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測(cè)定活性污泥產(chǎn)氣能力的新型實(shí)驗(yàn)方法

文檔作者：牛志敏1 韓金枝2 文檔來(lái)源： 1德州市環(huán)境保護(hù)局 2德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月31日
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測(cè)定活性污泥產(chǎn)氣能力的新型實(shí)驗(yàn)方
牛志敏1 韓金枝2
(1德州市環(huán)境保護(hù)局山東德州253013
2德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所山東德州253034)
摘要污泥的產(chǎn)氣能力隨著鐵的投加而降低．降低的程度與污泥特性和投加方式有關(guān)。建立可快速測(cè)定鐵投加對(duì)于活性
污泥產(chǎn)氣能力的影響的實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)考察產(chǎn)氣能力下降的機(jī)理。為驗(yàn)證方法．利用連續(xù)提取對(duì)鐵投加前后污泥中的鐵和磷
進(jìn)行分餾。投藥后引起污泥中的總鐵和磷含量增加．但是2者的生物利用性有所降低。產(chǎn)生的污泥與化學(xué)除磷污泥含有的無(wú)
機(jī)成分比較相似。厭氧消化過(guò)程中．投藥產(chǎn)生的污泥比未投加藥劑的污泥所產(chǎn)生的沼氣和甲烷分別減少12％一20％和9％一
2l％。此方法有助于自來(lái)水公司和學(xué)者更進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)室鐵投加進(jìn)行模擬。
關(guān)鍵詞活性污泥厭氧消化鐵甲烷方法
中圖分類號(hào)：S216．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672—9064(2012)02—0046．-02
近年來(lái)，水體富營(yíng)養(yǎng)化Et益加重?。向污水中投加鐵鹽
是化學(xué)除磷的主要方式．但是對(duì)厭氧消化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不利影
響。會(huì)降低沼氣的產(chǎn)量[捫。厭氧消化受多因素的影響．其中有
些與化學(xué)除磷相關(guān)．相關(guān)的影響包括底泥中可生物利用的鐵
和磷的濃度．消化液中磷的濃度以及底物中厭氧微生物菌群
的可用性【3]．評(píng)價(jià)化學(xué)除磷對(duì)厭氧消化的影響是具有挑戰(zhàn)性
的．因?yàn)殡y于分離變量并且對(duì)于實(shí)際產(chǎn)生的影響存在很大的
爭(zhēng)論?。爭(zhēng)議因研究者利用不同的方法評(píng)價(jià)影響而進(jìn)一步復(fù)
雜化，評(píng)價(jià)方法包括：①全面比較2個(gè)不同的污水處理廠，其
中一個(gè)含有化學(xué)除磷裝置；②全面比較多個(gè)含有化學(xué)除磷裝
置以及不含的污水處理廠；③全面比較一個(gè)污水處理廠在化
學(xué)除磷試運(yùn)行前后的影響；④實(shí)驗(yàn)室人工模擬化學(xué)除磷污泥
[捫。本文主要研究這4種方法。
1 方法
1．1鐵投加方法
為了在實(shí)驗(yàn)室中全面模擬鐵投加．需要考慮所有在污水
處理中對(duì)Fe和無(wú)機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生復(fù)雜相互作用的影響因素。
回流活性污泥(RAS)和沉降污泥(SetS)取自非鐵投加污
水處理廠?；亓骰钚晕勰喱F(xiàn)場(chǎng)濃縮至Ts濃度為8#L并存放
在5℃(±1℃)的冷藏柜中。保證污泥的最短存放時(shí)間，因?yàn)楫?dāng)
存在時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生污泥中易降解有機(jī)物的分解而導(dǎo)致
沼氣產(chǎn)量降低的現(xiàn)象。例如．存放50d的回流活性污泥的沼
氣產(chǎn)量?jī)H為新鮮污泥的55％。沉降污泥的沉降時(shí)間為30rain
并且保存上清液。投加方式包括回流活性污泥和沉降污泥的
混合．其中沉降污泥作為回流活性污泥中微生物的食物。按
照混合后的偈濃度為3．59／L設(shè)置RAS與Sets的混合比。混
合液(TS 40m酏)中總磷的濃度按照4種實(shí)際含鐵RAS(31～
55rag P幢TS)的總磷平均濃度設(shè)定。
制備2個(gè)獨(dú)立的RAS與SetS的混合物．第1個(gè)混合物
用于測(cè)定實(shí)際Ts和總磷的濃度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法2540測(cè)定
鴨，總磷測(cè)定方法參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)方法4500P—E．這些濃度用于模
擬實(shí)際含鐵污泥。第2種混合物中Fe和P的數(shù)量計(jì)算出便
