懷化市綜合性醫(yī)院污水處理設備操作規(guī)章

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預處理技術

1 物理法

微波預處理

對剩余污泥進行微波預處理能有效殺滅產(chǎn)甲烷菌，部分產(chǎn)氫和產(chǎn)酸細菌則因能夠生出芽孢而免遭殺滅，從而利用剩余污泥產(chǎn)氫。

在用90 W的微波預處理污泥時發(fā)現(xiàn)，當預處理時間為6 min時，比產(chǎn)氫速率可達8.03 mmol/(g·d).沈良等的研究表明，微波處理顆粒污泥的Z時間是5 min,此條件下產(chǎn)氣量為59mL/g,其中氫氣的體積分數(shù)為39.8%,是未處理時的2.5倍和3.6倍。微生物總量的下降會導致氣體產(chǎn)生量減少，COD的降解量也隨之降低。產(chǎn)氫過程中COD只能去除20%～40%,剩余的COD主要以揮發(fā)性有機酸的形式存在。

將接種的污泥在96 ℃下采用微波進行預處理，發(fā)現(xiàn)氫氣產(chǎn)氣量比傳統(tǒng)的加熱預處理提高了(16±4)%,說明微波預處理對于產(chǎn)氣有積極作用。研究表明，在用微波爐以720 W功率持續(xù)輻射1 L污泥5 min后，得到的產(chǎn)氫率為15.9 mL/g,占到產(chǎn)氣量的72.3%,這是因為此種預處理方式有效抑制了厭氧消化過程中耗氫菌的活性，使底物的厭氧消化過程停留在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷菌在恢復至正常條件26.0 h后仍未恢復活性。

微波預處理剩余污泥不僅可以實現(xiàn)污泥資源化、減量化和無害化，還可以提高產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率，同時對其后續(xù)的厭氧消化有一定的促進作用。因此，微波預處理剩余污泥被認為是發(fā)展前景的污泥處理技術。微波預處理技術不僅加熱快、熱效高，同時可提高污泥的破解效果和污泥厭氧消化性能。

 超聲波預處理

超聲波預處理可以使污泥中微生物的細胞壁破裂，促進胞內(nèi)溶解性有機物釋放;同時氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡破裂可以改變污泥的結構，有利于剩余污泥的有機物釋放，從而改善剩余污泥的活性。

利用SonifierS-450D模擬式超聲波細胞破碎儀，在頻率為20 kHz,能量密度為2 W/mL條件下連續(xù)輻射污泥5min,可產(chǎn)氣11.2 mL,氫氣體積分數(shù)為41.00%,平均產(chǎn)氣量為6.03 mL/g.處理后污泥SCOD為1 190 mg/L,氫氣產(chǎn)量為4.6 mL,產(chǎn)氫量的變化與SCOD的變化相似。

超聲波預處理具有無污染、能量密度高、破解速度快、穿透性好、方向性好等特點，所以超聲波處理污泥作為一個研究熱點日益受到人們的關注。污泥經(jīng)過超聲波處理后其脫水性大大提高，大幅度減少了污泥量，提高了其對有機物的降解能力，同時加速了污泥的厭氧消化過程。

 熱預處理

對污泥進行熱預處理，不僅會破壞污泥絮體的結構，還可以破壞污泥細胞的細胞壁，使其細胞內(nèi)的有機物釋放出來;此外還可以抑制或殺死耗氫菌和其他非產(chǎn)氫菌，而產(chǎn)氫菌(如：革蘭氏陽性菌、芽孢桿菌等)則能形成芽孢從而活性不受影響，有利于后續(xù)的污泥厭氧消化產(chǎn)氫。

污泥累積產(chǎn)氫量和比產(chǎn)氫率都是隨溫度的提高先增大后減小，時間對其幾乎沒有影響。在溫度為75 ℃，處理時間為10 min的Z條件下，污泥累計產(chǎn)氫，為20.3 mL,比原污泥提高了19倍;比產(chǎn)氫率為212.6mL/(kg·h),是原污泥的9倍。

熱處理后，污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的過程主要降解蛋白質(zhì)，降解率為20%～41%,糖降解較少，降解率僅為8%～27%.謝波等采用污泥厭氧發(fā)酵制氫，在溫度為121 ℃，加熱時間為30 min的條件下，對Pseudomonas sp. GL1菌株進行滅菌預處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)滅菌處理的污泥產(chǎn)氫體積為29.20 mL,氫氣體積分數(shù)高達81.45%,產(chǎn)氫率為30.07 mL/g;同微波和超聲波預處理相比較，其產(chǎn)氫效果佳。通過研究指出，經(jīng)過滅菌處理的污泥產(chǎn)氫能力顯著提高，氫氣產(chǎn)率從未處理污泥的0.35 mL/g提高到16.26 mL/g.

