溫度及pH值對解偶聯(lián)劑降低污泥產(chǎn)率效果的影響 - 袁伯威 - 圖文-

1、第4卷第4期黑龍江大學(xué)工程學(xué)報V o l.4,N o.4 2013年11月J o u r n a lo fE n g i n e e r i n go fH e i l o n g j i a n gU n i v e r s i t yN o v.,2013溫度及p H值對解偶聯(lián)劑降低污泥產(chǎn)率效果的影響袁伯威1,孟昭輝2,3(1.首創(chuàng)愛華(天津市政環(huán)境工程有限公司,天津300191;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室,哈爾濱150090;3.中國市政工程華北設(shè)計研究總院,天津300074摘要:隨著我國污水處理行業(yè)的快速發(fā)展,活性污泥法的廣泛應(yīng)用,剩余污泥產(chǎn)量日益增加,已經(jīng)成為

2、污水處理產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)重負(fù)擔(dān),如何降低剩余污泥產(chǎn)量成了一個急待解決的問題。通過單因素實驗分別考察溫度和p H值對一種耦合解偶聯(lián)劑降低剩余污泥產(chǎn)量的影響,該耦合解偶聯(lián)劑是由3,3,4,5-四氯水楊酰苯胺(T C S和2,4,6-三氯苯酚(T C P組成。研究發(fā)現(xiàn)低溫時耦合解偶聯(lián)劑對于C O D的去除率影響較大,而在低p H值的情況下耦合解偶聯(lián)劑對于污泥生長的抑制效果減弱。關(guān)鍵詞:污泥減量;解偶聯(lián)劑;剩余污泥中圖分類號:X703文獻標(biāo)志碼:A文章編號:2095-008X(201304-0030-05E f f e c t so ft e m p e r a t u r ea n dp Ho nt h e

3、f u n c t i o no fac o m b i n e du n c o u p l e rt or e d u c ee x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o nY U A NB o-w e i1,M E N GZ h a o-h u i2,3(1.C a p i t a lA i h u aM u n i c i p a lE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g(T i a n j i nC o.L T DT i a n j i n300191,C h i n a;2.S t a t eK

4、 e yL a b o r a t o r y o fU r b a nW a t e rR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n t,H a r b i n150090,C h i n a;3.N o r t hC h i n aM u n i c i p a lE n g i n e e r i n gD e s i g na n d R e s e a r c hI n s t i t u t e,T i a n j i n300074,C h i n aA b s t r a c t:W i t ht h er a p i dd e v e l o

5、 p m e n to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti n d u s t r ya n da c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw a s u s e dw i d e l yi nC h i n a,a ni n c r e a s i n gn u m b e ro fe x c e s sa c t i v a t e ds l u d g eh a da l r e a d yb e c o m eas e r i o u s e n v i r o n m e n tp r o b l e m

6、.H e n c e,n e wt e c h n o l o g i e sa r eu r g e n t l yn e e d e dt ol i m i tt h ep r o d u c t i o no fe x c e s s s l u d g e.A p p l y i n gs i n g l e-f a c t o re x p e r i m e n t sr e s e a r c h e dt h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r ea n dp Ho nt h ef u n c t i o n o fac o m b i n

7、 e du n c o u p l e rt or e d u c ee x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n.T h ec o m b i n e du n c o u p l e rw a sc o n s i s t e do f3, 3,4,5-t e t r a c h l o r o s a l i c y l a n i l i d e(T C Sa n d2,4,6-t r i c h l o r o p h e n o l(T C P.T h i sp a p e rf o u n dt h a t c o m b i n e du

8、n c o u p l e rh a dm o r ei n f l u e n c e so nC O Dr e m o v a lr a t ea tl o wt e m p e r a t u r ea n dt h ei n h i b i t i n g f u n c t i o no fc o m b i n e du n c o u p l e ro ne x c e s ss l u d g ew a sa f f e c t e ds e r i o u s l ya tl o wp Hv a l u e.K e yw o r d s:e x c e s ss l u d

