同上。污泥样的pH值约为6～7。向1000ml的广口瓶内加入500ml浓缩后的污泥，将广口瓶置于水浴锅内。根据实验要求，调节温度，使瓶内污泥温度升高到热解温度。自温度升到实验要求温度开始计时，反应8h，每隔1～2h，用磁力搅拌器搅拌均匀后，取一次泥样，用滤纸过滤后，滤液放置在4℃冰箱内以备测量。2.2.3加热联合加碱破壁的实验方法处理前污泥的TCOD及SCOD的测量方法同上。向1000ml的广口瓶内加入500ml浓缩后的污泥，根据实验要求的pH值加入0.001M～1M的NaOH溶液。将广口瓶置于水浴锅内。根据实验要求，调节温度使瓶内污泥温度升高到热解温度。自温度升到实验要求温度开始计时，反应8h，每隔1～2h，用磁力搅拌器搅拌均匀后，取一次泥样，用滤纸过滤后，滤液放置在4℃冰箱内以备测量。2.3分析项目及方法2.3.1污泥浓度（MLSS）、总固体（TS）、挥发性固体物（VS）参照《水和废水的水质分析监测方法》一书中有关的分析方法进行测定。2.3.2化学需氧量（COD）溶解性化学需氧量（SCOD）为经过滤纸过滤后滤液的COD值。总化学需氧量（TCOD）为被处理污泥混合液的COD值，COD测定为重铬酸钾法。测定方法为密封微量比色法[7]。COD仪采用HACHDR－2000型。
3实验结果与讨论
3.1碱解破壁的实验结果本实验进行了pH值为8、9、10、11、12的碱