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唐建國:污泥穩定化處理產物轉化機理及可利用價值揭示

時間: 2019-01-28 14:37

來源: 亞洲環保網

作者: 唐建國

◆ 美國503法案對污泥穩定化程度的判定(主要是病原體的控制)采用過程參數控制,如停留時間、反應溫度等;

◆歐盟《污泥利用指導規程》規定:穩定化后污泥中VS降低38%,或穩定化污泥的氧利用率低于1.5 mgO2/(gVSS·h);

◆ 有文獻提出,用厭氧消化后污泥中的有機酸含量判斷污泥穩定化程度(有機酸含量小于300 mg/L認為穩定);

(2)對穩定化處理產物的價值認識不到位

穩定化產物中的腐殖酸(包括富里酸和胡敏酸)是自然生態系統中重要的有機碳源,對土壤保水保肥、農林作物增產有重要意義,但生物腐殖酸的價值尚未得到充分重視。

(3)穩定化處理產物的出路問題

對穩定化產物認識的不充分、處置過程潛在的環境影響,使得處理與處置未得到有效銜接。

穩定化處理過程分析及產物特征

1、污泥樣本來源

污泥樣本來自于全國十六座污水處理廠的污泥處理工程、城市污泥處理處置中心以及典型污泥處理工程。其中,9座采用厭氧消化處理工藝,7座采用好氧發酵處理工藝。blob.png

(a)高溫熱水解+厭氧消化處理工藝;(b)好氧發酵處理工藝。

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北方泥質:VS/SS 50.3%~73.5%;南方泥質:VS/SS 35.4%~52.7%。各廠進泥泥質

2、三維熒光圖譜表征蛋白質和腐殖酸

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蛋白質類和腐殖酸類物質是具有熒光特性的有機物,三維熒光(3D-EEM)圖譜的半定量分析能將蛋白質的減量和腐殖酸的增量耦合起來。

熒光復雜指數(Complexity Index,CI),反映了復雜有機物與簡單有機物含量的比值,也在一定程度上反映了物料中易生物降解組分(蛋白質類物質)的減少和復雜、穩定組分(腐殖質類物質)的增加,也稱之為熒光穩定化指數。

3、厭氧消化過程

表:各廠厭氧消化進泥及產物特征分析

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表中黃色區域:

(1)厭氧消化的九個廠中,僅A4~A6廠有機物減量40%以上;

(2)A4~A6廠進泥有機物>60%且采用高溫熱水解工藝;

(3)進泥泥質和處理工藝影響有機物的降解率。

表中綠色區域:

(1)采用高溫熱水解工藝的蛋白質減量明顯高于傳統工藝;

(2)多糖的減量相對不明顯,如A9廠,產物中的多糖反而增加,采用有機物降解率作為穩定化判定指標值得商榷。

表中紫色區域:

(1)厭氧消化處理后,腐殖酸含量和CI指數均有不同程度地增加,腐殖酸增幅24~117 mg/gVS;

(2)A9廠協同餐廚餐廚廢棄物厭氧消化,在有效的消化時間內,有機物降解不徹底。

厭氧消化有機物轉化過程分析

以A4廠為例,采用“高溫熱水解+中溫兩級厭氧消化+板框脫水”處理工藝,處理規模100萬m3/d。

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(1)經熱水解和厭氧消化后,蛋白質減量64.6%,多糖減量55.5%,腐殖酸增量23.8%,簡單有機物向復雜有機物轉化;

(2)經板框脫水后,14.2%的腐殖酸隨脫水濾液帶走,濾液中檢測出多糖139.2mg/L和腐殖酸911.0mg/L,可作液態肥料;

(3)熒光譜圖分析:熱水解過程,簡單有機物向富里酸轉化;厭氧消化過程,簡單有機物降解,同時富里酸逐漸轉化、聚合成胡敏酸類物質;脫水濾液中,主要是富里酸和腐殖化中間產物;

(4)熒光穩定化指數:熱水解前后CI指數變化不大,厭氧消化后,CI指數顯著增加(CI=7.5),板框脫水后,CI指數回降至5.4,與腐殖酸變化規律一致。

4、好氧發酵過程

表:好氧發酵各廠進泥泥質及產物特征分析

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表中黃色區域:

(1)好氧發酵的七個廠中,有機物降解率差異較大,有些廠無法計算,主要是由于大量輔料的加入;

(2)好氧發酵的蛋白質減量明顯高于厭氧消化,產物中蛋白質的殘余量也更低。

表中綠色區域:

(1)好氧發酵后腐殖酸含量顯著增加,產物中含量高于200 mg/gVS;

(2)B2和B3廠,因進泥有機物含量低于40%,添加了大量輔料,產物中腐殖酸含量“被稀釋”。

好氧發酵過程有機物轉化過程分析

以B4廠為例,處理規模600 t/d,采用蘑菇渣作輔料,混合比例為回料:原泥:輔料 = 2:1:0.2,一次倉發酵14天,二次倉發酵20天,共計34天(冬季)。

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發酵過程蛋白質減量顯著,多糖減量明顯但不徹底,這主要是由于輔料的加入,引入的多糖(以纖維素為主)所致;

經過發酵和陳化后,腐殖酸增量28.0%;從腐殖酸組分上來看,經過一次發酵,富里酸增加,經過二次發酵和陳化,富里酸減少,胡敏酸增加,說明好氧發酵過程是富里酸合成、轉化并聚合成胡敏酸的過程,且陳化是重要的腐殖化過程。

編輯: 趙凡

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