上海市城市排水有限公司
摘要：目前，上海市已建城镇污水厂共53座，日均污泥产量约4000吨（80%含水率），其中中心城区的污泥量占全市污泥总量的三分之二。根据国家最新发布的水污染防治行动计划（水十条）和上海市环境保护和生态建设“十三五”规划，要求污泥处理处置实现减量化、稳定化、无害化和资源化，2020年底前的污泥无害化处理处置率将达90%以上。厌氧消化是一种低能耗、资源化的污泥处理技术，处理过程能耗较低，能回收沼气能源，可减少温室气体排放，电化学预处理工艺更能促进厌氧消化性能的提高。
关键词：污泥处理，厌氧消化，电化学
背景
上海2011年建成并开始运行白龙港厌氧消化处理工程，对白龙港污水处理厂每天200万吨污水处理中产生的污泥进行浓缩、消化、脱水，规模204tDS/d。经过几年的运行与优化，基本上达到了既定目标。但依旧存在一些问题，如初沉污泥中渣砂含量高，浓缩污泥进入厌氧消化池后，这些杂质一部分沉积在消化池底部或与机械发生产缠绕，或漂浮在消化池表面，严重影响气体的顺利排除；同时，现有工艺消化速率低、产气量较少；厌氧后污泥脱水过程中由于需要加入较多无机调理剂，导致脱水后总固体物质依旧较高等问题。如何通过开发新工艺、新设备，研究新的污泥调理药剂，以解决上述污泥厌氧消化过程中的瓶颈问题，保证设施设备的稳定高效运行，对作为肩负着上海巨大减排任务的白龙港污水处理厂污泥厌氧消化处理工程的实际运行，具有重要现实指导意义。
一、污泥厌氧消化影响因素
污泥厌氧消化工艺是在厌氧消化理论研究和应用基础上不断发展起来的。影响污泥厌氧消化的因素有很多，其中温度、污泥浓度、污泥种类、酸碱度、营养物和微量元素、有毒物质、污泥接种、搅拌与混合、预处理和生物污泥停留时间等是最主要的影响因素。其中有效的污泥预处理可提高水解反应效果，加快消化反应的同时，最大限度提高甲烷产量和污泥的降解程度。
二、污泥电化学预处理
污泥稳定是污泥处理处置的重要环节，将电化学方法应用于污泥的稳定化处理，与传统的厌氧消化相比，具有收效好、处理时间短、设备简易等特点，是一项新型的已经取得自主知识产权的污泥处理技术。其中，污泥电化学预处理中不同电化学处理工艺参数条件下以何种活性氧化物质占据主导、添加何种无害药剂能大幅提高强化污泥预处理效果、电化学预处理与后续厌氧消化处理的最佳耦联方式等关键技术的解决，是本文主要研究内容。
1、关键技术
电化学预处理技术体系中，探明污泥中何种组分会对预处理过程中产生的活性氧化物的氧化作用带来影响，明晰污泥预处理到何种程度及预处理前后污泥以何者比例对整个体系的处理效果、能量输入输出平衡存在怎样的影响等，对电化学预处理机理及实用技术开发十分关键。另外在污泥厌氧消化体系下，探明污泥消化过程中的游离氨、各种挥发性脂肪酸等浓度变化规律，明晰腐殖酸、硝酸盐、高铁盐等组合药剂对这些物质浓度变化的影响，解析电化学预处理与组合药剂合适的耦联方式及相关的作用机理，对该技术的完善十分重要。
2、污泥电化学预处理最佳工艺参数的确定
采用二维电极形式，阳极和阴极均使用RuO2/Ti网状电极板，根据电解过程中污泥SCOD的变化情况，考察了极板间距、电解时间、电解电压、污泥初始pH和污泥初始浓度对污泥性质的影响情况，确定了最佳电化学预处理工艺参数条件。
在极板间距为2 cm、电解时间30 min、污泥浓度为30 g/L,未调节污泥初始pH的条件下，考察了点解电压对污泥SCOD含量的影响情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着电解电压的升高，污泥上清液COD含量也逐渐升高，并且升高趋势逐渐变缓。电解电压过高时，很大一部分电能转化成了热能而造成能量的损失。因此后续试验中电解电压选为20 V。污泥SCOD值随着电解时间的延长而升高，电解时间30 min作为后续研究的最佳电解时间。随着极板间距的变大，污泥SCOD值逐渐减小。结合能耗因素，选取2 cm作为最佳极板间距。酸或碱本身对污泥就有溶胞作用。并且过高的Cl-或Na+浓度对后续的厌氧消化也会产生抑制作用。因此，在后续的研究中选取不调节pH作为污泥的初始pH值。随着污泥含固率增加，电解后SCOD值也升高，然而过低的污泥浓度将使得处理效率降低，处理设备的占地面积过大，同时污泥厌氧消化含固率为30 g/L时效果较好，因此选取30 g/L作为最佳污泥含固率。
