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水热预处理对不同污泥性质及厌氧消化性能的影响

摘要:水热预处理对不同污泥性质及厌氧消化性能的影响,“十三五”生态环境保护规划要求,大力推进污泥稳定化、无害化和资源化处理处置,地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90

  “十三五”绿色生态生态环境保护整体规划规定,全力推动淤泥防老化、无害化处理和资源化再生解决应急处置,地市级及之上大城市淤泥无害化应急处置率做到90%,京津冀一体化地区做到95%。厌氧消化技术性可以根据微生物菌种的功效合理完成有机化合物溶解、收购 沼液电力能源,完成淤泥的防老化和资源化。可是淤泥多以产甲烷菌方式存有,植物细胞和胞外高聚物对水份及有机化合物的包囊功效危害淤泥的地基沉降特性和脱干特性,厌氧消化特性较弱。水热预备处理可以提升溶解性,进而做到提升淤泥厌氧消化高效率的目地。

  水热预备处理技术性在中国的工程项目运用愈来愈普遍,近些年已变成污泥处置应急处置行业的科学研究网络热点,可是,因为废水来源于、水热标准、厌氧消化运作标准等不统一,现阶段中国有关水热预备处理技术性的有关报导,尤其是试验室检样经营规模与工程等级的科学研究数据信息无法互相参考和比照。废水的来源于和污水处理厂的工艺处理也会造成 淤泥的特性差别,给淤泥水热预备处理技术性的营销推广和运用产生可变性。文中以在我国北方和南方4种不一样淤泥为研究对象,对不一样来源于与特性淤泥的水热改性材料实际效果以及小试标准下的厌氧消化增益值功效开展评定,以求为水热预备处理技术性在污泥处置应急处置全过程的应用推广出示一定的理论来源和数据信息支撑点。

  一、原材料与方式

  1.1 试验原材料

  试验以在我国北方和南方(北京市、上海市、广西省、山东省)污水处理站获得的淤泥为研究对象,各废水来源于、废水处理加工工艺、脱干淤泥含水量等有关淤泥特点如表1所显示。淤泥取回来后放置4℃冰箱冷藏储存备用。

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  1.2 试验设备

  试验淤泥的水热预备处理选用水热闪蒸预备处理小试设备开展实际操作,全套反映设备如图所示1所显示,解决经营规模为3t/d,含水量以80%计。

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  试验常用小试厌氧消化管式反应器为100L的持续拌和管式反应器(Continuousstirredtankreactor,CSTR),如图2所显示。管式反应器具备水浴隔层,选用控温循环系统水浴锅开展隔热保温,反映溫度为37℃。拌和状况为每过1h拌和15min。

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  1.3 淤泥水热方式

  将淤泥各自根据磁力泵运输至水热罐,运用饱和水汽对淤泥开展加温,当淤泥溫度做到设置溫度后,隔热保温保压30min,水热进行后,根据油路板操纵,使处在超高压下的淤泥制冷降血压后立即从水热罐排出来,水热泥散装后于4℃下储存备用。

  1.4 淤泥水热改性材料特点试验

  全国各地淤泥与不一样溫度标准(130、150、170、180℃)解决的水热淤泥在加纯净水统一调整总固态摩尔质量至10%后,开展不一样来源于淤泥的水热改性材料特点科学研究,测量淤泥黏度、高锰酸盐指数浓度值、pH值、总固态成分成分。

  1.5 淤泥厌氧消化试验

  取试验室平稳运作的中温厌氧消化淤泥做为打疫苗淤泥,以180℃水热处理工艺30min的预备处理淤泥为原材料开展厌氧消化试验。依据相对水热泥的总固态摩尔质量配置没经水热处理工艺的淤泥,做为各对照实验入料。试验全过程中明显提高生物滤池的有机化学负载(Organicloadrate,OLR),并各自从沼液生产量和管式反应器减容实际效果两层面调查水热预备处理对全国各地淤泥厌氧消化特性的推动作用。图3不一样水热反应溫度下各淤泥的黏度转变

