污泥上清液的有机物浓度及其生物降解性.pdf
可编辑修改污泥上清液的有机物浓度及其生物降解性污泥上清液的有机物浓度及其生物降解性甲一污泥上清液的有机物浓度及其生物降解性胡允良-._._一(I-海工程成套总公司)X摘要活性污泥法是目前广泛应用于城市生活污水处理的一种有效方法.在进行城市生活污水的生物处理中 ,套产生一定量的生物污泥 .在跟缩和处理剩余污泥时,所产生的含高浓度有机物的污泥上清液被回流到污水处理系统不适当的回流会增加水处理系统的处理负荷井严重影响污水处理厂出水的水质 .实验证明:在污泥浓缩中,污泥上清液中有机物含量(用 CODcr 表示)与浓缩温度成 e 指数关系,与农缩时问成小于 1 的指数关系.在通常污泥浓缩情况下(VS 一 830g/I,T 一 1O30,t=48h),污泥上清液中 CODcr 为 85O7700rag/L.这些有机物将被回流到活性污泥池去降解在特定的生化处理条件下(T 一 20,PH=7),不同浓缩时间和农缩温度下产生的上清波有机物的降解性是相似的.但是生物处理后的污泥上清液中剩余 CODcr 仍随着污泥农缩时间和温度而增加(74692mg/L).在通常情况下,由污泥所产生的有机物负荷占进水有机物负荷的 3.48.4 所以在污水处理站中,应该根据城市生活污水的进水负荷来有比例地回流污泥上清液 ,使得出水CODcr 农度遮到国家排放标准(中国为 100mg/L).关键词:城市生活污水活性污泥上清液 CODcr 浓缩温度厌氧消化剩昌精品文档可编辑修改尊阵阱谬且前世界上城市生活污水的处理基本采用生物法,活性污泥法和生物膜法在生物处理过程中,会产生容量不可忽视的污泥.为了方便这些污泥运输到填埋场,污泥处理中心或污泥焚烧厂,必须最大程度地压缩污泥的体积以期减少污泥量 .污泥浓缩池是压缩污泥体积的最简单和最初的一个步骤.在浓缩池中,来自初沉池,活性污泥池和二沉池的污泥以沉淀或上浮的方式进行浓缩浓缩后的污泥将进入下遭工序,如;好氧或厌氧消化池,污泥的上清液将回流到初沉池或活性污泥池.在污泥浓缩池中,污泥处于缺养料缺氧状态 ,会出现厌氧消化厌氧消化是由不同细菌作用的一连串生化反应(图 1).在厌氧消化过程中,污泥浓度减少,上清液中有机物浓度增高.由于污泥浓缩池中的污泥停留时间仅为 2d,而甲烷菌的繁殖周期为 46d,所以污泥浓缩池中的厌氧消化是不完全的.目前世界上对污泥浓缩池中的污泥厌氧消化还鲜有研究.而上海的众多污水处理厂只是将污泥浓缩一下 ,然后将污泥运到农村做肥料 ,上清液被回流到前段水处理系统.这些含高浓度有机物的上清液被回流到初沉池或活性扮泥池 ,将会增加生物处理的负荷,影响出水水质.所以有必要了解这些有机物在不同浓缩条件下的增长规律及1,=精品文档可编辑修改口/前一一物机有余它的降解性.水解阶段酸化阶段产气阶段二二二水解+细菌产酸细菌甲烷细菌图 1 污泥魇氧消化的机理二,试验过程为了模拟污泥浓缩池,我们将取自于污水处理站活性污泥池中的污泥浓缩成不同浓度(830g/I),并将它们置于密闭容器中 .在不同温度 (1030C)下,观察污泥浓度(VS),上清液有机物(CODer,TOC,蛋白质,挥发性脂肪酸 VFA)浓度随浓缩时间的变化 .然后将在不同条件下产生的上清液进行生物降解试验(PH 一 7,T 一 20(2,t 一 30h),以观察上清液有机物的生物降解性.三,结果和讨论(-)模拟污泥浓缩池试验精品文档可编辑修改通过模拟污泥浓缩池试验,我们观察到污泥浓度和有机物浓度不但随浓缩时间而变化,同时也随温度而变化.下面就详细介绍污泥浓度和有机物浓度(CODer,TOC,蛋白质,VFA)随时间和温度的变化情况1.污泥浓度的变化图 2 展现了三种不同污泥浓度在三种试验温度下随时间的延续而下降的过程.从图中可以看出,对于某一固定污泥浓度(例如:M212.0g/I),韫度越高,污泥浓度下降得越快.污泥浓度的下降是因为在污泥浓缩过程中 ,由于缺乏养料,微生物先利用体内储存的养料进行内源呼吸,待体内的养料用尽后,微生物则自我分解,也就是图 1 中的水解过程.