3、污泥电化学预处理作用机理分析
在最佳工艺参数条件下进行污泥的电化学预处理，对处理前后污泥上清液性质进行分析。电化学预处理后污泥上清液SCOD、总氮、总磷和氨氮等指标均有一定程度的上升，液相中有机物、氮、磷等物质含量上升，可以认为电化学预处理改变了污泥中微生物细胞膜的通透性，或者使污泥细胞发生一定程度的破解，从而使污泥固相中的有机物溶出而进入溶液。另外，电化学预处理对污泥的有机物有一定程度的去除作用，VSS去除率为7.87%。通过污泥扫描电镜分析，电化学预处理可以起到分解微生物细胞、释放和溶解胞内物质的作用，使有机物由固相进入液相，成为比较容易被厌氧微生物所利用的形态。比较电化学处理前后污泥固相的红外光谱图，可以发现，经电化学处理后，以上主要物质的特征基团吸收峰有明显的减弱，说明原泥中的部分有机物质在电化学处理过程中被降解，或有一些由污泥固相进入污泥上清液中。经电化学预处理后污泥固相中的部分烷烃类和羧酸类小分子有机物进入液相中，使污泥上清液中的有机物种类及含量升高。
4、电化学预处理工程示范研究
实验污泥取自上海市青浦第一污水厂的脱水污泥。在将污泥进行处理之前，使用二沉池的污泥上清液对其进行稀释，使其符合实验要求。将脱水污泥输送至污泥稀释罐中，用污泥上清液混合使其浓度达96%左右，再将稀释后污泥泵入电化学处理反应器中（1.5m3），经电化学反应器中含12块Ti/RuO2网状电极，极板间距在4cm。电化学处理的最佳工艺参数条件如下：处理时间为45min，电解电压为200V，电流为25A，污泥起始浓度约为40g/L。电解过程中次氯酸钠的浓度为0.4%（V/V）。两个圆柱体厌氧消化反应器的有效容积为15m3。一个装的为未经过处理的污泥，作为对照组。另一个装的为经过预处理和未经过预处理的混合污泥，混合比例为3：7。每个厌氧消化罐的直径为105 cm，高为430 cm，外面包有保温层。反应温度通过水浴加热，使之维持在35±2℃。水力搅拌为5 min/h。每个反应器都装有温度仪、ORP和pH在线监测系统。产生的沼气通过反应器顶部的气体流量计进行测定及高空排放。
5、主要结论
电化学预处理有助于提高污泥厌氧消化产甲烷性能的提高，经过20d的消化后，污泥产气量提高了1.83倍，产甲烷量提高了1.88倍，可提前9d达到稳定要求。该设备厌氧消化运行一个批次后，收益共计1917.6元，比不经电化学预处理多885.6元。
三、结束语
污泥厌氧消化是一种符合减量化、资源化的污泥处理技术，通过完善电化学预处理方法，可有效提高其处理效率，也具有良好的经济效益，可使得污泥在日常生活领域为人类做出更大的贡献。
参考文献：
[1]张辰 王国华 谭学军.城镇污水厂污泥厌氧消化工程设计与建设 化学工业出版社 2014.11
[2]罗宿星等.电化学方法在污泥处理中的应用 遵义师范学院学报 第15卷 第4期 2013.8
[3]李琳.污泥厌氧消化技术发展应用现状及趋势 中国环保产业 2013.8
[4]Fdz-Polanco F. Ultrasound pre-treatment for anaerobic digestion improvement.2009.6
论文作者:曹燕东
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/11
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