可確定RAS與SetS的合適的比例．以確保3．59／t的，Is和投
加流程．
第2種混合物制備2個(gè)：①作為測(cè)試(投加鐵鹽)；②作
為空白不投加鐵鹽。投加流程包括Fe(FeSO．·7H20)和P
(Na弘P04·12H213)的投加?；瘜W(xué)試劑分別溶于30mL的超純水
(UPW)中。每15rain向含有RAS和SetS混合物的容器中投
加lmL的Fe溶液和lmL的P溶液．向空白中投加2mL的
超純水，共投加7．5h。鐵的投加引起pH的降低。因此對(duì)溶液
pH進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)加入6N NaOH溶液保持pH在7±o．5。2
種混合物熟化16h(1夜)并在第2天進(jìn)行分析。熟化期間不
投加化學(xué)藥劑。
對(duì)RAS和SetS混合物進(jìn)行3種分析：①無(wú)機(jī)成分；②序
批測(cè)試消化率(測(cè)試和空白)；③磷的去除率(僅測(cè)試)。
1．2無(wú)機(jī)成分分析一驗(yàn)證方法
投加方式通過(guò)研究測(cè)試污泥中Fe和P的種類進(jìn)行驗(yàn)
證?？倽舛扰c4種實(shí)際化學(xué)除磷污泥有關(guān)。連續(xù)提取(SE)測(cè)
試污泥和空白污泥各3個(gè)樣品。利用順序等離子體發(fā)射分光
光度計(jì)進(jìn)行分析。采用2種連續(xù)提取的方法：①用于磷的分
離；②用于鐵的分離。
1．3消化率批量測(cè)試
測(cè)試和空白污泥進(jìn)行消化后測(cè)定其相關(guān)的消化率。在
120raL的無(wú)刻度血清瓶35℃下消化13d．血清瓶用丁基橡膠
隔墊和鋁壓接密封。每個(gè)瓶子中裝入30raL的消化后的接種
污泥和70mL的接種污泥。測(cè)試和空白污泥經(jīng)過(guò)熟化后濃縮
至VS O．49，濃縮后的污泥用超純水稀釋至70n1L。相對(duì)消化
率由3個(gè)參數(shù)進(jìn)行表征：①沼氣體積；②沼氣成分以及相應(yīng)
作者簡(jiǎn)介：牛志敏(196p)，女．山東德州人，大學(xué)本科。高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。
2012．N02． o
●J 土厶
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
的甲烷體積；③有機(jī)物破壞量。沼氣量計(jì)算采用壓力計(jì)測(cè)定
氣體壓力和應(yīng)用的理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算。利用氣相色
譜測(cè)定沼氣成分，樣品體積lmL。通過(guò)測(cè)定消化前后的VS
濃度計(jì)算有機(jī)物破壞量，測(cè)定方法參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)2540Et酬。
1．4磷的去除率
磷的測(cè)定方法參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)4500 P—E【1】。
2結(jié)果和討論
2．1投藥方法的驗(yàn)證
投藥方法可有效制備與實(shí)際含鐵污泥的P、Fe和總濃度
相近的測(cè)試污泥。4種實(shí)際含鐵污泥與測(cè)試污泥一起進(jìn)行比
較分析．同時(shí)分析6六種實(shí)際未含鐵污泥作為輔助研究。結(jié)
果表明測(cè)試污泥與實(shí)際含鐵污泥的P、Fe和總濃度相近。
(1)磷酸鐵鹽的形成。投加鐵作為化學(xué)除磷的一種形式
的主要目的是生成不溶性且可通過(guò)沉淀去除的磷酸鐵鹽．確
定這種投加方法產(chǎn)生磷酸鐵鹽的形式或是其他形式化合物。
測(cè)試污泥中的磷酸鐵鹽是由Fe、N妒z07和EDTA生成的。從
Na麒)7和EDTA中提取的鐵的濃度從3．7mg Fe／g偈增加至
67rag Fe／g TS。TypFe污泥的濃度為100mgFe／g偈。在測(cè)試污
泥和TypFe污泥中FeNa4P20，+FeEDTA占總鐵組成的
94％。FeNa,P207和FeEDTA的比例分別為1．1(測(cè)試)和0．5
(TypFe)。表明在測(cè)試污泥中少量不穩(wěn)定的Fe—P化合物，因
其熟化時(shí)間較TypFe污泥短。
(2)總磷濃度和分餾。投加鐵后總磷的濃度從35mg／g"IS
(空白)增加至47mg／g"IS(測(cè)試污泥)。與TypFe投加的污泥
的總磷濃度相當(dāng)。與空白樣品相比．Real Fe—dosed實(shí)際含鐵
污泥通常具有較低的溶解性和可生物利用的磷．并具有較高
的總磷濃度。消化劑中溶解性P濃度的降低也是影響厭氧消
化的可能原因。這表明盡管溶解性磷的濃度從11．2m∥g TS
降低至2．2m蜀幢TS，但是最低濃度仍比Fe—dosed溶解性磷濃
度高0．05mg／g'IS．
(3)總鐵和可生物利用鐵。測(cè)試污泥中總鐵的濃度由實(shí)
驗(yàn)中加入的硫酸鐵的量決定．硫酸鐵的量由最終所需的總磷
濃度決定，通常Fe：P為2：1?？傝F的濃度(71mg／g"IS)僅比4
種實(shí)際含鐵污泥中鐵的最低濃度低14mg／g TS．與化學(xué)除磷
污泥中總鐵濃度相當(dāng)。
測(cè)試污泥中鐵分餾概況與實(shí)際含鐵污泥類似?？缮锢?