9、g er e d u c t i o n;m e t a b o l i cu n c o u p l e r;e x c e s sa c t i v a t e ds l u d g e收稿日期:2013-10-10基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(51008105;黑龍江省自然科學(xué)基金項目(Q C2010105作者簡介:袁伯威(1978-,男,天津人,工程師,研究方向:市政工程;通訊作者:孟照輝(1978-,男,黑龍江哈爾濱人,工程師,博士研究生,研究方向:市政工程,E-m a i l:z h a o h u i m e n gy e a h.n e t。1污泥產(chǎn)量及解偶聯(lián)劑技術(shù)的研究現(xiàn)狀

10、活性污泥法是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的污水處理技術(shù)之一,被廣泛應(yīng)用于生活污水和工業(yè)污水處理。但是伴隨著每年污水產(chǎn)量的增加,污泥的巨大產(chǎn)量已經(jīng)限制了活性污泥法的應(yīng)用,成為嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。污泥的處理成本已經(jīng)占到污水處理廠運行和管理費用的50%60%1。據(jù)統(tǒng)計,2006年我國城市污水處理廠產(chǎn)生污泥(含水率80%高達1100×104t,是生活垃圾清運量的8%。而截止到2010年所有城市的污水處理量為343×108t,剩余污泥產(chǎn)量約2200×104t/a(含水率80%2。在污泥減量技術(shù)中主要分為原位污泥減量技術(shù)和污泥后處理減量技術(shù),原位污泥減量技術(shù)被認(rèn)為優(yōu)于污泥后處理技術(shù),因

11、此世界范圍內(nèi)很多專家學(xué)者都在研究新的原位污泥減量技術(shù)。目前提出的原位污泥減量技術(shù)的機理主要有:細(xì)胞溶解-隱性生長3;維持代謝4;細(xì)菌捕食5和代謝解偶聯(lián)6。代謝解偶聯(lián)優(yōu)于其他原位污泥減量技術(shù)的主要原因是不用對污水處理廠進行大規(guī)模的改造7。通常條件下微生物體內(nèi)的合成代謝和分解代謝是緊密偶聯(lián)在一起的,物質(zhì)分解產(chǎn)生的能量用于細(xì)胞合成和維持代謝。但是在一些特殊條件下,例如高溫,營養(yǎng)物限制,解偶聯(lián)劑的存在,A T P的合成將會受到抑制,分解代謝和合成代謝的偶聯(lián)也會發(fā)生分解8?；谶@個原理,解耦聯(lián)劑的投加可以抑制剩余污泥的產(chǎn)量,達到原位污泥減量的效果。解偶聯(lián)劑投加的情況下,有機物質(zhì)的氧化分解依然進行,但是用

12、于合成細(xì)胞質(zhì)的能量減少,應(yīng)此可有效地降低剩余污泥產(chǎn)量。之前的研究中著重研究不同解偶聯(lián)劑的污泥減量效率以及對于污染物去除率的影響,很少有研究涉及分析解偶聯(lián)劑在活性污泥法中運行的反應(yīng)條件及影響因素。在F e n gSC等人6的研究中發(fā)現(xiàn),投加3,3,4,5-四氯水楊酰苯胺(T C S和2, 4,6-三氯苯酚(T C P組成的耦合解偶聯(lián)劑比單一解偶聯(lián)劑有更好的減量效果。其耦合解耦聯(lián)劑最優(yōu)投放濃度為T C S0.81.0m g/L和T C P2.8 m g/L,此時可達到最高的污泥減量效率,且不會對C O D去除效果產(chǎn)生明顯影響。本文主要研究在間歇式活性污泥反應(yīng)器(S B R中溫度及p H值對耦合解偶

