高温污泥厌氧消化器的启动

第*’卷第’期’(年’月环!!境!!科!!学+,-./0,1+,23456.+,6+-7;B*’$,7B’=@CB$’(高温污泥厌氧消化器的启动吴静$赵鹏娟$田磊’$史琳’$施汉昌$姜艳‘清华大学环境科学与工程系$环境模拟与污染控制国家重点实验室$北京!(((&E’’‘清华大学热能工程系$北京!(((&E#摘要!污泥厌氧消化是最常用的污泥减量化和稳定化技术$高温消化污泥稳定快$但我国缺乏启动和运行经验$故进行了高温厌氧消化器处理剩余活性污泥的中试启动试验B所采用的消化器为内循环消化器$它属于升流式反应器$依赖回流沼气控制反应器的水力状况B启动采用了分步适应的策略$促进厌氧细菌适应温度(反应器构型和处理对象的变化B主要措施有!启动初期以容易降解的葡萄糖促进厌氧细菌的稳定和繁殖$有机负荷以60W计#为’‘EIUPF*.?#’促进内循环形成’控制反应器O\变化’逐渐增加加入的剩余污泥量并及时启动热水解槽促进污泥水解B第%*?启动完成时$有机负荷以-55计#为‘%(IUPF*.?#$-55的平均产气率为(‘)4PU$即每F*污泥#%h含水率#产)‘*F*沼气$-55和55去除率分别为%(‘&h和E)‘&h$表明启动策略和措施有效B关键词!内循环消化器’高温厌氧消化’剩余活性污泥’升流式反应器’启动中图分类号!_$()!文献标识码!3!文章编号!(’)(D**(’(#(’D()’(D(E收稿日期#’((D(’D’%’修订日期#’((D(%D(’基金项目#)十一五*国家科技支撑计划项目’((%T36(’3((#’国家水体污染控制与治理科技重大专项’((&[_($**D((’#’霍英东基金项目E(’(#作者简介#吴静#$Ej#$女$博士$副研究员$主要研究方向为厌氧生物技术和水质预警$+DFGA;!QmHA8UKFGA;B9NA8U:GB@?BM8)F&).;$+1FD0%&6+$0’4’7(F%&+3’74#*9%5’9%,)%&bX]A8U$[\30V@8UDHG8$2.3,4@A’$5\.4A8’$5\.\G8DM:G8U$].3,ZYG8‘59G9@^@]7A894GC7LG97L7R+8SAL78F@895AF;G9A78G8?V7;;9A786789L7;$W@OGL9F@897R+8SAL78F@89G;5MA@8M@G8?+8UA8@@LA8U$2NA8U:GX8AS@LNA9$T@AHA8U(((&E$6:A8G’’‘W@OGL9F@897R2:@LFG;+8UA8@@LA8U$2NA8U:GX8AS@LNA9$T@AHA8U(((&E$6:A8G#3,)&F7)!38G@L7CAM?AU@N9A78AN78@7R9:@F7N9QA?@;DN@?9@M:87;7UA@N7R9:@N;?U@L@?M9A78G8?N9GCA;AcG9A78$A8Q:AM:9:@LF7O:A;AM?AU@N9A78:GNG?SG89GU@7RRGN9N9GCA;AcG9A78BT9A9AN;GMI7R7O@LG9A78@JO@LA@8M@A86:A8GB2:NN9GL9DO7RG9:@LF7O:A;AMG8G@L7CAMN;?U@?AU@N9@L9L@G9A8U@JM@NNGM9ASG9@?N;?U@QGNA8S@N9AUG9@?B2:@?AU@N9@LQGNG8A89@L8G;MALM;G9A78G8G@L7CAMN;?U@?AU@N9@LB.9C@;78UN97OR;7QL@GM97LG8?A9N:?L7?8GFAMM78?A9A78NMG8C@M789L7;;@?CCGMIR;7QCA7UGNB3F;9AN9@ON9LG9@UQGNGOO;A@?979:@N9GL9DO97@8:G8M@G8G@L7CAMCGM9@LAG97G?GO99:@M:G8U@N7R9@FO@LG9L@$L@GM97LG8?9L@G9@?N;?U@$A8M;?A8U!97R@@?9:@?AU@N9@LQA9:@GNA;D?