ph值對污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

ph值對污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

隨著污水處理廠的快速發(fā)展，廢水排放量也顯著增加。目前中國的干污泥年產(chǎn)量為(80~140)×104t,預(yù)計(jì)到2010年污泥產(chǎn)量將是現(xiàn)在的5倍以上。因此,如何實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、資源化、無害化是城市污水處理廠面臨的重大難題。污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸(特別是乙、丙酸)被認(rèn)為是強(qiáng)化生物除磷過程中最易于利用的碳源[4、5],因而當(dāng)進(jìn)水COD濃度較低時(shí),可將污水處理廠的污泥進(jìn)行水解來獲取生物除磷所需的易降解基質(zhì)。顯然,污泥經(jīng)過這樣的處理后既產(chǎn)生了生物除磷過程所需的有機(jī)酸,又實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用。20世紀(jì)80年代以來,對于污泥水解酸化的研究越來越多,但大多是利用初沉池污泥水解發(fā)酵來產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFAs),也有采用初沉污泥和剩余污泥的混合污泥進(jìn)行研究,而單獨(dú)采用剩余污泥進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸的研究甚少[7、8]。在影響污泥厭氧發(fā)酵的因素中pH值是重要的參數(shù)之一,但多數(shù)研究是在中性或弱酸性條件下進(jìn)行的,有關(guān)堿性條件下的產(chǎn)酸研究則較少[9、10]。為此,筆者在溫度為20~22℃的條件下,考察了pH值對剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生VFAs的影響。1試驗(yàn)安裝和方法1.1u3000酸、堿、水等聯(lián)動(dòng)劑最佳ph值的確定試驗(yàn)采用9個(gè)直徑為100mm、高為250mm的有機(jī)玻璃反應(yīng)器(見圖1),有效容積為1.5L。采用不銹鋼數(shù)顯機(jī)械攪拌器對污泥進(jìn)行攪拌,攪拌速度控制為70~80r/min。厭氧發(fā)酵時(shí)間為20d,溫度為20~22℃,使用2mol/L的NaOH或者2mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH值,每12h調(diào)節(jié)一次,每次調(diào)節(jié)前測定pH值,發(fā)現(xiàn)其變化在0~0.3之間,因而能控制pH值在所要求的范圍內(nèi)。從裝置的上、中、下三個(gè)取樣口分別取樣,混合均勻后進(jìn)行測定。1.2剩余污泥的來源和特征剩余污泥取自某污水處理廠的回流污泥泵房,其特性參數(shù)見表1。1.3理化性質(zhì)的測定pH、TSS、VSS、SCOD、TCOD、BOD5、PO3-4-P、NH3-N和總凱氏氮(TKN)采用美國APHA的標(biāo)準(zhǔn)方法測定;碳水化合物采用phenol-sulfuric法測定;油脂采用重量法測定;溶解性蛋白質(zhì)采用Lowry-Folin法測定;總蛋白質(zhì)通過計(jì)算得到;VFAs采用氣相色譜法測定;酸性磷酸酶、堿性磷酸酶、α-葡萄糖苷酶采用文獻(xiàn)中介紹的方法測定。2結(jié)果與分析2.1ph值對vfas產(chǎn)量的影響圖2為pH值對VFAs產(chǎn)量的影響。由圖2可見,在20d的厭氧發(fā)酵時(shí)間內(nèi),pH值的變化范圍為4.0~7.0。在pH=7.0且經(jīng)過12d的發(fā)酵后,VFAs產(chǎn)量達(dá)到了86.63mg/gVSS的最大值;當(dāng)pH值為8.0~10.0時(shí)VFAs產(chǎn)量明顯提高,特別是當(dāng)pH值為10.0時(shí),厭氧發(fā)酵12d的產(chǎn)量高達(dá)256.16mg/gVSS,大約是pH值為7.0時(shí)的3倍。