13、聯(lián)劑原位污泥減量效果的影響。2試驗材料與方法2.1污泥培養(yǎng)本實驗采用的活性污泥取自哈爾濱文昌污水處理廠二沉池?；钚晕勰嘣?0L的反應(yīng)器內(nèi)馴化并且進行間歇性曝氣的方式,采用機械攪拌,溫度控制在25±2。處理廢水采用人工模擬廢水葡萄糖(C O D,500m g/L,氯化銨(氨氮25m g/L,磷酸二氫鉀(磷12m g/L,和其他礦物質(zhì)(硫酸鎂、氯化鈣和硫酸鐵,其濃度分別為40、5和1.25 m g/L。污泥混合液懸浮固體濃度(M L S S保持在2000m g/L,溶解氧>5m g/L。采用碳酸氫鈉使p H值保持在7.0左右。經(jīng)過60d的馴化,活性污泥適應(yīng)于模擬廢水并且確保污泥沉降

14、性和有機物去除效果。2.2實驗裝置與方法實驗的運行裝置為6組采用間歇式活性污泥反應(yīng)器,其單體有效容積為2L,投加廢水采用培養(yǎng)污泥階段相同的人工模擬廢水,實驗分為兩個批次,在不同溫度和p H值條件下分別運行8d,期間每天運行進水-曝氣-沉淀-排水3個循環(huán),其中進水15m i n,曝氣6h,沉淀1.5h,排水15 m i n。反應(yīng)期間溫度控制在25±2,M L S S保持在2000m g/L。運行6組S B R反應(yīng)器(R1、R2、R3、R4、R5、R6考察溫度對T C S污泥減量效果的影響, 6組反應(yīng)器分別接種已馴化好的污泥,溶解氧> 5.0m g/L,p H值控制在7.0

15、7;0.3。反應(yīng)器R1、R2和R3的溫度分別設(shè)定在15、20和25,作為對照試驗不投加耦合解偶聯(lián)劑,而R4、R5、R6的溫度同樣設(shè)定在15、20和25,并且投加最優(yōu)濃度的耦合解偶聯(lián)劑,實驗中主要檢測指標(biāo)為C O D去除率和表觀污泥產(chǎn)量(Y o b s:Y o b s=M L S S末-M L S S初C O D初-C O D末式中M L S S初為反應(yīng)開始時的混合液懸浮固體濃度;M L S S末為反應(yīng)結(jié)束時的混合液懸浮固體濃度;C O D初為反應(yīng)開始時進水的化學(xué)需氧量;C O D末為反應(yīng)結(jié)束時出水的化學(xué)需氧量。·13·第4期袁伯威,等.溫度及p H值對解偶聯(lián)劑降低污泥產(chǎn)率效

16、果的影響第二批次同樣運行6組S B R反應(yīng)器(R1、R2、R3、R4、R5、R6考察p H值對T C S污泥減量效果的影響,6組反應(yīng)器分別接種已馴化好的污泥,溶解氧>5.0m g/L,溫度控制在25±2。反應(yīng)器R1、R2和R3的p H值分別設(shè)定為6.0、6.5和7.0,作為對照試驗不投加T C S,而R4、R5、R6的p H值同樣設(shè)定為6.0、6.5和7.0,并且投加最優(yōu)濃度的耦合解偶聯(lián)劑,實驗主要檢測指標(biāo)同樣為C O D去除率和表觀污泥產(chǎn)量(Y o b s。3實驗結(jié)果3.1溫度對耦合解偶聯(lián)劑減量效果的影響溫度對耦合解偶聯(lián)劑污泥減量效果的影響見圖1。由圖1可見,在投加耦合解偶聯(lián)

17、劑的第一天,耦合解偶聯(lián)劑對于C O D去除效果的影響并不明顯,但隨著實驗周期的增加對于C O D去除效果的影響逐漸趨于穩(wěn)定。結(jié)合表1可知在溫度升高過程 (a15時C O D 去除率(b15時的Y o b s(c20時C O D 去除率(d20時的Y o b s(e25時C O D 去除率(f25時的Y o b s圖1溫度對耦合解偶聯(lián)劑污泥減量效果的影響F i g.1E f f e c t so ft e m p e r a t u r eo nt h ef u n c t i o no fac o m b i n e du n c o u p l e rt or e d u c ee x c