@ULG?@?U;M7N@97@8:G8M@CGM9@LAGL@OL7?M@G99:@RALN9C@UA88A8UQA9:60W7LUG8AM;7G?A8U7R’‘EIUPF*.?#’97GMM@;@LG9@9:@A89@L8G;MALM;G9A78’97M789L7;O\QA9:A8G7O9AFG;LG8U@’97ULG?G;;A8ML@GN@@JM@NNN;?U@R;7QLG9@GNQ@;;GN97A8A9AG9@O?L7:?L7;NAN97@8:G8M@:?L7;NANB2:@N9GL9DO977I%*?GNG8?Q:@8A9RA8AN:@?$9:@-557LUG8AM;7G?A8UL@GM:@?‘%(IUPF*.?#$9:@GS@LGU@-55CA7UGNLG9@QGN(‘)4PU$AB@B)‘*F*PF*N;?U@#%hQG9@LM789@89#$-55G8?55L@F7SG;NQ@L@%(‘&hG8?E)‘&hB2:ANN:7QN9:G99:@N9LG9@UANSG;A?BA%GI+&*,!A89@L8G;MALM;G9A78G8G@L7CAMN;?U@?AU@N9@L’9:@LF7O:A;;AMG8G@L7CAM?AU@N9A78’@JM@NNGM9ASG9@?N;?U@’OR;7QL@GM97L’N9GL9DO!!污水厂的污泥处理与处置属于国际关注的二次环境问题B一般污泥产量为所处理污水量的hj*h+,$随着大量污水处理厂兴建并投入运行$目前我国产生污泥干重#大约*(万9PG$而且以每年l(h增长率快速增加+’,B据预测$’((年我国城市污水排放量将达到EE(s(&F*P?$’(’(年将达到)*%s(&F*P?+*,B实际上$我国仅有不到(h的污水厂建有污泥稳定设施$而且还有一部分不能正常运行甚至停运+E,$因此我国的污泥问题已经十分突出B污泥厌氧消化是最常使用的污泥减量化和稳定化技术$通常采用*)r左右的中温消化B与中温消化相比$高温消化))r左右#微生物生长速率较高$微生物的种间氢转移速率较快$故反应速率较大+),B高温消化可以在较短的水力停留时间:?LG;AML@9@89A789AF@$\/2#内$获得较好脱水性能+%j&,(致病微生物少的消化后污泥+)$#$(,$因此具有明显优点B其不足之处在于能耗较高$所以仅在北欧和美国使用B污水源热泵可以从出水中回收能源+$’,$解决了能耗问题$使得污泥可以进行高温消化B我国还常见污水厂与电厂相邻而建的情况$废’期吴静等!高温污泥厌氧消化器的启动烟气也可以提供廉价能量B但由于应用少$高温消化启动和运行的经验也比较少+*$E,BJK材料与方法JLJ!试验流程试验地点在江苏某污水处理厂B污泥打入贮泥池$经过热水解槽后打入钢制的内循环污泥消化器内进行高温厌氧消化))r#$消化后污泥可由反应器上部或者下部排出$流程如图所示B内循环消化器是课题组在处理废水的内循环厌氧反应器+),的基础上根据污泥消化特点研发出的新型污泥消化器$靠回流沼气来控制反应器的水力混合状况B本试验的内循环消化器的有效容积为’(4$\/2为)‘)?B由于没有合适的小型沼气泵$所以采用压缩氮气来替代回流沼气B热水解可以加速污泥的细胞溶解$从而促进后续的厌氧消化$同时也是为了减少进泥对消化器内温度的冲击(实现稳定运行而设置的B通常热水解的温度采用’(j’$)r+%j#,$但能耗较高B据报道$与没有热水解以及&(r和((r的热水解相比$%(r的水解能提高甲烷产率+’($’,$且能耗较低$所以热水解槽的温度采用%(r$其\/2为?B消化器和水解槽的温度由温控仪控制B图JK工艺流程示意=AUB!+JO@LAF@89G;N@9DOJLN!种泥和消化原泥试验接种污泥取自无锡卢村污水厂的中温污泥消化器$接种污泥浓度以55计#为(‘EUP4$挥发性悬浮物质S7;G9A;@NNO@8?