新型ISTD反应器处理污水处理厂污泥的试验研究 4页

环境工程2013年1O月第31卷第5期95新型ISTD反应器处理污水处理厂污泥的试验研究韩乔丁燕燕(1．重庆中设工程设计股份有限公司，重庆400023；2．机械工业第三设计研究院，重庆400039)摘要：针对传统的污泥处理方法存在消化时间长、投资及运行费用高、运行管理较复杂等问题，开发了污泥同时浓缩与消化——新型ISTD反应器，并对城市污水厂剩余污泥进行试验研究。试验结果表明：在3O～35oC，COD有机负荷0．65ks／(m·d)，水力停留时间5d的条件下，有机物分解率为53．88％，排泥含水率为91．91％，出水SS平均为612ms／L。关键词：污泥处理；浓缩消化；厌氧消化DOI：10．7617／j．issn．1000—8942．2013．05．022STUDYoNSEWAGETREATMENTWITHNEWINTEGRATIVESLUDGETHICKENINGANDDIGESTIoN(ISTD)REACToRHanQiaoDingYanyan(1．ChongqingZhongsheEngineeringDesignCo．，Ltd，Chongqing400023，China；2．ThirdDesignandResearchInstitute，MachineryIndustry，Chongqing400039，China)Abstract：Forthequestionswiththetraditionalmethodsofdealingwithsludgelikelongdigestiontime，highcostofinvestmentandoperation，complicatedoperationandmanagementetc，itwasdevelopedanewISTDreactorbywhichconcentratedsludgedigestionandintegrationcouldbedoneatthesametime，anditwastestedwiththeremainingsludgeofurbansewageplants．Theresultsshowedthatundertheconditionsof30～35cc，CODorganicload0．65ks／(m·d)，HRT：5d，organicmatterdecompositionratewas53．88％．themoisturecontentofthesludgewas91．91％，theeffluentSSwas612mS／L．Keywords：sludgetreatment；concentrationanddigestion；anaerobicdigestion0引言1试验部分截至20I1年底，全国设城市、县累计建成城1．1反应器设计镇污水处理厂3135座，污水处理能力达1．36亿新型ISTD反应器的设计是试图在UASB和m。／d，比2010年底增加处理能力约11O0万m／EGSB两种高速厌氧反应器的基础上，并结合重力式d。目前，全国正在建设的城镇污水处理项目达浓缩池的设计原理，使三者有机的结合起来。反应器1360个，总设计能力约2900万11／d。“十一采用内外桶结合的形式，外桶主要借鉴重力式浓缩池五”期间，我国的污水处理产业得到快速发展，污的设计思想，污泥进行初步的泥水分离之后进入内反水处理能力及处理率增长迅速，同时也带来了污应器进行消化反应，并通过内、外桶下部的污泥循环泥产量的迅速增加。截止到2010年底，全国城镇使在消化的过程中补充养分较高的外部污泥，同时消污水处理量达343亿in，脱水污泥产生量接近化后的污泥有机质含量增加，可以更有利于污泥的浓2200万t，其中有80％没有得到妥善处理，污泥随缩，进而实现在一个反应器内的同时浓缩与消化。意堆放所造成的污染与再污染问题比较严重。1．2试验流程因此，解决城市污水处理厂污泥处理技术问题是本试验在某污水处理厂进行，流程如图1所示。降低污水处理能耗的有效技术之一，今后我国城反应器有效容积125L，其中内反应器有效容积37L，市污水工艺的进步在很大程度上取决于污泥处理外反应器有效容积88L，高度为1．3in，高径比和利用技术的改进。H／R=6．5\n环境工程962013年lO月第31卷第5期2．1VS／TS的变化厌氧消化的主要目的之一在于降解有机物，VS／TS是衡量污泥消化效果的直接指标。图2为试验过程中VS／TS随有机负荷的变化曲线。从图2可以看出：进泥的VS／TS总体上比较稳定，保持在0．60左右，在低负荷下经过新型ISTD反应器处理后VS／Ts可降至0．30以下，其有机物降解率超过50％。随着有机负荷的提高，VS／TS的数值也随之增加，有机物降解率下降，这主要是由于HRT的缩短对反应器的冲击导致反应器内不能保持足够大的污泥量，从而不具有足够的厌氧微生物所致。图1试验流程Fig．1Flowchanofthetest试验污泥来自某污水处理厂剩余污泥回流泵房，经自吸式排污泵抽至高位配泥箱，采用间歇方式依靠重力作用进入外反应器中，经过重力浓缩和初步泥水分离，沉淀下来的污泥经过底部过水孔进入内反应器，在内反应器里进行浓缩消化处理，然后经由三相有机负荷／(kg·m。