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废活化污物的组合预处理的效果厌氧消化工艺

组合预处理对剩余污泥厌氧消化工艺的影响

摘要: 碱性和低温热预处理已用于剩余活化污泥(WAS)分别的厌氧消化。这两种方法的不同组合,研究生物化学甲烷势(BMP)的试验来评估的预处理WAS厌氧消化。在研究中,通过合并预处理和BMP试验得到最佳反应条件。该组合是碱化24小时后,把0.05 g NaOH/ g TS 9小时70℃条件下去除的SS达到21%,可溶性化学需氧量(SCOD)超过对照组200倍的比率可溶性糖/总碳水化合物可以达到72.8%。对于BMP测试,这是沼气生产比控制和沼气生产的甲烷含量的平均值的近6倍,获得64%。因此,结合(碱性+低温热)预处理对溶解和沼气生产是有效率的。

关键词:厌氧消化;预处理;碱性;低温热预处理;BMP

1.引言

在污水处理厂的大量增加,污水污泥生产量(污水处理厂)成为快速,健康发展城市的一个严重和紧迫的问题[1]。前处理的污水污泥,它必须充分地稳定化,以减少其有机物含量,气味问题和致病菌污染。 Neyens报告了污泥处理和处置已经在2004年占废水纯化的总处理成本高达50%[2]。厌氧消化是污泥稳定无害化和资源化,实现污泥减量常见的方法。与其它方法相比,它的优点是所需的能量较少,更好的稳定化的产物和气体可用[3]。厌氧消化有三个基本步骤:水解,酸化和甲烷[4]。然而,它有局限性的保留时间长和有机物整体降解效率低。所有这些限制与第一步骤:水解相关。因为在污水污泥中大部分有机物是在细胞中的,细胞膜微生物是一种半刚性的结构,以保护细胞渗透裂解。因此,在许多文献中预处理方法已经提出了用于克服的限制增强的消化速度。用预处理过程,不但水解加速增加溶解成分,而且改善的生物降解性,以及污泥脱水和减少病原体和发泡也可以实现[5]。预处理方法已被证明对厌氧消化有积极的影响,

包括物理(热,机械,超声波,微波),化学(碱性,臭氧氧化),和生物水解(酶法)或组合任何两种这些方法(碱性+热,碱性+微波,碱性+超声波)。碱性预处理是一个常用主题的调查;它具有装置简单的优点,操作方便,效率高[6]。氢氧化物在相对低的剂量水平钠是有效在环境温度下的崩解城市剩余活化污泥(WAS)[2]。热解包括高温热预处理( > 100℃)和低温热预处理( < 100℃)。大多数报纸报道了高温热预处理。结果表明更有效的处理方法是,在较高的温度下。然而,当温度高于180℃,它将导致产生顽抗可溶有机物或毒性/抑制性中间体,因而降低了生物降解性[7]。它有两个显著的缺点,我们不能忽视的是高能源需求和高品质的设备需要。这在很大程度上降低了整体流程盈利能力。低温热预处理可以克服这些缺点,并且它一直指出作为一种有效的治理改善的生物降解性和增加沼气生产。一些作者的结论是,将污泥溶解在约70℃的温度提高因为一些嗜热细菌种群与最佳活性的生物活性的温度的高温范围的高值[8]。在大多数报道,碱处理和热预处理是独立的研究预处理厌氧消化。由于低温热预处理和碱处理基于污泥溶解的机制不同,这两种方法的组合是指这两种方法的优点可以实现和可以达到更好的治疗效率。在这项工作中的目的是为了找到这两种方法用于增加的更适合的组合中的污水处理厂WAS厌氧消化。

2.材料与方法

2.1污泥采样和特性

剩余活化污泥样品从中国,西安第四污水处理厂二沉池得到这是

使用的A2/ O工艺。为了增加总固体样品,在原污泥经浓缩处理,预处理和测试前4℃保存在实验室。生污泥的污水处理厂,从特点和使用的集中基板作为控制污泥实验示于表1。