生物分解后产生的回俸和溶解性有机物将是另外活着的微生物的外源养料,所以在污泥浓过程中,污泥浓度会随着时间的延续而下降.图 3 展现了经过 42h 的浓缩,VS 的下降率和温度的关系.VS 的下降率即是污泥浓度下降的百分比(VS0 一 VS)/VSo.从图 3 可以看出,温度越高,VS 下降率越大因为温度越高,生物的活性越强,自我分解能力也越太,所以污泥浓度下降得快.对于污水处理厂来说,污泥浓缩时间越长,浓缩温度越高,污泥量也就越少.通过 42h 的浓缩,1O时,污泥量可减少 4.3,20C 时,可减少 75,30时,可减少 13.5.一2 一图 2 污泥浓度随时问变化的曲线图 3 污泥浓度下降率与温度的关系精品文档可编辑修改2.上清液 CODcr 的变化图 4 展现了在三种污泥浓度和三种试验温度下上清液 CODer 的变化曲线.从图中可以看出,对于某一固定污泥浓度(例如:M2=12.0g/L),温度越高,上清液中的 CODer 浓度越大对于某一固定温度(fCj如:T=30C),污泥浓度越高,上清液中的CODer 浓度越大通过计算机的数学回归,得出 CODer 与时间的关系为指数关系(指数<1):CODera_-bt(n一5,r/,>0-992).上靖液CODer浓度随时间的上升是因为微生物在缺乏养料的条件下,自我分解成固体和溶解性的有机物.溶解性有机物中的一部分被其它微生物所利用,而另外一部分则积累在上清液中 .所以上清液 CODer 浓度随时间的延续而上升但本文中CODer 与时间的关系(小于 1 的指数关系)与 Boero 口 EastmanandFergusone 妇(e 指数关系)和 Rasmussen(线性关系)有所不同本文作者认为这种区别来自于试验条件的不同从图中还可以看出,上清液 CODer 的上升速度随着浓缩时问而下降.图 5 展现了每克污泥在不同浓缩时间和不同温度下的上清液 CODer 的变化曲线.通过计算机的数学回归,得出 CODer 与温度的关系为 e.指数关系:in(CODer)=aTb(n一 7,rz>0.964).同污泥浓度卞降的原理一样,温馊越高,生物的活性越强,自身分解也越大.所以上清液CODer浓度的上升就越快.本文中CODer与时间的e指数关系符合Arrhe精品文档可编辑修改nius 定律.图4上清液 CODer随污混浓缩时间变化的曲线图 5 上清液CODer 浓度和温度的关系本文作者通过对以上两个方程的分析,提出一个每克VS所产生的CODer与浓缩时间(t)和温度(T)的三维方程式:CODera+btXexp(dT).利用此方程式和试验数据,通过计算机进行回归,得出以下的方程式:CODer=31.8+11.4t.Xexp(0.056T)(n=95,r2=0.956)3 一利用此方程式,可以计算不同浓缩时间和不同温度下每克污泥所产生的 CODer 量.在一般的浓缩条件下(VS 一 830g/I,T=l030C),经过 48h 的污泥浓缩,上清液中的CODer浓度可达 8407700mg/I.上清液中如此高的 CODer 浓度是否可以降解?回流到活性污泥池是否对出水影响?将在以下的章节讨论.3.上清液中 TOC,蛋白质和挥发性脂肪酸 VFA 的变化为了了解有机物的成分,作者也分析了上清液的 TOC,蛋白质和 VFA 浓度.图 6 展现了在不同温度下,CODer,TOC,蛋白质和 VFA 随时间而变化的曲线.在同一污泥浓度和同一温度下(例如:20C),CODer,TOC,蛋白质和 VFA 浓度上升的方式是不同的.在不同温度下,CODer(或 TOC,或蛋白质或 VFA)浓度上升的方式也是不同的.蛋白质浓度的上精品文档可编辑修改升来自于微生物的分解(水解阶段).VFA 浓度的上升,则来自于厌氧消化中的酸化阶段.(二)上清液的生物降解试验我们将在不同条件下取得的上清液进行了生物降解试验.