·d)+进泥+排泥；+去除率分离器实现气水、泥水的分离，消化污泥由反应器底部排出，沼气由气液分离器顶部经洗气瓶和湿式气体图2VS／TS随有机负荷的变化Fig．2ChangeinVS／TSwithorganicloading流量计计量后排出，上清液由反应器出水区排至计量水箱测定体积后排出。反应器采用调速电动机带动2．2含水率的变化搅拌叶片进行间歇搅拌。反应器排泥含水率主要反映剩余污泥在反应器1．3试验过程与方法内的浓缩效果。图3为试验过程中排泥含水率随有试验包括启动期与运行期。试验温度为30～机负荷的变化曲线。从图3可以看出：反应器进泥含35℃。水率约为99．68％，COD有机负荷在0．73kg／(m·d)启动时取某污水处理厂集泥池污泥作为接种污以下时浓缩效果良好，排泥含水率在92％以下，这是泥(接种量为50L)，逐步加入剩余污泥至设计水位，由于剩余污泥在厌氧消化过程中不断无机化，在重力启动机械搅拌装置，每天搅拌4次，每次30min，在低作用下加速污泥沉降，使之与污泥浓缩相互促进，可负荷运行31d左右达稳定状态，完成启动。以实现浓缩功能与消化功能的相互促进。而随有机运行期主要考察反应器在不同有机负荷条件下负荷的增加排泥含水率迅速增加，主要是HRT的缩的浓缩和消化效果，并寻求反应器的最佳运行工况。短对反应器造成的影响较大，不能达到较高的无机化2试验结果与分析程度和较好的浓缩效果。反应器在不同有机负荷下的运行结果如表1所示。2．3出水SS的变化表1不用有机负荷下的运行结果出水ss是检验反应器三相分离器设计是否合理Table1Operationalresultsatdiferentdesignorganicloading的指标之一。从试验运行结果可以看出：出水效果较好，出水ss一般均在1g／L以下，在负荷改变时，出(L·d)dd(kg·in～·dI1)(mg·LI1)水率／％除率／％水ss有微弱的波动。这表明分离器的效果较好，保158．313g．90．3954790．4653．5725583．30．6561291．9l53．88持足够的沉淀时间便可获得较好的出水效果。4O3．162．51．3l63294．4646．392．4产气量的变化502．541．631．246096．6530．456n’11561R752796RR314S产气量是衡量厌氧反应的一个重要指标，沼气的\n环境工程2013年10月第31卷第5期977．1～7．3。从外反应器下部、内反应器下部和中部以及出水的pH值来看，反应器内部pH值的变化不大，如∞如加曲线比较平缓，基本在6．7～7．0，处于产甲烷菌生长的最佳pH范围，说明该反应器内污泥厌氧消化状况良好。有机负荷／(kg-m。·d)+进泥；+排泥68图3含水率随有机负荷的变化Fig．3ChangeinthesludgewatercontentwithorganicloadU306090120150tfd组成和甲烷产量可以判断反应器运行状况。从图_◆_进泥；+出水十外反应器下部；—内反应器下部——一内反应器中部4可以看出：反应器的产气量随有机负荷的增加而增图5pH值随时间的变化加，其产气率在0．75～0．85m／m，为理论值的Fig．5ChangeinpHwithtime31．7％～44．2％，其中甲烷含量为50％～60％。3．3挥发性脂肪酸(VFA，以乙酸计)挥发性脂肪酸(VFA)是厌氧消化过程中另一项重要性能指标。在正常运行中，应保持出水VFA浓面J】广度在400mg／L以下，而以200mg／L以下为最佳。}L试验中VFA值随时间的变化情况如图6所示，反应器内的VFA浓度随有机负荷变化有较明显的改变，反应器下部的VFA浓度明显比中部大，原因是底0O0050l0O15020O有机负荷／(kg’m。d-)部主要发生水解酸化反应，而厌氧消化不够完全。总图4产气量随有机负荷的变化体上反应器VFA浓度为200～500mg／L，出水VFAFig．4Changeinaerogensiswithorganicload浓度在200～300mg／L，反应器内未出现酸化现象，运行状况良好。3反应器影响因素分析3．1HRT对VS去除率的影响从水力停留时间与VS去除率、排泥含水率的关系来看，随着HRT的加大，有机物分解率增加，但可以看出：当HRT为3．1d时，有机物分解率为39．65％，而HRT为5d时有机物分解率为53．45％，排泥含水率也有较大的下降。由此可见，尽管HRTt／d为5d时反应器容积增大约1．5倍，但处理效果有较+进泥；+出水I-·一外反应器下部；十内反应器中部明显的提高，故较佳的运行工况为：HRT为5d，COD图6VFA值随时问的变化有机负荷为0．73kg／(m·d)。Fig．6ChangeinVFAwithtime3．2pH值厌氧处理中，水解菌和产酸菌对pH值有较大范3．4搅拌围的适应性，在5．0～8．5均能生长良好，但甲烷菌适试验过程中对是否搅拌进行对比试验，结果表明宜生长的pH值一般在6．