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    热碱法破解污泥动态实验的条件优化

    发布时间:2020-12-18 浏览次数:次 字号:  【关闭】

           01 材料与方法

           1.污泥性质

           实验污泥来源为大连市凌水污水处理厂二沉池污泥雨燕直播|雨燕直播官方网站,该处理厂采用A2/O处理工艺,污水处理能力为6万t/d。用30目筛网过滤剩余污泥以去除其中树叶等大颗粒物质雨燕直播|雨燕直播官方网站,检测污泥的基本指标,污泥的常规成分分析如表1所示。

           2.污泥处理方法

           2.1 静态实验方法

           以温度、初始pH和反应时间依次作为控制参数进行热碱污泥处理雨燕直播|雨燕直播官方网站,在250 mL具塞锥形瓶中放置200 mL污泥,用4 mol/L的NaOH溶液分别调节pH为9~13雨燕直播|雨燕直播官方网站,放入恒温培养振荡器中雨燕直播|雨燕直播官方网站,设置反应温度依次为30,45,60 ℃雨燕直播|雨燕直播官方网站。实验开始后雨燕直播|雨燕直播官方网站,每隔一段时间取样,在5000 r/min下离心30 min雨燕直播|雨燕直播官方网站,取上清液过0.45 μm滤膜,得到样品在4 ℃下保存待测雨燕直播|雨燕直播官方网站。

           2.2 动态实验方法

           采用热碱联合技术对污泥进行破解处理,自主研发污泥热碱处理小试装置,主要包括进泥单元雨燕直播|雨燕直播官方网站、反应单元和回流单元。污泥处理工艺如图1所示。

           反应器有效体积共8.12 L,根据不同停留时间调整进泥流量雨燕直播|雨燕直播官方网站,污泥在进泥单元中完成连续进泥过程,将污泥连续打入反应器中;根据不同进泥流量计算加碱量,使污泥在反应单元与碱充分混合雨燕直播|雨燕直播官方网站,同时利用磁力泵进行循环搅拌雨燕直播|雨燕直播官方网站,水浴热循环控制温度;沉淀池底部的沉降物经过污泥回流进入反应釜中继续参加反应,从沉淀池溢流堰处收集上清液雨燕直播|雨燕直播官方网站雨燕直播|雨燕直播官方网站,处理方法同上。

           3.分析方法

           用重铬酸钾法测定剩余污泥的COD浓度,采用COD溶出率(disintegration degree of SCOD)作为不同实验条件下污泥水解程度的衡量标准。

           蛋白质测定采用考马斯亮蓝法。

           多糖测定采用苯酚—硫酸比色法雨燕直播|雨燕直播官方网站。

           02 结果与讨论

           1.静态实验结果

           1.1 最佳pH值

           以NaOH溶液调节污泥pH进行热碱法处理,考察在初始pH为9~13碱性条件时对污泥水解效果的影响雨燕直播|雨燕直播官方网站,如图2所示??芍旱背跏紁H<12时,污泥破解率(DD)随着碱量的增加而增加,由1.86%增加至37.94%。而当初始pH>12时,DD大幅增加,曲线坡度较陡,pH=13时溶出率达到最大值67.18%。通过观察可以看到pH值与污泥DD呈正相关,大致分为2段雨燕直播|雨燕直播官方网站,分析原因可能是因为碱破解污泥首先要破坏其絮体结构,继而才能分解微生物细胞雨燕直播|雨燕直播官方网站,碱浓度较低时,不足以破坏细胞结构雨燕直播|雨燕直播官方网站雨燕直播|雨燕直播官方网站,因而上清液中SCOD增加较少雨燕直播|雨燕直播官方网站,COD溶出率增幅低;当碱浓度达到一定程度,2种结构同时被破坏,可溶性有机物质自胞内流出,胞内外大分子有机物都将水解成可溶性小分子有机物,上清液中SCOD大大提高雨燕直播|雨燕直播官方网站,COD溶出率增幅高。

           可溶性有机物蛋白质和多糖的浓度变化规律与COD溶出率变化大致相同,多糖和蛋白的含量随着pH增大而增大,并在pH为13时达到最大值雨燕直播|雨燕直播官方网站,蛋白质浓度最高达到917.39 mg/L,多糖浓度最高达到524.68 mg/L雨燕直播|雨燕直播官方网站。多糖和蛋白来源于胞外聚合物水解和胞内物质的释放,但同时也伴随着自身的水解及其他反应,由于碱浓度大雨燕直播|雨燕直播官方网站,细胞破解效果好,自胞内溶出和胞外聚合物水解产生的多糖蛋白含量远高于较低pH条件。

            控制污泥反应时间与反应温度一定,细胞破解效率随着反应初始pH值增加而升高。因此,控制反应初始pH为13,此时处理的剩余污泥具有最好的细胞破解效果。

            1.2 最佳反应温度

            为了防止蛋白质变性失活雨燕直播|雨燕直播官方网站,设置反应水解温度分别为30,45雨燕直播|雨燕直播官方网站,60 ℃,考察在pH=13雨燕直播|雨燕直播官方网站,反应时间为12 h时水解温度对污泥破解效果的影响雨燕直播|雨燕直播官方网站,此时DD分别为67.18%、64.50%雨燕直播|雨燕直播官方网站、64.95%,污泥破解率基本保持不变。观察蛋白质和多糖浓度变化,发现在30~60 ℃时雨燕直播|雨燕直播官方网站,其浓度基本保持不变,蛋白质浓度维持在900 mg/L,多糖的浓度在600 mg/L左右,不随温度的变化而大幅度变化。

