單段式自熱高溫（微）好氧消化工藝處理城市污水廠污泥及其穩(wěn)定化機理研究.pdf

1、穩(wěn)定化處理是污泥減量化、無害化的一個重要手段，也是污泥處理與處置的重要環(huán)節(jié)之一。污泥穩(wěn)定化處理方法包括物理、化學及生物法，生物法由于運行成本低、安全可靠而被廣泛采用。污泥自熱高溫好氧消化(ATAD)工藝屬好氧消化范疇，具有污泥停留時間短、病原菌滅活效率高等優(yōu)勢。該工藝較好克服了傳統(tǒng)生物穩(wěn)定法污泥停留時間長、設(shè)施占地面積大等不足，因而自上世紀九十年代開始在歐洲、北美等城市污泥穩(wěn)定化處理工藝中得到較快的應用與推廣。目前，我國在ATAD工藝穩(wěn)

2、定化處理污泥方面研究較少，也無應用實例。
　　借鑒ATAD工藝已有研究基礎(chǔ)，本課題組開發(fā)了一套新型的單段式污泥高溫（微）好氧(ATMAD)消化裝置，該裝置在滿足污泥穩(wěn)定化處理效果的同時，具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小等優(yōu)勢，其有效性已初步得到試驗證明，但相關(guān)的污泥穩(wěn)定化機理亟待深入研究。本論文從物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、嗜熱微生物種群多樣性、有機物降解動力學等方面闡述了單段式ATMAD工藝的污泥穩(wěn)定化過程與機理，并通過中試運行過程考察了ATMA

3、D工藝的污泥穩(wěn)定化效果、建立了消化體系的熱平衡方程。
　　單段式ATMAD工藝批式運行結(jié)果表明:穩(wěn)定化處理污泥時，進料污泥固體物(TS)濃度以5～6％較為適宜（揮發(fā)性固體物VS含量約3.3～4.0％）;增大曝氣量有利于提高VS去除率，但不能顯著促進有機物的快速降解，適宜曝氣強度為1.0～1.2 L/(h·L泥);污泥穩(wěn)定化過程受消化溫度影響最為明顯，反應器運行溫度在50～60℃條件下VS去除率明顯較高。污泥經(jīng)高溫消化后其脫水性能明

4、顯惡化，延長消化時間有利于適當改善消化污泥的脫水性能。ATMAD工藝按半間歇運行方式在55℃消化溫度下穩(wěn)定化處理污泥時，水力停留時間(HRT)不低于13d的消化體系VS去除率均高于38％,且糞大腸菌群與沙門氏菌均有效滅活，消化污泥達到A類污泥各項指標。
　　考察了污泥穩(wěn)定化過程VFA組分及其濃度變化，闡述了消化體系有機組分的代謝途徑與規(guī)律。消化體系上清液有機物濃度相對較高或快速增加時，生化代謝系統(tǒng)可通過乙酸、丙酸、丁酸等合成途徑來

5、滿足消化體系對氧化態(tài)NAD+的需求;消化體系大量累積VFA時，除乙酸外，丙酸、異丁酸與異戊酸均為主要組分，其濃度遠高于正丁酸與正戊酸。在曝氣強度不變時，有機底物的生化代謝過程對消化體系ORP值存在明顯影響。
　　以VS為評價指標建立了單段式ATMAD工藝的有機物降解動力學。消化體系VS降解的宏觀一級動力學方程為（消化時間以d計量）:d(VS)/dt=-KTK1K2*（VS）=-7.0*1.024(T-20)*（TS）-1.6*（V

6、S/TS）0.11*（VS）污泥水力停留時間不低于10d時，動力學公式計算值與試驗測定結(jié)果相對誤差均低于10％;中試系統(tǒng)半間歇運行過程中，理論計算值與實際值相對誤差不超過6％。
　　分離、純化了典型的嗜熱微生物并進行了生物強化試驗。分離的兩株典型嗜熱菌T1(No: HQ436531)與T2(No: HQ436531)分別屬于Hydrogenophilaceae與Xanthomonodaceae。接種嗜熱菌株有利于提高污泥穩(wěn)定化初期

7、的有機物降解效果，但微觀環(huán)境對穩(wěn)定化過程也存在明顯影響。單獨接種嗜熱菌T2的反應器在整個消化過程均比空白對照反應器有更高的VS去除率。DGGE圖譜表明:好氧、兼性與厭氧微生物可共存于污泥高溫（微）好氧消化體系。
　　本論文通過中試運行考察了ATMAD工藝的污泥穩(wěn)定化效果，并建立了消化體系的熱平衡方程。中試系統(tǒng)（HRT為10 d）在半間歇式操作條件下連續(xù)運行10 d后，平均VS去除率為37.8％，反應器運行溫度維持在58廣～62℃，