这些上清液分别为sQY2420(Z4h,2OC)SQY48 10(48h,1O ),SQY48 20(48h,2O ) 和3O(48h,30C).为了有个参照值,作者配制了一个模拟城市生活污水的合成溶液 .合成溶液内含有淀粉,蔗糖,蛋白质,醋酸钠等生物易降解的有机物 .试验条件为 :CODer-200mg/L,Vs1000mg/I,t=30h,T 一 20,PH 一 7.图 7 展现了五种水样在同样条件下的 CODer 降解曲线.从图中可以看出这五种水样的降解方式非常类似.它们前 5小时的降解速度为 2730mgCODer/gVS?h.不可降解的剩余CODer 浓度为 4560mg/L.这说明上清液中的有机物的生物降解性还是较好的.并且在不同的浓缩时间和浓缩温度下所产生的有机物的降解性没有太大的区别.图 6COD,TOC,蛋白质,VFA 随时间变化的曲线圈 7 上清液 CODer 的生物降解曲线作者 l966 年曾报道过,经过生化处理后,不可降解的剩余 CODer 并不完全是进水中不可降解有机物.一部分是污泥在降解有机物时所分泌出来的 ,一部分是在降解过程中生物死亡分解所产生的.剩余 CODer(I-清液中不可降解 CODer 与生物降解上清液有机物时所分泌的不可降解 CODer 之和)与上清液 CODer 之比为 0.0690.169.从图 7 来看,在特定的试验条件下,几种上清液的剩余 CODer 很相近.但是上述的试验是SQY48 精品文档可编辑修改将各上清液稀释至 CODer200mg/I 来做的.考虑到在不同浓缩条件和浓缩温度下的实际CODer 量,剩余有机物 CODer 的浓度还是随着浓缩时间和浓缩温度而增加(表 1).剩余有机物 CODer 的浓度范围为 74692mg/I.4表 1 不同上清液的剩余有机物 CODer 浓度浓缩时间浓缩温度上清液中 CODer(rag/L)剩余 C0D 剩余 C0Dcr 水样(h)(_c)VS=830g/L 盘水 C0D(mg/L)SQY242O24201O684OO30.06974276SQY48 一 l0481084131530.169142533SQY4820482O128O 一 4803O.119l52571SQY48304830205176920.09l85692由于枵泥上清液回流到沉淀池或活性枵泥池时会被进水所稀释,所以污水处理厂的出水CODer 不会象表 1 中所列出的数据那么高.怎样的回流比才能使出水 CODer 低于国家排放标准(CODer=100mg/L,GB8987-88 表2 一级标准),污泥上清液所产生的有机物的总量与进水有机物的关系是怎样的?这将是下面要讨论的问题.(三)举侧说明设想一个日处理量为 25000m.,进水 BOD5 为 250mg/L,C0Der 为 400mg/l 的城市生活污水处理厂.对于城市生恬朽水来说,如果用活性朽泥法来处理,BoD 的去除率一般为 95%,污泥产量为 0.5kgVS/kgBOD.所以每天产生的枵泥量约为 297Okg.在一般的浓缩池条件下(浓缩时间为 48h,浓缩温度为 l030),利用上述的三维方程式可以箅出这精品文档可编辑修改精品文档可编辑修改的 CODcr 总量(表 2).这 CODer 总量在三种温度下分别为 338,521 和 844kg/d.扮泥所产生的 CODcr 总量与进水 CODer 总量之比分别为 3.4,5.2 和 8.4.由浓缩池枵泥上清液而带来的不可降解CODcr总量分别为57,62和76kg/d.如果上清液24h均匀回流的话,那么由污泥上清液带到出水中的 CODer 仅为 2.3,2.5 和 3.Omg/L.但是如果在 1h 内集中回流的话,则朽泥上谤液带到出水中的CODer分别为55,和73mg/L.虽然这些数据还未达到国家排放标准(C0Der=1OOmg/L),但是这只是出水剩余 C0Der 的一部分,还有进水中不可降解 CODer 和在降解中生物死亡分解所产生的不可降解 CODer.