2.2综合碱性+低温热预处理

一些作者的结论是,将污泥溶解在约70℃的温度提高,所以第一热处理开始与70℃。第一预处理步骤碱化在不同剂量的NaOH为24小时(A24h),然后在70℃热预处理2小时(A24h+ T2H)和9小时(A24h+T9h)。在浓缩后,将基板分成第一到第六,六个部分。这六个部分是通过加入不同剂量的(0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25 g NaOH/ g TS)氢氧化钠(NaOH)溶解,分别把它们放在在环境温度下24小时,然后将碱化污泥恒温水浴70小时和9小时的。

表1.原料和控制污泥特性

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2.3生化甲烷势(BMP)检测

BMP进行试验,来评估厌氧消化的效率,并评价沼气生产[9,10]。控制(未处理)和碱性+低温热预处理通过批次摇动嗜热(35±1℃)的BMP测试在确定用丁基橡胶瓶塞密封血清瓶120ml样品的厌氧降解性(50毫升污泥预处理+50毫升接种),包括空白,重复和控制,每天的取下产生的沼气,直到有没有沼气产生。预处理条件(氢氧化钠

剂量,热保温时间)对被确定前实验在本文所述组合预处理,热温度变化对50,60,70,80,90,用于检测的厌氧消化的效率,并找出该综合预处理的最佳温度。

2.4分析方法

分析预处理基底和厌氧消化流出物(BMP)的参数:pH值,TS,VS,SS,VSS总化学需氧量(TCOD),可溶性化学需氧量需求(SCOD),挥发性脂肪酸(VFA),此外,预处理基板仍测得的总碳水化合物,水溶性糖,总蛋白,可溶性蛋白,氨氮(NH4+-N)pH值,TS,VS,SS,VSS,COD,蛋白质,氨氮, NH4+ -N测定标准方法介绍如下步骤[11]。碳水化合物是由苯酚-H2SO4方法测定,以及蛋白通过Lowry法测量。气体组成用气相色谱仪对TCD(3420A,BEIFEN 公司,中国)。 VFA 用带有FID的气相色谱(3420A,BEIFEN公司,中国)测定。样本用于SCOD的测定,可溶性蛋白质,可溶性碳水化合物,VFA,P和NH4+ -N 是通过0.45微米的膜过滤器制备通过10000转/分钟进行10分钟离心以,并过滤。

3.结果与讨论

3.1预处理序列对WAS分解

组合碱性+污泥的低温热预处理进行改善处理效率。预处理条件变化在不同剂量的NaOH和不同温度。污泥的预处理的预期效果是增加了水溶性物质,具有兴趣集中在SCOD增溶,可溶性碳水化合物和蛋白质的释放,VFA和沼气的产生,从而提高水解,以提高污泥的厌氧消化。表2给出了碱性+70℃热处理的污泥的组分的浓度。

表2.参数碱性+70热处理的污泥中的有机组分。

废活化污物的组合预处理的效果厌氧消化工艺

SS减少是污泥稳定的指示,并且它被用于评估的有效性过程中稳定污泥可能被视为预消化步骤[11]的阈值。表2显示了在预处理的SS减少。加入0.05 g NaOH/ g TS(A24h+ T9h)还原的SS达到21%,它类似于R. Uma Rani (2012)的结果[10]。SCOD计算被认为是污泥颗粒物评估的主要参数,它使污泥溶解的最大电平的评估。 A的COD 增溶和A + T的预处理,在70℃表2中给出的碱化的SCOD 24小时