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  1.6 统计分析方法

  总固态(Totalsolid,TS)成分、挥发物固态(Volatilesolid,VS)成分各自选用105、600℃恒重法检验,选用5000r/min抽滤和105℃干躁恒重法检验溶解性总固体(Suspendsolid,SS)成分,挥发物溶解性总固体(Volatilesuspendedsolids,VSS)成分的检验方式为将105℃品质稳定后的SS在600℃下再度加温至品质稳定。选用NDJ1S型粘度仪检验黏度。选用梅特勒FiveEasyPlus台式一体机pH计测量pH值。高锰酸盐指数浓度值的检验方式参考参考文献。

  各指标值在不一样标准中间的差别显著性差异根据SPSS21.0手机软件开展双要素方差分析(P<0.01,表明差别极明显。P<0.05,表明差别明显。P>0.05,则差别不明显)。数据信息选用Origin8.5手机软件梳理绘图。

  二、結果与探讨

  2.1 不一样来源于淤泥的水热改性材料特点

  2.1.1 淤泥黏度

  淤泥黏度是淤泥流通性能的评价方法,其针对事后淤泥运输设计方案及操纵具备关键实际意义。黏度越大,运送摩擦阻力越大,所耗费的输出功率越大。从图3(图上不一样英文字母表明差别明显,相同)能够看得出,同样溫度解决后,全国各地淤泥黏度自始至终差别明显(P<0.05)。黏度从大到小先后为北京市、上海市、广西省、山东省,与表1中各淤泥的挥发物固态成分在总固态成分中的占比相对性应,由此可见淤泥黏度随挥发物固态成分的提升而提升。文献研究了12、22、32℃下不一样浓度值淤泥的黏度,发觉污泥沉降比基础决策了淤泥的黏度,超低温下淤泥溫度对黏度危害相对性较小。本科学研究北京市、上海市、广西省的原泥黏度较高,各自为46.327、31.423、24.332Pa•s,山东省淤泥的黏度(3.440Pa•s)相对性较低,很有可能是由于其废水处理关键选用AB加工工艺,淤泥中的胞外高聚物成分较少。北京市、上海市和广西省的废水处理加工工艺各自为A2/O、改进的AO和A2/O,其胞外高聚物造成量相对性很大。伴随着水热反应溫度的上升,淤泥黏度降低极明显(P<0.01),其对反映溫度的敏感性高过对浓度值的敏感性,在超出150℃后全国各地淤泥黏度减幅趋向轻缓。170、180℃解决下淤泥黏度无明显差别(P>0.05)。这主要是因为伴随着水热反应溫度的慢慢上升,大顆粒化学物质最先产生融解,150℃下列关键以糖原融解为主导,当溫度再次上升,溫度超出150℃,植物细胞逐渐粉碎,蛋白的融解加速。溫度再次升高至170℃,淤泥的热水解反应更为完全,全部淤泥展现出更为匀称的情况,这类状况下增加反映溫度对淤泥黏度基本上无危害。不难看出,淤泥来源于对淤泥黏度危害明显,170℃水热处理工艺不一样来源于的淤泥就可以做到不错的黏度实际效果。

