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厌氧消化是污泥稳定化和资源化处理最经济、有效的方法,两相厌氧消化是传统单相厌氧消化的改进工艺,但由于剩余污泥中含有大量难降解生物固体,两相厌氧消化仍然存在反应速率慢,消化时间长,有机物降解率低,产气量低等缺点。污泥经过超声破解后,絮体破碎,细胞内有机质溶出,污泥可生化性提高,厌氧消化性能得到极大改善。
本文以广州某污泥处理厂剩余污泥为研究对象,把污泥两相厌氧消化工艺与超声破解预处理方法相结合,采用自行设计的两相厌氧消化反应器对原污泥和超声破解污泥进行两相厌氧消化试验,对化学需氧量(COD)去除率、挥发性固体(VS)去除率、产气量、产气率和所产生物气甲烷含量等因素作比较分析,探讨超声破解效应对两相厌氧消化性能的促进作用。主要研究内容和成果如下：
(1)对污泥进行超声破解试验,设定3个声能密度(0.05、0.1和0.2W/mL),5个破解时间(5、15、30、45和60min)和2个超声输入频率(28kHz和45kHz)。超声破解后,溶解性化学需氧量(SCOD)显著升高,并随着超声破解时间的延长和声能密度的增大而升高,超声输入频率对SCOD的影响较小。
(2)进行了原污泥的两相厌氧消化试验,pH值,挥发性脂肪酸(VFA)和氨氮(NH3-N)运行正常,COD和VS平均去除率分别为45.0％和40.3％；日均产气量为0.895L,产气率平均值为0.154L/gVS,生物气中甲烷含量为55％。
(3)进行了4组破解污泥两相厌氧消化试验,超声破解对pH值,VFA和NH3-N有所影响,但不会对两相厌氧消化系统产生不利影响。COD、VS去除率比原污泥试验有较大幅度的提升,并随着声能密度的增大呈上升趋势。4组破解污泥试验的COD平均去除率分别比原污泥试验提高3.4％,7.4％,10.1％和11.1％；VS平均去除率分别比原污泥试验提高3.2％,4.8％,6.0％和6.6％。4组破解污泥试验日均产气量、产气率和所产生物气甲烷含量都比原污泥试验有不同程度的上升,其中效果最佳的第4组破解污泥试验此3项指标分别比原污泥试验提高63.5％,53.2％和10.4％。
两相厌氧消化试验结果表明：超声破解能改善污泥的生物降解性能,促进两相厌氧消化反应性能。超声破解能够有效提高两相厌氧消化反应的COD、VS去除率,产气量,产气率和所产生物气的甲烷含量。