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測定活性污泥產氣能力的新型實驗方法

文檔作者：牛志敏1 韓金枝2 文檔來源： 1德州市環境保護局 2德州市環境保護科學研究所		點擊數：	更新時間： 2024年07月31日
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測定活性污泥產氣能力的新型實驗方
牛志敏1 韓金枝2
(1德州市環境保護局山東德州253013
2德州市環境保護科學研究所山東德州253034)
摘要污泥的產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。建立可快速測定鐵投加對于活性
污泥產氣能力的影響的實驗方法，同時考察產氣能力下降的機理。為驗證方法．利用連續提取對鐵投加前后污泥中的鐵和磷
進行分餾。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。產生的污泥與化學除磷污泥含有的無
機成分比較相似。厭氧消化過程中．投藥產生的污泥比未投加藥劑的污泥所產生的沼氣和甲烷分別減少12％一20％和9％一
2l％。此方法有助于自來水公司和學者更進一步對實驗室鐵投加進行模擬。
關鍵詞活性污泥厭氧消化鐵甲烷方法
中圖分類號：S216．4 文獻標識碼：B 文章編號：1672—9064(2012)02—0046．-02
近年來，水體富營養化Et益加重?。向污水中投加鐵鹽
是化學除磷的主要方式．但是對厭氧消化過程會產生不利影
響。會降低沼氣的產量[捫。厭氧消化受多因素的影響．其中有
些與化學除磷相關．相關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]．評價化學除磷對厭氧消化的影響是具有挑戰性
的．因為難于分離變量并且對于實際產生的影響存在很大的
爭論?。爭議因研究者利用不同的方法評價影響而進一步復
雜化，評價方法包括：①全面比較2個不同的污水處理廠，其
中一個含有化學除磷裝置；②全面比較多個含有化學除磷裝
置以及不含的污水處理廠；③全面比較一個污水處理廠在化
學除磷試運行前后的影響；④實驗室人工模擬化學除磷污泥
[捫。本文主要研究這4種方法。
1 方法
1．1鐵投加方法
為了在實驗室中全面模擬鐵投加．需要考慮所有在污水
處理中對Fe和無機物質產生復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。回流活性污泥現場濃縮至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間，因為當
存在時間過長時會發生污泥中易降解有機物的分解而導致
沼氣產量降低的現象。例如．存放50d的回流活性污泥的沼
氣產量僅為新鮮污泥的55％。沉降污泥的沉降時間為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種實際含鐵RAS(31～
55rag P幢TS)的總磷平均濃度設定。
制備2個獨立的RAS與SetS的混合物．第1個混合物
用于測定實際Ts和總磷的濃度。根據標準方法2540測定
鴨，總磷測定方法參見標準方法4500P—E．這些濃度用于模
擬實際含鐵污泥。第2種混合物中Fe和P的數量計算出便
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：①作為測試(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。化學試劑分別溶于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。因此對溶液
pH進行檢測，通過加入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天進行分析。熟化期間不
投加化學藥劑。
對RAS和SetS混合物進行3種分析：①無機成分；②序
批測試消化率(測試和空白)；③磷的去除率(僅測試)。
1．2無機成分分析一驗證方法
投加方式通過研究測試污泥中Fe和P的種類進行驗
證。總濃度與4種實際化學除磷污泥有關。連續提取(SE)測
試污泥和空白污泥各3個樣品。利用順序等離子體發射分光
光度計進行分析。采用2種連續提取的方法：①用于磷的分
離；②用于鐵的分離。
1．3消化率批量測試
測試和空白污泥進行消化后測定其相關的消化率。在
120raL的無刻度血清瓶35℃下消化13d．血清瓶用丁基橡膠
隔墊和鋁壓接密封。每個瓶子中裝入30raL的消化后的接種
污泥和70mL的接種污泥。測試和空白污泥經過熟化后濃縮
至VS O．49，濃縮后的污泥用超純水稀釋至70n1L。相對消化