18、e s ss l u d g ep r o d u c t i o n表1不同溫度下耦合解偶聯(lián)劑對C O D去除率和污泥減量效果的影響T a b l e1E f f e c t so ft e m p e r a t u r eo nt h ef u n c t i o no fac o m b i n e du n c o u p l e rt or e d u c ee x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n溫度/反應(yīng)類型C O D平均去除率/%Y o b s平均值Y o b s平均減少率/%第八天Y o b s值第八天Y o b s減少率/% 15

19、對照耦合解偶聯(lián)劑81.775.30.5080.39821.70.4950.38023.220對照耦合解偶聯(lián)劑82.376.30.5240.36231.00.5180.33435.525對照耦合解偶聯(lián)劑83.968.30.5460.32339.10.5610.30149.6·23·黑龍江大學(xué)工程學(xué)報第4卷中,S B R系統(tǒng)對C O D的去除效果逐漸趨于穩(wěn)定,但是解偶聯(lián)劑對于污泥產(chǎn)量的影響沒有太大變化,在3個不同溫度下對于C O D去除率的影響均為6%左右。因此可以得出解偶聯(lián)劑對于系統(tǒng)C O D 去除效果的影響不會伴隨反應(yīng)系統(tǒng)溫度的變化有明顯影響。此外,由圖1可見在不同溫度下耦

20、合解偶聯(lián)劑對于污泥生長都有一定的抑制作用。同對C O D效果類似,在反應(yīng)的第一天對活性污泥的抑制作用并不明顯,但隨著反應(yīng)運行時間的加長,這種抑制作用逐漸趨于穩(wěn)定。由表1可見無論在何種溫度下反應(yīng)第八天的Y o b s減少率都要大于Y o b s平均值減少率,說明活性污泥對于耦合解偶聯(lián)劑有一定的適應(yīng)階段。由表1可見,在不同溫度下,耦合解偶聯(lián)劑對于Y o b s的減少作用是不一樣的,Y o b s平均減少率在15時是21.7%,而在25時變?yōu)?9.1%,對活性污泥的抑制作用幾乎增長了一倍。值得注意的是在25時,投加耦合解偶聯(lián)劑第八天的Y o b s 減少了49.6%,說明耦合解偶聯(lián)劑可以有效地抑制活

21、性污泥的生長達到減少剩余污泥產(chǎn)量的目的。以上分析可以得出溫度的變化會影響耦合解偶聯(lián)劑對活性污泥的減量效果。由此可確定耦合解偶聯(lián)劑污泥減量試驗的最佳溫度為25。3.2p H值對耦合解偶聯(lián)劑減量效果的影響圖2顯示不同p H值下,對照試驗和投加耦合解偶聯(lián)劑的反應(yīng)系統(tǒng)中C O D的去除效果。表2說明不同p H值環(huán)境對于投加耦合解偶聯(lián)劑工藝系統(tǒng)中C O D去除效果的影響和污泥生長的抑制效果。綜合圖2和表2可見在不同p H值條件下耦合解偶聯(lián)劑都會對C O D的去除效果產(chǎn)生一定影響,其中伴隨著p H值的升高耦合解偶聯(lián)劑對于C O D去除效果的影響逐漸減小。因此p H值為7.0時,耦合解偶聯(lián)劑的投加對于C O

22、 D去除效果的影響最小 。(ap H=6.0時C O D 去除率(bp H=6.0時的Y o b s(Cp H=6.5時C O D 去除率(Dp H=6.5時的Y o b s(ep H=7.0時C O D 去除率(fp H=7.0時的Y o b s圖2p H值對耦合解偶聯(lián)劑污泥減量效果的影響F i g.2E f f e c t so fp Ho nt h ef u n c t i o no fac o m b i n e du n c o u p l e rt or e d u c ee x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n·33·