5～7．8。采用搅拌能够更好的降低排泥的含水率，增大有机物试验中pH值随时间的变化情况如图5所示。的去除效率，同时可使气体更容易排出，但是由于搅从图5可以看出：进泥的pH值变化不大，一般为拌的扰动，会使出水的ss有一定程度的升高。\n环境工程982013年lO月第31卷第5期4结论器结构较为合理，具有良好的厌氧消化和浓缩条件。1)本研究开发的一种新型ISTD反应器，可使浓参考文献缩功能与消化功能在同一反应器中同时实现。[1]中华人民共和国住房和城乡建设部．关于全国城镇污水处理设2)新型ISTD反应器的消化温度为30～35℃，效施2011年第四季度建设和运行情况的通报[EB／OL]．(2012—果良好。有机物含量由进泥的52％一65％降到排泥2—15)．http：／／www．mohurd．gov．cn／zcfg／jsbwj一0／jsbwjcsjs／201203／t20120320_209157．htm1．的24％一45％，分解程度达34．45％～53．88％。最[2]中国污泥处理处置市场分析报告[DB／OL]．(2011)．http：／／佳运行参数：COD有机负荷为0．65kg／(in。·d)，水力www2．h2o—china．com／report／2011／2011wunireport／index．htm1．停留时间为5d，有机物分解率为53．88％，达到并超[3]贺延龄．废水的厌氧生物处理[M]．北京：中国轻工业出版过高负荷消化池的有机物分解率。社，1998：141—143．3)新型ISTD反应器具有较好的浓缩效果，进泥含水率为99．68％左右，在水力停留时间为5d条件作者通信处韩乔400023重庆市江北区五星店五江路18号工业设计中心4楼403下污泥浓缩停留时间为83．3d，排泥含水率为E-mailhanqiao296@qq．corn91．91％左右，浓缩效果优于普通浓缩池。4)新型ISTD反应器各反应室的pH值均为6．5～2012—11—13收稿7．5，VFA为400mg／L左右，产气率为0．85113／m，反应(上接第21页)[13]VanderStarJ，vandeGraafJ，KartalB，eta1．Responseof(12)：6650-6656．anaerobicammonium-oxidizingbacteriatohydroxylamine[J]．[18]StrousM，VanGervenE，ZhengP，eta1．AmmoniumremovalAppliedEnvironmentalMicrobiology，2008，74(14)：4417-4426．fromconcentratedwastestreamswiththeanaerobicammonium[14]YangJ，ZhangL．YasuhiroF，eta1．High-ratenitrogenremovaloxidation(anammox)processindifferentreactorconfigurationsbytheAnammoxprocesswithasufficientinorganiccarbonsource[J]．WaterResearch，1997，31(8)：1955-1962．[J]．BioresourceTechnology，2010，101(24)：9471-9478．[19]NiSQ，FessehaieA，LeePH，eta1．Interactionofanammox[15]YangJ，ZhangL，HiraD，eta1．High—ratenitrogenremovalbythebacteriaandinactivemethanogenicgranulesunderhighnitrogenAnammoxprocessatambienttemperature[J]．Bioresourceselectivepressure[J]．BioresourceTechnology，2010，101(18)：Technology，2011，102(2)：672-676．6910_69】5．[16]ZhangL，YangJ，HiraD，eta1．High-ratenitrogenremovalfromanaerobicdigesterliquorusinganup·flowAnammoxreactorwith作者通信处杨嘉春100011北京市东城区西滨河路22号神华大polyethylenespongeasabiomasscarrier[J]．JournalofBioscience厦B503andBioengineering，2011，111(3)：306—311．E-mailyangjia6722@yahoo．com．cn[17]MaY，HiraD。LiZ，eta1．Nitrogenremovalperformanceofa2012—12—05收稿hybridanammoxreactor[J]．BioresourceTechnology，2011，102《翰亘翟自①丑起童厕皆踽攘稿