率由3個參數進行表征：①沼氣體積；②沼氣成分以及相應
作者簡介：牛志敏(196p)，女．山東德州人，大學本科。高級工程師，主要從事環境影響評價研究。
2012．N02． o
●J 土厶
萬方數據
的甲烷體積；③有機物破壞量。沼氣量計算采用壓力計測定
氣體壓力和應用的理想氣體狀態方程進行計算。利用氣相色
譜測定沼氣成分，樣品體積lmL。通過測定消化前后的VS
濃度計算有機物破壞量，測定方法參見標準2540Et酬。
1．4磷的去除率
磷的測定方法參見標準4500 P—E【1】。
2結果和討論
2．1投藥方法的驗證
投藥方法可有效制備與實際含鐵污泥的P、Fe和總濃度
相近的測試污泥。4種實際含鐵污泥與測試污泥一起進行比
較分析．同時分析6六種實際未含鐵污泥作為輔助研究。結
果表明測試污泥與實際含鐵污泥的P、Fe和總濃度相近。
(1)磷酸鐵鹽的形成。投加鐵作為化學除磷的一種形式
的主要目的是生成不溶性且可通過沉淀去除的磷酸鐵鹽．確
定這種投加方法產生磷酸鐵鹽的形式或是其他形式化合物。
測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(測試)和0．5
(TypFe)。表明在測試污泥中少量不穩定的Fe—P化合物，因
其熟化時間較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(測試污泥)。與TypFe投加的污泥
的總磷濃度相當。與空白樣品相比．Real Fe—dosed實際含鐵
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。測試污泥中總鐵的濃度由實
驗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。總鐵的濃度(71mg／g"IS)僅比4
種實際含鐵污泥中鐵的最低濃度低14mg／g TS．與化學除磷
污泥中總鐵濃度相當。
測試污泥中鐵分餾概況與實際含鐵污泥類似。可生物利
用鐵的濃度可影響厭氧消化．因為Fe與微生物傳遞息息相
關。可生物利用的鐵需要3種形式水溶性．KNO，和KF。可生
物利用鐵的濃度在測試污泥中為1．0 m以TS(總鐵的
1．4％)，在實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。需要注意到實驗室投加藥劑的
方式是單劑量投加．或者人為高濃度投加．實際上由于快速
的沉淀／吸附機制的發生使得在可生物利用組分中鐵的提取
濃度增加。因此．單劑量投加系統產生的污泥具有較高濃度
的可生物利用鐵．且與實際未投加的污泥(O．2～2．1m以TS)
相近．這也是厭氧消化不受化學除磷影響的原因。
2．2磷去除率
當不溶性的金屬化合物形成時．化學除磷通過沉降將這
些不溶性物質去除。因此需要驗證在測試污泥中是否有效地
將磷去除．當磷的去除率高于80％，上清液中總磷濃度低于
lmg／L時。方法可行。
測試污泥上清液中總磷的濃度為0．3mg／L．相應的磷的
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個污水處理廠進行試驗．磷的去除
率分別為82％、76％和83％。
2．3相對消化率
本文提出的方法的理論依據是使自來水公司可以簡單
評價化學除磷．或是鐵鹽的投加是否對厭氧消化過程中沼氣
的質量，產量造成不利影響．研究發現加入CPR污泥后對厭
氧消化產生抑制作用．需要確定與空白樣品相比．測試污泥
是否有相關影響．
測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果中降低的百分數不同。對于自來水廠
甲烷體積的測定更加重要．它直接關系到CHP廠的能力．同
時研究結果發現確有大幅度降低，降低幅度在9％～21％。降
低的百分數與研究鐵投加的污泥的消化率結果吻合。
3結論
實驗室投藥方法應考慮以下幾點：生物質活性、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的沉降反應中需氧量．鐵投加方法產生的Fe—dosed污泥
與從4個污水處理廠收集的實際含鐵污泥具有相似的P和
Fe特性。該方法適用于小型實驗．如消化率測試并且適用于
自來水廠測試鐵投加對消化率的影響實驗．
利用該方法對4個污水處理廠產生的污泥測試．結果表
明沼氣和甲烷的產量分別減少了12％～20％和10％．22％。在
第一步實驗中磷的去除率最高達99．5％．相應的出水中磷的
濃度為0．3mg／L。后續實驗中磷的去除百分率在76％～83％之
間，此范圍的去除率對于實際CPR處理廠更具代表性。
參考文獻
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