  2.1.2 淤泥高锰酸盐指数浓度值和pH值

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  淤泥中氮的关键构成为不溶态有机化学氮、融解态有机化学氮及高锰酸盐指数。不溶态有机化学氮关键为蛋白,融解态有机化学氮关键包含碳水化合物等。水热反应全过程中,一部分中氮化学物质转换为高锰酸盐指数。由图4得知,不一样来源于淤泥中的高锰酸盐指数浓度值伴随着水热反应溫度的上升都极明显提升(P<0.01),但不一样淤泥的提升规律性主要表现出极明显差别(P<0.01)。北京市淤泥在130℃和150℃的水热溫度下,高锰酸盐指数浓度值提升较少,溫度做到170℃和180℃时提升显著。上海市淤泥和广西省淤泥的高锰酸盐指数浓度值增长幅度伴随着溫度的提升越来越大,山东省淤泥的高锰酸盐指数浓度值在130℃和150℃的水热溫度下明显提升,但170℃后提升不显著。整体上,当淤泥水热反应溫度做到150℃后,各淤泥高锰酸盐指数浓度值极明显提升(P<0.01),这时受淤泥来源于的危害不大(P>0.05)。而当溫度做到170℃时,再次提升水热反应溫度,高锰酸盐指数浓度值增长幅度并不大(P>0.05)。它是因为微生物菌种体细胞被毁坏,释放出来了很多的蛋白类化合物,蛋白的融解和进一步水解反应产生高锰酸盐指数浓度值提升。在170℃水热处理工艺后,原淤泥中能够转换为高锰酸盐指数的蛋白、碳水化合物等中氮化学物质已基础进行转换。另外水热全过程有机化合物的融解和溶解会造成很多的挥发物有机物,其主要表现为淤泥pH值的降低,如图所示5所显示。水热反应溫度做到150℃后,pH值受溫度危害不大(P>0.05),受来源于危害极明显(P<0.01)。它是因为当水热溫度超过150℃时,淤泥中的高锰酸盐指数浓度值明显上升,缓存管理体系大大的提高。此外,微生物菌种体细胞毁坏还会继续释放出来很多的碱土金属正离子K 和Na 。

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  2.1.3 淤泥TS成分

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  图6为水热处理工艺前后左右不一样淤泥TS成分变化趋势,进一步认证了淤泥黏度、高锰酸盐指数浓度值、pH值等指标值的转变。伴随着水热反应溫度的上升,很多有机化合物由固相迁移到高效液相,全国各地淤泥中的SS摩尔质量慢慢降低,在其中VSS融解占比显著超过不容易挥发的溶解性总固体(Fixedsuspendedsolid,FSS),由此可见溶解性总固体中有机化合物比无机化合物融解水平高。山东省淤泥受本身TS成分的危害,热水解反应后其转变水平不如北京市、上海市、广西省淤泥。全国各地淤泥在170℃水热处理工艺下的化学物质融解对比150℃时大幅度提高,它是因为150℃热处理工艺以后植物细胞粉碎,胞内化学物质也逐渐产生融解和溶解。对淤泥溶解度固态化学物质的成分再开展细分化,能够发觉水热全过程中迁移到高效液相的化学物质以有机化合物(Volatiledissolvedsolid,VDS)为主导,高效液相中无机物固态(Fixeddissolvedsolid,FDS)的提升较少,一样表明水热处理工艺对有机化合物的融解实际效果更明显。

  全国各地淤泥的VSS融解率随水热反应溫度的转变如图所示7所显示。不一样淤泥的VSS融解率都随溫度的上升极明显提升(P<0.01)。北京市淤泥的VSS融解率相对性较低,很有可能是由于污泥沉降比大造成 淤泥热传导对流传热特性不佳。上海市和广西省淤泥在溫度130℃和150℃中间增长幅度较小,这与北京市和山东省淤泥的发展趋势不一样。这可能是由二种缘故导致的:上海市和广西省淤泥中初沉淤泥占比较小,文献研究发觉剩下活性污泥法的胞外高聚物在高压灭菌自然环境下(121℃)就可以被彻底毁坏。水热溫度做到170℃之后,VSS融解率进一步提高,可能是工业生产废水中一部分耐热有机化合物获得了充足融解。