2 化學法

 酸性預處理

產(chǎn)氫產(chǎn)酸發(fā)酵細菌對pH的變化十分敏感，過高或過低的pH都會影響微生物的正常生長繁殖速率及代謝過程。陳文花等的研究表明，污泥經(jīng)過pH=3.0的酸性處理后，在初始pH=11.0的條件下進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，累積產(chǎn)氫為14.66 mL,產(chǎn)氫速率為1.4 mL/h,這與M. L. Cai等的研究結果相吻合。污泥中蛋白質(zhì)的降解率為55.95%,污泥中糖的降解率為20.09%.劉旭東等的研究表明，在pH=3.0下處理過的污泥產(chǎn)氫能力高，1 mol葡萄糖產(chǎn)氫氣1.29 mol,氣體產(chǎn)氫速率達到1.14 L/d,其中氫氣所占百分比高。李建政等的研究表明，將剩余污泥的種泥樣品經(jīng)過酸處理后，其表現(xiàn)出良好的產(chǎn)氫性能，葡萄糖的氫氣轉化率為1.51 mol/mol,污泥的比產(chǎn)氫率為27.29 mmol/g.

 堿性預處理

堿性預處理能夠抑制污泥中耗氫菌的活性，破壞污泥細胞的細胞壁，將污泥細胞內(nèi)的有機物質(zhì)釋放出來，使難溶顆粒物向溶解性物質(zhì)轉變，為發(fā)酵產(chǎn)氫提供底物。

污泥經(jīng)過pH=12.0的堿性處理后，在初始pH=5.0的條件下進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，累積產(chǎn)氫體積可達22.97 mL,產(chǎn)氫速率為0.25 mL/h,污泥中蛋白質(zhì)降解率為64.97%,污泥中糖的降解率為28.63%.Benyi Xiao等的研究表明，在pH=12.0的條件下對污泥進行24 h的堿處理后，在控制初始pH為11.5的條件下進行發(fā)酵可獲得產(chǎn)氫率，為11.68 mL/g,這與M. L. Cai等研究的剩余污泥經(jīng)過堿性預處理后其產(chǎn)氫率可達14.4 mL/g的結果相一致。李建政等的研究表明，將剩余污泥的種泥樣品經(jīng)過堿處理后，其同樣表現(xiàn)出良好的產(chǎn)氫性能，葡萄糖的氫氣轉化率為1.34 mol/mol,污泥的比產(chǎn)氫率為21.69 mmol/g.

生物預處理

酶預處理是向污泥中直接投加酶制劑或投加能夠分泌胞外酶的細菌。酶能夠催化有機物的分解，使長鏈蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂類的黏性降低，透水能力提高;同時還可以使難降解的大分子有機物分解成小分子物質(zhì)，提高生物污泥的可生化性。

外加*預處理污泥4 h后，SCOD/TCOD可從原污泥的6.36%增加到30.93%,蛋白質(zhì)和可溶性糖增加幅度更大，分別達到原污泥的8.65倍和51.65倍，可見水解效果良好。

*預處理污泥接種產(chǎn)氫菌后，產(chǎn)氫效果較好，產(chǎn)氫率可達13.92 mL/g,為*處理污泥未接種產(chǎn)氫菌的1.88倍，60 ℃熱處理污泥接種產(chǎn)氫菌的2.83倍，60 ℃熱處理污泥未接種產(chǎn)氫菌的3.09倍。朱小峰等利用嗜熱酶污泥溶解(S-TE)技術對剩余污泥進行預處理時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過S-TE預處理的污泥在未接種外在產(chǎn)氫菌時，產(chǎn)氫效果良好，其產(chǎn)氫率為16.3 mL/g,且發(fā)酵氣體中只含有H2和CO2,此產(chǎn)氫值能維持10 h左右。