CaO2和污泥厭氧消化性能的關(guān)系

摘要：近年來，污泥厭氧消化得到了廣泛關(guān)注，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化，另一方面又能得到有價(jià)值的消化產(chǎn)品。

由于水解過程是限制厭氧反應(yīng)的重要步驟，因此利用CaO2強(qiáng)化污泥厭氧消化中水解和酸化過程。結(jié)果表明，適量的CaO2的投加量能夠顯著促進(jìn)污泥的水解和酸化過程，但對(duì)甲烷化有抑制作用。當(dāng)CaO2投加量為0.2g/g(污泥以揮發(fā)性懸浮固體(VSS)計(jì))時(shí)，揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的最大積累量為253.6mg/g，但CaO2對(duì)VFA的組成影響不大。

關(guān)鍵詞：污泥，CaO2，厭氧消化，水解，酸化，甲烷化

活性污泥法是目前生活污水處理廠中應(yīng)用廣泛的污水處理方法，該方法具有投資低、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是該工藝會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥，剩余污泥中含有有毒有害物質(zhì)，若處置不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境的二次污染。另一方面，剩余污泥中含有大量的蛋白質(zhì)和碳水化合物，是一種可利用資源。污泥厭氧消化技術(shù)可以很好地處置污泥，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無害化和資源化[1]。

pH做為基本的污水指標(biāo)，勢(shì)必成為供求的熱點(diǎn)，這對(duì)廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國(guó)BroadleyJames來說是個(gè)重大利好。美國(guó)BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商，必將為中國(guó)的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們美國(guó)BroadleyJames生產(chǎn)的E-1312 pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，測(cè)試準(zhǔn)確，廣泛應(yīng)用于各級(jí)環(huán)保污水監(jiān)測(cè)以及污水處理過程。

厭氧消化過程主要包括水解、酸化和甲烷化3個(gè)主要步驟[2]。水解過程是限制污泥厭氧消化的主要步驟，原因在于污泥外包裹的微生物胞外聚合物(EPS)和細(xì)胞壁阻止了該步驟中微生物胞內(nèi)物質(zhì)的釋放，使得揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、氫氣和甲烷等的產(chǎn)量很低。

YUAN等[3]研究發(fā)現(xiàn)，pH=10的堿性條件可以強(qiáng)化污泥水解反應(yīng)，使得VFA大量積累。LI等[4]報(bào)道，1.8mg/L游離亞硝酸(FNA)能夠有效地破解EPS和細(xì)胞壁。YAN等[5]應(yīng)用超聲技術(shù)很好地實(shí)現(xiàn)了污泥減量和VFA積累。ZHENG等[6]發(fā)現(xiàn)，堿性消化反應(yīng)過程中的主要微生物為水解細(xì)菌和酸化細(xì)菌。CaO2是一種白色或淡黃色的固體，具有高能過氧化共價(jià)鍵。CaO2能夠在水化介質(zhì)中緩慢釋放氧氣，同時(shí)生產(chǎn)強(qiáng)氧化性物質(zhì)H2O2和堿性物質(zhì)Ca(OH)2。

在水處理中，CaO2生產(chǎn)H2O2和Ca(OH)2的速率比較容易控制，因此投放CaO2比直接投放H2O2效率更高。目前，CaO2已經(jīng)成功應(yīng)用到地下水的處理，用于氧化分解難降解物質(zhì)[7]。然而，將其用來處理污泥尚未見文獻(xiàn)報(bào)道，因此本研究探究了CaO2對(duì)污泥厭氧消化性能的影響。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)中所用污泥取自海口某污水處理廠，污泥取回后在實(shí)驗(yàn)室4℃冰箱內(nèi)沉淀24h。沉淀后污泥基本性質(zhì)如下：pH=6.8±0.1，總懸浮固體(TSS)=(12130±256)mg/L，揮發(fā)性懸浮固體(VSS)=(9815±240)mg/L，總蛋白質(zhì)=(8412±125)mg/L，總糖=(1542±82)mg/L。

CaO2純度≥98%。

1.2污泥厭氧消化反應(yīng)

在5個(gè)相同的600mL厭氧反應(yīng)器中加入500mL污泥，CaO2投加量分別為0、0.1、0.2、0.3、0.4g/g(污泥以VSS計(jì)，下同)。當(dāng)投加完污泥和CaO2后，充氮?dú)?span>10min以排出厭氧反應(yīng)器內(nèi)的空氣，保證厭氧環(huán)境。厭氧反應(yīng)器內(nèi)置攪拌器，轉(zhuǎn)速控制為150r/min，初始pH控制為7.0±0.1，溫度為25℃，反應(yīng)時(shí)間為15d。

1.3分析方法

溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)采用重鉻酸鉀法測(cè)定，氨氮采用納氏試劑比色法測(cè)定，TSS和VSS采用重量法測(cè)定。VFA和甲烷的分析采用氣相色譜法[8-9]，其中VFA以COD計(jì)，甲烷以標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積計(jì)。總蛋白質(zhì)和總糖的分析分別以牛血清蛋白和葡萄糖作為標(biāo)準(zhǔn)物，以COD計(jì)[10]。溶解性總蛋白質(zhì)和溶解性總糖過濾后測(cè)定。

2結(jié)果與討論

2.1CaO2對(duì)SCOD的影響

SCOD的變化能夠反映水解程度的大小。圖1為不同CaO2投加量下SCOD的變化。CaO2投加量為0g/g時(shí)，SCOD隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增長(zhǎng)。在相同反應(yīng)時(shí)間條件下，SCOD隨CaO2投加量的增加而急速上升，反應(yīng)時(shí)間為3d時(shí)SCOD出現(xiàn)最大值，而后趨于穩(wěn)定，故而圖1中只給出了0～8d的數(shù)據(jù)。

由此可見，CaO2能夠強(qiáng)化污泥的水解過程，使得消化液中SCOD的含量增加，反應(yīng)時(shí)間為3d時(shí)水解達(dá)到平衡。