           污泥水解为吸热反应,温度升高会使平衡正向移动,促进污泥的水解加快反应进行。Appels等研究了反应温度在70,80,90 ℃时污泥破解效果,结果表明,在污泥预处理时间为30 min条件下雨燕直播|雨燕直播官方网站,其DD依次为0.72%、2.98%、12.30%,温度升高雨燕直播|雨燕直播官方网站,DD显著提高,有利于有机物的释放雨燕直播|雨燕直播官方网站。但从图3中可看出:DD随温度变化不大,分析原因可能是因为当pH为13时碱浓度较高,污泥水解较为完全雨燕直播|雨燕直播官方网站,即pH相较温度对污泥破解影响更大雨燕直播|雨燕直播官方网站,因此在低温条件下,升高温度对于细胞破解的促进效果不明显。在许德超等的研究中亦有类似的说明雨燕直播|雨燕直播官方网站。因此在后续的水解实验中选择水解温度为常温条件下30 ℃。

           1.3 最佳反应时间

           在水解温度为30 ℃和反应初始pH为13的条件下,考察水解时间对污泥破解效果的影响,如图4所示??芍篊OD溶出率与多糖浓度的变化趋势大致相同,在前10 h,反应剧烈升幅较大雨燕直播|雨燕直播官方网站,在10 h时达到最大值,污泥破解率为61.53%,水相中的多糖浓度达到649.85 mg/L,在10 h以后趋于平缓保持不变。由数据分析可知,在一定时间内增加水解时间能够促进污泥的水解.

           在初始阶段污泥破解程度随着反应时间的增加而增大雨燕直播|雨燕直播官方网站,分析原因主要是在前10 h污泥与碱液充分接触发生反应雨燕直播|雨燕直播官方网站,加速细胞破解过程,使越来越多的有机质得以释放到水相中,而大分子有机物的水解占主导地位,表明此时已达到最大破解程度,即有机物质已达到最大程度的释放,浓度不再随着反应时间变化。随着反应进行雨燕直播|雨燕直播官方网站,蛋白质发生水解反应生成氨基酸、多肽等,氨基酸进一步水解成小分子有机酸,胞内蛋白质的释放与水相蛋白质的水解不断发生变化,导致蛋白浓度不稳定。因此在该研究条件下,考虑反应效果和能源消耗方面,确定实验的最佳反应时间为10 h,此时在最佳处理时间下,污泥破解效率提高,使得污泥破解完全的同时减少能量消耗。

           2.动态实验结果

           参考静态实验设置连续运行的反应器参数雨燕直播|雨燕直播官方网站,确定水解温度为30 ℃雨燕直播|雨燕直播官方网站,反应初始pH为13,同样以DD和蛋白质多糖的浓度表征污泥破解效果,考察污泥停留时间对动态实验破解效果的影响雨燕直播|雨燕直播官方网站,结果见图5雨燕直播|雨燕直播官方网站雨燕直播|雨燕直播官方网站。结果表明:在反应时间为10 h时取得最佳处理效果,DD达到75.77%,多糖浓度达到842.34 mg/L,其后基本不随反应时间变化雨燕直播|雨燕直播官方网站,而蛋白质浓度随着反应时间上下浮动。

           对比静态实验和动态实验可知:动态实验下的各项指标的变化趋势与静态实验大致相同,最佳处理时间均出现在10 h。而该实验污泥在最佳条件下的破解效果远好于静态实验处理的效果,在最适条件下,DD增加了14.24%,蛋白质浓度增加了262.96 mg/L,多糖浓度增加了174.49 mg/L。在动态实验连续进泥的过程中存在污泥反混作用,即瞬间进入反应器的原污泥与处理过污泥的再混合,在循环搅拌泵的作用下,颗粒充分接触碰撞。相较于静态实验雨燕直播|雨燕直播官方网站,磁力循环泵搅拌力度较大雨燕直播|雨燕直播官方网站,且污泥回流使未破解物质二次破解,因此效果好于静态实验。由此可见,静态实验对动态实验具有现实指导作用雨燕直播|雨燕直播官方网站,为中试装置奠定了基础雨燕直播|雨燕直播官方网站,应用于污水处理厂批量污泥处理具有实际可行性雨燕直播|雨燕直播官方网站。

           03 结 论

           1)在静态实验中,细胞破解效率随着反应初始pH值增加而升高,水相中的有机物和可溶性有机物浓度均增大雨燕直播|雨燕直播官方网站,最佳pH为13;低温条件下,升高温度对于细胞破解的促进效果不明显,设定常温条件即30 ℃为最佳反应温度;污泥破解率在前10 h与反应

           时间呈正相关,随后保持不变雨燕直播|雨燕直播官方网站,即最佳处理时间为10 h。此时,COD溶出率、水相中的蛋白质、多糖浓度依次为61.53%雨燕直播|雨燕直播官方网站、761.73 mg/L、649.85 mg/L雨燕直播|雨燕直播官方网站。

           2)污泥动态实验的最佳反应时间同样出现在10 h,但破解效果高于静态实验雨燕直播|雨燕直播官方网站,在最佳条件下,COD溶出率增加了14.24%,蛋白质浓度增加了262.96 mg/L雨燕直播|雨燕直播官方网站,多糖浓度增加了174.49 mg/L。表明污泥静态实验对动态实验具有现实指导作用雨燕直播|雨燕直播官方网站,因此放大装置破解污泥效果较好,具有实际可行性。
                                                                                                                                                                                                                 转载自:北极星水处理网