随着NaOH剂量的增加,但氢氧化钠的低剂量(0.05,0.15 g NaOH/ g TS)不会正常工作,这是类似的碳水化合物和蛋白质的溶解。但A24h+ T9h的SCOD趋势不同的是,SCOD值减少为氢氧化钠剂量超逾0.05 g NaOH/ g TS。因为增加氢氧化钠的剂量和长期预热时间导致的顽固可溶性有机物或有毒/抑制中间体生产。增加SCOD A24h+ T9h被确定为能够容易地使用该物质厌氧消化过程中产生甲烷[12].The SCOD达到最高值65190 mg/L 0.05 g NaOH/ g TS,它是的污泥处理A24h+ T2H (4870 mg/L)近16倍和更多的超过200次的控制污泥(289 mg/L)。可溶性碳水化合物和蛋白质也可以表示溶解的有关的效率预处理。与别人比较,把0.05 g NaOH/ g TS(A24h+ T9h)可以得到最大可溶性碳水化合物(17917 mg/L)和可溶性碳水化合物/总比率的浓度碳水化合物可以达到72.8%。因此,0.05 g NaOH/ g TS(A24h+ T9h)对处碳水化合物的释放有显著好。细胞裂解释放蛋白质含量到培养基是絮状的第一阶段解体。蛋白质是生物体的主要成分,并且它们含有碳,这是acommon有机物以及氢,氧和氮[13]。在处理后,最大值可以达到11495 mg/L,它超过控制污泥(125.5 mg /L)的90倍。也就是说,氢氧化钠剂量增加是影响了蛋白释放的主要因素。从上述所有,我们知道,碱处理结合热预处理可以更易的溶解有机材料。此外,从表2中,我们发现,热预处理和低剂量的NaOH比高剂量的NaOH更有效。

3.2 MP检测

对于评估A + T预处理厌氧消化效率和评估沼气生产,BMP检验。

样品污泥通过把0.05 g NaOH/g TS处理(+ A24h T9h)在不同的温度(50,60,70,80,90)中,氢氧化钠的剂量和这项工作的综合热预处理(A+ T),获得处理的保持时间。沼气生产和TCOD的减少,VSS 可以说明厌氧生物的效率退化。 SCOD,VFA,可溶性糖和蛋白质可以很容易地用于生产甲烷厌氧消化过程中[14]。

图1所示为累计产气量BMP测试。每天的沼气生产增加很快在前3天,然后4天迅速下降,10天后的每日沼气生产趋向于平保持在低量。Ray指出,处理前用氢氧化钠增加天然气生产29%-112%以上控制污泥[15]。累积沼气产量的消化为期30天的末尾是近45毫升为对照样品,并在70℃(A24h+ T9h)它围绕329毫升,比对照污泥获得高近630%,沼气产量比未经处理的污泥更高的效率。沼气生产的甲烷含量平均值为64%。图2显示了有关BMP测试VSS的数据。 VSS 含有机物的95%。该减少的VSS可以指示有机物的去除。同样,它得到VSS的最大值减少(27.1%),在70℃(A24h + T9h),这类似于Rani的结果[9]。

废活化污物的组合预处理的效果厌氧消化工艺

1.累计产气量BMP测试

废活化污物的组合预处理的效果厌氧消化工艺

2. VSS BMP测试。

4.结论

这项研究的结果表明,在碱性+低温热预处理具有潜在损坏剩余污泥结构和细胞膜并可能将细胞内的化合物具有高溶解性的释放到细胞外。BMP测试,这也增加了的生物利用度高温下浪费活性污泥成分。在70℃的条件下,把0.05 g NaOH/ g TS与9小时热保温时间,减少SS达到21%,SCOD值近16倍污泥处理A24h+ T2H和超过200倍对照组。对于BMP检测,这比原污泥近获得更高的沼气生产83%,得到了27.1%VSS降低。因此,增溶和厌氧消化用于碱性+低温的处理是令人满意的。

致谢

这项工作是由中国陕西省科学技术厅支持

(2011KTZB-03年3月3日),陕西省,中国自然科学基金(2012JQ7021),陕西教育项目,中国(12JS050)。

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