在pH值為11.0的條件下,VFAs產(chǎn)量在第20天時(shí)達(dá)到了262.30mg/gVSS,略大于pH值為10.0的,但所需厭氧發(fā)酵時(shí)間較長,不夠經(jīng)濟(jì)。綜上所述,將剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸過程中的pH值控制為10.0,經(jīng)過8d左右的發(fā)酵即可得到較高的VFAs產(chǎn)量,可認(rèn)為是本試驗(yàn)條件下較優(yōu)的pH值。2.2堿性條件下產(chǎn)酸增強(qiáng)機(jī)理在本研究中,堿性pH值下的VFAs產(chǎn)量大于酸性pH值的,這與現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于污泥(主要是初沉污泥或者初沉與剩余污泥的混合污泥)在酸性或近中性條件下能獲得較高產(chǎn)酸量的報(bào)道不同,因此有必要對堿性條件下產(chǎn)酸增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行探討。2.2.1ph值對scod溶出量的影響VFAs是SCOD的主要組分。將剩余污泥的pH值調(diào)節(jié)為8.0~11.0時(shí),其SCOD的溶出量明顯要比pH值為4.0~7.0時(shí)的高(如圖3所示),且SCOD的多少按pH值排序?yàn)?11.0>10.0>9.0>8.0;在將pH值調(diào)節(jié)為4.0~7.0時(shí),SCOD的多少按pH值排序?yàn)?6.0<7.0<5.0<4.0;pH值為10.0和11.0時(shí)的SCOD平均溶出量是pH值為6.0時(shí)的10倍左右。可見,在堿性條件下能夠產(chǎn)生更多可以轉(zhuǎn)化為VFAs的溶解性物質(zhì)。多數(shù)研究者得到了類似的結(jié)果,并認(rèn)為原因是:在較高的pH值下(如pH≥10.0)微生物的細(xì)胞失去了部分活性,不能很好地維持平衡滲透壓而受到破壞,堿性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后,與細(xì)胞壁以不同方式發(fā)生反應(yīng)(包括與脂類物質(zhì)的皂化反應(yīng)),造成了細(xì)胞膜的溶解,使胞內(nèi)物質(zhì)逐漸被釋放出來;另一方面,當(dāng)pH值升高時(shí),污泥顆粒表面帶有的負(fù)電荷漸漸增多,從而產(chǎn)生了較大的靜電排斥作用,結(jié)果使部分胞外聚合物(ECP)解析出來,導(dǎo)致SCOD濃度增高。2.2.2滅菌和未滅菌時(shí)vfas活性的比較選用耐熱的玻璃錐形瓶,按照Aravinthan等介紹的方法進(jìn)行滅菌,同時(shí)進(jìn)行未滅菌剩余污泥的厭氧發(fā)酵對比試驗(yàn)。在pH值為10.0的條件下,滅菌和未滅菌的剩余污泥發(fā)酵至第4天時(shí)VFAs產(chǎn)量和3種酶活性的比較如表2所示。從表2可以看出,未滅菌時(shí)的VFAs產(chǎn)量遠(yuǎn)大于滅菌的,而且3種酶在未滅菌的情況下具有活性,但是經(jīng)滅菌后均失去了活性。可見,在將剩余污泥的pH值調(diào)節(jié)為10.0的情況下,厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸仍主要由微生物承擔(dān)。2.2.3不同ph值對產(chǎn)甲烷菌活性的影響在不同pH值下,剩余污泥發(fā)酵至第8天時(shí)甲烷產(chǎn)量的對比如圖4所示。從圖4可以看出,在極端酸性(pH=4.0)和極端堿性(pH值為10.0和11.0)的條件下沒有CH4生成,在其他發(fā)酵時(shí)間內(nèi)也得到了類似的結(jié)果?？梢?在較高的pH值下產(chǎn)甲烷菌的活性降低了,這和Cai等的研究結(jié)果相似。甲烷產(chǎn)量較低表明VFAs的消耗量較少,產(chǎn)酸量得到提高。3堿性條件下vfas產(chǎn)酸含量的變化①pH值為8.0~10.0時(shí)的VFAs產(chǎn)量大于pH值為4.0~7.0的,pH值為10.0時(shí)VFAs的產(chǎn)量最大,為256.16mg/gVSS;pH值為4.0~7.0時(shí)VFAs產(chǎn)量的最大值為86.63mg/gVSS,前者約為后者的3倍。②堿性條件下的