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  2.2 OLR对淤泥厌氧消化特性的危害

  2.2.1 沼液形成的推动作用

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  从表2能够看得出,在类似的OLR下,全国各地淤泥水热后的VS产气率都显著超过原泥厌氧消化的VS产气率(P<0.05),这与参考文献的科学研究結果一致,全国各地淤泥VS产气率随OLR提升无明显差别(P>0.05),但不一样淤泥的运作状况存有差别。北京市淤泥在5.1g/(L•d)的OLR下仍能平稳运作,广西省和山东省淤泥在OLR为4.5G/(L•d)时,原泥和水热泥管式反应器均劣变。对全国各地淤泥的VS产气率开展综合性比照,不一样来源于的淤泥在未水热的状况下,其消化吸收胀气特性存有很大差别,北京市原泥的厌氧消化胀气特性远好于别的淤泥,最大VS产气率达到675mL/g,基本上是别的淤泥产气率的2倍。这很有可能是由于北京市淤泥是由100%的生活污水处理历经A2/O处理工艺获得的。水热处理工艺后的4种淤泥在长时间负荷下的VS产气率仍显著高过原泥在低负载下的产气率。全国各地淤泥不一样负载排水热淤泥VS产气率的提升占比不尽相同,北京市、上海市、山东省三地淤泥VS产气率提升25.2%~69.8%,广西省水热淤泥VS产气率的提升占比达到101.6%~133.8%,它是因为广西省的污水处理站沒有设定初沉池,其淤泥为纯剩下淤泥,而剩下淤泥经热水解反应解决后的胀气提高实际效果远高于初沉淤泥。水热预备处理后淤泥VS产气率的肯定增加率却类似,水热后加药1tVS造成的沼液量提升83~218米3(均值143M3)。

  2.2.2 生物滤池减容实际效果

  淤泥的黏度伴随着淤泥固态浓度值的上升而快速增大,淤泥流通性差,非常容易导致管路堵塞和拌和艰难,因而在具体工程项目中华泥的厌氧消化在高OLR下没法一切正常开展。北京高碑店污水处理站在应用水热技术性对淤泥开展预备处理以前,设计方案的入料TS摩尔质量仅有6%,总水力发电等待时间(Hydraulicretentiontime,HRT)为28d,即OLR约1.5G/(L•d)。水热预备处理推动淤泥化学物质的融解和水解反应,水热反应全过程的超高压自然环境合理地毁坏淤泥絮体和微生物菌种植物细胞。淤泥的粒度大幅度缩小,黏度降低达96%~99%,主要表现出优良的流通性。从表2得知全国各地水热泥在最大OLR下的VS产气率也显著高过原泥在最少OLR下的产气率,OLR的提高能够完成生物滤池的减容,图8展现了全国各地淤泥水热后在不一样OLR下入料相对性于原泥OLR为1.5G/(L•d)的减容率,在类似的OLR下,不一样淤泥生物滤池减容实际效果相仿。水热后可节约管式反应器容量38%~71%。

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  三、结果

  (1)同样水热溫度解决下,淤泥黏度、高锰酸盐指数浓度值、pH值受淤泥来源于的危害很大。伴随着水热反应溫度的上升,淤泥黏度明显降低,高锰酸盐指数浓度值持续上升,pH值明显减少。170℃水热处理工艺对不一样淤泥具备广泛适用范围,水热改性材料实际效果佳。

  (2)各种各样淤泥的VS产气率随OLR的提升均无显著性差异转变,但运作状况存有差别。100%生活污水处理经A2/O加工工艺获得的淤泥厌氧消化胀气特性不错,最大VS产气率达到675mL/g,基本上是别的淤泥产气率的2倍。

  (3)不一样淤泥在水热预备处理后的厌氧消化胀气特性均显著提高,但受淤泥本身胀气特性危害,提升占比差别很大,北京市、上海市、山东省三地淤泥VS产气率提升25.2%~69.8%,因为广西省淤泥为纯剩下淤泥,水热处理工艺后VS产气率提升达到101.6%~133.8%。殊不知,不一样来源于淤泥水热预备处理后VS产气率的增加率相距并不大,增加率为83~218米3/t(均值143M3/t)。

  (4)水热预备处理后淤泥流通性变好,可完成厌氧消化的浓度较高的、长时间负荷入料,管式反应器减容率达到38%~71%。(来源于:北京市城市排水系统集团公司有限责任公司企业高新科技研发中心;中国农大工学院)

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作者: 三六五环保公司

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