用鐵的濃度可影響厭氧消化．因?yàn)镕e與微生物傳遞息息相
關(guān)?？缮锢玫蔫F需要3種形式水溶性．KNO，和KF?？缮?
物利用鐵的濃度在測(cè)試污泥中為1．0 m以TS(總鐵的
1．4％)，在實(shí)際含鐵污泥中的范圍為0．3～1．1m∥g TS(總鐵的
0．3％。0．8％)。兩者基本相當(dāng)。需要注意到實(shí)驗(yàn)室投加藥劑的
方式是單劑量投加．或者人為高濃度投加．實(shí)際上由于快速
的沉淀／吸附機(jī)制的發(fā)生使得在可生物利用組分中鐵的提取
濃度增加。因此．單劑量投加系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥具有較高濃度
的可生物利用鐵．且與實(shí)際未投加的污泥(O．2～2．1m以TS)
相近．這也是厭氧消化不受化學(xué)除磷影響的原因。
2．2磷去除率
當(dāng)不溶性的金屬化合物形成時(shí)．化學(xué)除磷通過(guò)沉降將這
些不溶性物質(zhì)去除。因此需要驗(yàn)證在測(cè)試污泥中是否有效地
將磷去除．當(dāng)磷的去除率高于80％，上清液中總磷濃度低于
lmg／L時(shí)。方法可行。
測(cè)試污泥上清液中總磷的濃度為0．3mg／L．相應(yīng)的磷的
去除率為99．5％。磷的去除效果較好的原因在于溶液中含有
大量的Ca和Mg，沉降時(shí)形成鈣鎂磷酸鹽以及磷酸鐵鹽。這
種鐵鹽投加方式在其它3個(gè)污水處理廠進(jìn)行試驗(yàn)．磷的去除
率分別為82％、76％和83％。
2．3相對(duì)消化率
本文提出的方法的理論依據(jù)是使自來(lái)水公司可以簡(jiǎn)單
評(píng)價(jià)化學(xué)除磷．或是鐵鹽的投加是否對(duì)厭氧消化過(guò)程中沼氣
的質(zhì)量，產(chǎn)量造成不利影響．研究發(fā)現(xiàn)加入CPR污泥后對(duì)厭
氧消化產(chǎn)生抑制作用．需要確定與空白樣品相比．測(cè)試污泥
是否有相關(guān)影響．
測(cè)試污泥的沼氣總體積始終比空白污泥低12％。20％．
但在污水處理廠的結(jié)果中降低的百分?jǐn)?shù)不同。對(duì)于自來(lái)水廠
甲烷體積的測(cè)定更加重要．它直接關(guān)系到CHP廠的能力．同
時(shí)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)確有大幅度降低，降低幅度在9％～21％。降
低的百分?jǐn)?shù)與研究鐵投加的污泥的消化率結(jié)果吻合。
3結(jié)論
實(shí)驗(yàn)室投藥方法應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：生物質(zhì)活性、活性污
泥固體濃度、總鐵和磷的濃度與成分、P的可用性、速度和Fe
—P的沉降反應(yīng)中需氧量．鐵投加方法產(chǎn)生的Fe—dosed污泥
與從4個(gè)污水處理廠收集的實(shí)際含鐵污泥具有相似的P和
Fe特性。該方法適用于小型實(shí)驗(yàn)．如消化率測(cè)試并且適用于
自來(lái)水廠測(cè)試鐵投加對(duì)消化率的影響實(shí)驗(yàn)．
利用該方法對(duì)4個(gè)污水處理廠產(chǎn)生的污泥測(cè)試．結(jié)果表
明沼氣和甲烷的產(chǎn)量分別減少了12％～20％和10％．22％。在
第一步實(shí)驗(yàn)中磷的去除率最高達(dá)99．5％．相應(yīng)的出水中磷的
濃度為0．3mg／L。后續(xù)實(shí)驗(yàn)中磷的去除百分率在76％～83％之
間，此范圍的去除率對(duì)于實(shí)際CPR處理廠更具代表性。
參考文獻(xiàn)
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