所以对于一些只控制排放标准的枵水处理厂,希望能合理的回流这部分上清液,使得出水 CODer 低于国家排放标准.对于一些有污染物总量控制的枵水处理厂,则必须考虑这部分由樗泥上清液带来的剩余CODer.表 2 浓缩池污泥上清液中有机物对污水处理厂出水的影响上清液上清液 CODer 总量上清液剩余上清液剩杂上清液剩余浓缩温度 C0Dcr 总量进水 CODer 总量 CODer 总量 CODcr 浓度 C0Dcr 浓度(mg/L)(mg/L)(kg/d)(kg/d)24 小时回漉 1 小时回流lOC3383.4572.355205215.2622.56030C8448.4763.o73以上所列出的数据仅仅是针对有污泥浓缩池的枵水处理厂而言.为了进一步降低枵泥量,精品文档可编辑修改有些污水处理厂还设有好氧或厌氧污泥消化池 .在好氧或厌氧污泥消化池中 ,污泥停留的时间更长,温度更高(中温厌氧枵泥消化池),那么从好氧或厌氧污泥消化池回流出来的上清液5将含有更高的有机物.对于这些处理厂,则更需要台理地回流上清液至前段水处理系统.三,结论本文叙述了在城市生活污水处理厂中污泥浓缩池上清液有机物的增长规律,生物降解性和它对处理厂出水的影响 .通过实验得知,在污泥浓缩中污泥上清液中有机物含量(用 CODer表示)与浓缩温度成e指数关系,与浓缩时间成小于l的指数关系在通常污泥浓缩情况下(VS 一 830g/I,T=l030,t=48h),污泥上清液中 CODer 可达 85O7700mg/I.在特定的生物处理条件下(T=20C,PH=7),不同浓缩时间和浓缩温度下产生的上清液有机物的降解性是相似的.但是生物处理后的污泥上清液中剩余 CODcr 浓度仍随着污泥浓缩时间和温度而增加(74692mg/I).在通常情况下,由污泥所产生的有机物负荷占进水负荷的 3.48.4.通过举例说明,不合理的上清液回流将会使污水处理厂出水超出国家排放标准(CODer=lOOmg/L).所以必须根据城市生活荇水的进水负荷来有比例地回流荇泥上清液,使得出水 C0Der 浓度低于国家排放标准.而对于那些有污染总量控制的污水处理厂,精品文档可编辑修改精品文档可编辑修改虑这部分污泥上清液所带来的剩余 CODer 总量.参考文献1BOEROV.J.EcKENFELDERw.WJr.andBOWERSA.R(1991).SolubtemicrobiaLproductformationinbioLogicaLsystem,Wat.sci.丁 ech.23.106710762EASTMANJ.AandFERGUSONJ.F(1981).Solubilizationofparticulateorganiccarbonduringtheacidphaseofanaerobicdigestion,JournaLWPCF53.352366胡胡允良(1996).城市生活污水处理厂出水有机物的特性,法国南锡一太博士论文.4秦麟源(1988),废水的生物处理,同济出版杜r5RASMUSSENHBRUUSJ.H.KEINDINGK.andNIELSENP.H(1994)Observationsondew8一terbilityandphysicalchemicaLandmicrobiologicaLchangesinanaerobicaLlystoredactivatedsludgefromanutrientremovalpant.Wa1.Res.28.417-4256TableCurvegD(1994),TablecuTve2D(automatedcurvefittingsoftware)forwindowsusersmanual,l994ALSN.7TabLeCurveaD(1993).TabLecurve3D(automatedsurfacefittingsoftware)forwindows,usersmanuaL,1993ALSN.6 . .精品文档