@?N7;A?N$-55#为*‘)EUP4$-55P55为(‘*EB消化原泥来自所在污水厂3P3P0系统的剩余活性污泥$含水率在##h左右$-55P55为(‘E)j(‘$)$5-*(为(‘)(j(‘#&B该厂没有初沉污泥BJLM!其他检测方法60W的测量采用Y4D3型60W速测仪测定B-55(55(碱度等的测量采用文献+’’,中的方法B沼气和氮气混合的气量采用湿式流量计计量$氮气气量采用转子流量计测量B由于氮气流量稳定$所以沼气量为两流量计测得的单位时间气量的差BNK结果与分析消化器启动用了%*?$启动过程如图’所示B图NK反应器启动=AUB’!59GL9DO7R?AU@N9@L在启动之初$每天间歇加入葡萄糖来帮助厌氧细菌适应反应器$有机负荷60W计#为’‘EIUPF*.?#$同时打入氮气来促使内循环形成$最初液相上升流速为(‘&FP:左右$然后有所降低$最后保持在液相上升流速(‘)FP:左右B当天检测到有沼气产生$之后待产气速率稳定到一定强度后$第’?以后$开始投加少量新鲜剩余污泥$并逐步提高投入量B第)?后$只加入剩余污泥进行消化$进泥量稳定在E(4P?B由于污泥黏度比较大$产生的沼气不足以维持足够的液相上升流速$所以需要回流沼气来保持流速B试验中一直以压缩氮气来模拟回流沼气B’)环!!境!!科!!学*’卷消化器在冬季启动$接种完成后$反应器的温度不足’(rB按‘rP:的速率进行升温$第’?达到))rB而后由于加热装置故障$不能提供热量$在第)?$温度降低至%‘&r$然后上升到E#r左右B经过调试$第%*?后温度稳定在))r左右$至此启动结束B预处理是在第*?启动的$第EE?后大多稳定运行在%(rB在启动期的最后’周$消化器的平均有机负荷以-55计#为‘%(IUPF*.?#$平均产气率为$‘%$4P:$即每F*污泥#%h含水率#产生)‘*F*沼气$-55和55的去除率分别为%(‘&h和E)‘&hBMK讨论此次高温污泥消化器的启动耗时%*?B在处理的污泥平均-55P55为(‘%*的情况下$产气率达到每F*污泥#%h含水率#产生)‘*F*沼气$-55和55的去除率分别达到%(‘&h和E)‘&hB我国生产性污泥消化池的平均沼气产率为每F*污泥#%h含水率#产生$‘)F*沼气$最高达到每F*污泥#%h含水率#产沼气EF*+E,$表明本中试已经达到了较高的产气水平B此次启动采取了分步适应的策略B种泥来自卢村污水厂$它的主要来水为生活污水$卢村污水厂采用了完全混合式的柱型厌氧消化池进行中温发酵B而中试所在的污水厂的来水除生活污水之外还有包含印染废水在内的大量工业废水$因此种泥接入中试反应器后$还需要适应温度变化(反应器构型变化和处理对象的变化B分步适应分’步$第一步主要帮助污泥适应温度和反应器构型的变化B主要措施是!!以容易降解的葡萄糖促进厌氧细菌的稳定和繁殖B种泥的!!!-55P55只有(‘*E$厌氧菌的浓度低$再加上从中温升到高温以后$厌氧菌的主要种群会由中温菌为主变成高温菌为主$葡萄糖的引入可以帮助实现高温厌氧菌的快速增殖B压缩氮气促使内循环形成$获得了(‘&FP:左右的液相上升流速$这对于改善传质$促进厌氧菌增殖很有帮助B图*显示这一措施确实使得在启动初期微生物量显著增加$且到第*?$反应器中(底部污泥的-55P55已经升高到(‘*#B#密切注意反应器O\的变化$及时补充,G\60*$以保证消化器O\值在厌氧产甲烷菌适宜的$j&范围BO\是中高温交替运行时的关键控制参数+’*,B启动完成后$消化器的O\稳定在$‘)左右$不再需要补充碱B图MK消化器中污泥浓度=AUB*!5;?U@M78M@89LG9A78A89:@?AU@N9@L启动的第二步采取’种方法$帮助污泥顺利适应处理对象的变化!!逐渐增加加入的剩余污泥量’及时启动热水解槽促进污泥水解B图E表明$热水解启动后$溶解性有机物浓度和碱度显著上升B由于这些物质只能来源于细胞