23、第4期袁伯威,等.溫度及p H值對解偶聯(lián)劑降低污泥產(chǎn)率效果的影響表2不同p H值下耦合解偶聯(lián)劑對C O D去除率和污泥減量效果的影響T a b l e2E f f e c t so fp Ho nt h ef u n c t i o no fac o m b i n e du n c o u p l e rt or e d u c ee x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o np H值反應(yīng)類型C O D平均去除率降低/%Y o b s平均值Y o b s平均減少率/%第八天Y o b s值第八天Y o b s減少率/%6.0±0.3對照耦合解偶聯(lián)

24、劑92.585.60.5310.34934.20.5490.29845.76.5±0.3對照耦合解偶聯(lián)劑78.772.30.5420.33438.30.5650.29447.97.0±0.3對照耦合解偶聯(lián)劑64.160.50.5460.33338.80.5680.28549.7此外,由圖2可見,在3種p H條件下耦合解偶聯(lián)劑都可以有效抑制活性污泥的生長達到減少污泥產(chǎn)量的目的。同溫度對耦合解偶聯(lián)劑對污泥生長抑制效果的影響類似,活性污泥對于耦合解偶聯(lián)劑有一定的適應(yīng)時間,之后抑制效果才逐漸趨于穩(wěn)定。由表2可見,當(dāng)p H值為6.5和7.0時,耦合解偶聯(lián)劑對于活性污泥的抑制效果區(qū)別不

25、大,較p H值為6.0時抑制效果都有明顯增強。綜合p H 值對耦合解偶聯(lián)劑C O D去除效果的影響和活性污泥生長的抑制效果考慮,耦合解偶聯(lián)劑抑制污泥生長的最佳p H值應(yīng)為7.0。4結(jié)論通過單因素實驗分析,發(fā)現(xiàn)溫度會對耦合解偶聯(lián)劑的污泥減量效果產(chǎn)生較強影響,而在p H值相對較高的情況下,耦合解偶聯(lián)劑對C O D去除效果的影響較小。研究確立了耦合解偶聯(lián)劑在S B R系統(tǒng)中最佳的運行條件是溫度為25和p H=7.0,此時耦合解偶聯(lián)劑對于污泥生長有最好的抑制效果,可以有效降低表觀污泥產(chǎn)量50%左右。參考文獻:1C a m p o sJL,O t e r oL,F r a n c oA,e ta l.O

26、 z o n a t i o ns t r a t e g i e st or e d u c es l u d g ep r o d u c t i o no fas e a f o o di n-d u s t r yWWT PJ.B i o re s o u r.T e c h n o l.,2009,100:1069-1073.2徐強.污泥處理處置新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:45-47.3Y a nST,M i y a n a g aK,X i n gXH,e ta l.S u c c e s s i o no fb ac t e r i a lc o m

27、 m u n i t ya n de n z y m a t i ca c t i v i t i e so fa c t i v a-t e ds l u d g eb yh e a t-t r e a t m e n tf o rr e d u c t i o no fe x c e s s s l u d g eJ.B i o c h e m i c a lE n g i n e e r i n gJ o u r n a l,2008,39(3:598-603.4W a g n e rJ,R o s e n w i n k e lKH.S l u d g ep r o d u c t i

28、 o ni nm e m b r a n eb i o r e a c t o ru n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n sJ.W a t e rS c i e n c e&T e c h n o l o g y,2000,41(10-11:251-258.5S o n gBY,C h e nXF.E f f e c to fA e o l o s o m ah e m p r i c h io ne x c e s sa c t i v a t e ds l u d g er e d u c t i o nJ.J o u r n a lo fH a z-a r d o u sM a t e r i a l s,2009,162(1:300-304.6F e n gXC,G u oWQ,C h e nC,e ta l.T r e a t a b i l i t ys t u d yo f3,3,4,5-t e t r a c h l o