超声联合生物酶强化剩余污泥厌氧产酸性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1164

摘要/Abstract

摘要：

采用超声和生物酶联用技术处理剩余污泥以促进污泥厌氧发酵产酸，实现污泥资源化。首先，以天津市某污水处理厂二沉池剩余污泥为处理对象，采用单因素实验考察了超声预处理过程中处理时间、超声频率、超声振幅对剩余污泥溶出SCOD的影响，结果表明，超声预处理剩余污泥的最佳处理条件为处理时间5 min、超声频率20 kHz、振幅80%，此条件下，污泥溶出SCOD为407.5 mg/L。之后向经超声处理后的剩余污泥中分别投加污泥质量5%的α-淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶和复合酶进行厌氧发酵，以探究生物酶对剩余污泥厌氧消化的影响，结果表明，在温度35 ℃下，复合酶对于污泥厌氧发酵产酸效果最好，污泥溶出SCOD在第2天增加2 384.9 mg/L，在第4天产酸量达到最大值1 465.8 mg/L，其中乙酸量为1 058.6 mg/L，丙酸量为136.0 mg/L。溶菌酶效果优于其他单酶，SCOD第2天增幅达1 840 mg/L，在第4天产酸量达1 240.4 mg/L，其中乙酸量为406.4 mg/L，丙酸量为524.3 mg/L。

关键词: 剩余污泥, 超声, 生物酶, 挥发性脂肪酸, 厌氧消化

Abstract:

The combination of ultrasound and biological enzyme technology was used to treat excess sludge to promote anaerobic fermentation and acid production，so as to achieve sludge resource utilization. Firstly，a single factor experiment was conducted to investigate the effects of treatment time，ultrasonic frequency，and ultrasonic amplitude on the dissolution of SCOD from the excess sludeg in secondary sedimentation tank of a sewage treatment plant in Tianjin. The results showed that the optimal treatment conditions for ultrasonic pretreatment of excess sludge were 5 minutes of treatment time，20 kHz of ultrasonic frequency and 80% of amplitude. Under these conditions，the dissolution of SCOD from sludge reached 407.5 mg/L. Afterwards，α-amylase，cellulase，lysozyme，and composite enzymes were added to the sludge after ultrasonic treatment，which account for 5% of the sludge，so as to investigate the effect of biological enzymes on anaerobic digestion of excess sludge. The results showed that the composite enzyme had the best effect on anaerobic fermentation of sludge at a temperature of 35 ℃. The SCOD of sludge increased by 2 384.9 mg/L on the second day，and the maximum acid production reached 1 465.8 mg/L on the fourth day，with 1 058.6 mg/L acetic acid and 136.0 mg/L propionic acid. The effect of lysozyme was superior to other single enzymes，with a SCOD increase of 1 840 mg/L on the second day and an acid production of 1 240.4 mg/L on the fourth day，including 406.4 mg/L acetic acid and 524.3 mg/L propionic acid.

Key words: excess sludge, ultrasound, biological enzymes, volatile fatty acids, anaerobic digestion

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I11/181

图/表 11

表1 实验污泥基本参数

Table 1 Basic parameters of experimental sludge

项目	数值
TSS/（mg·L^-1）	7 332
VSS/（mg·L^-1）	4 671
SCOD/（mg·L^-1）	89
TN/（mg·L^-1）	12
PO₄ ^3--P/（mg·L^-1）	0.8
NH₄ ⁺-N/（mg·L^-1）	1.3
COD/（mg·L^-1）	6 232
含水率/%	98.9
pH	7.32

表2 酶的基本参数

Table 2 Basic parameters of enzymes

酶	酶活性/（U·g^-1）	适宜pH	适宜温度/℃
α-淀粉酶	5 000	5.0~7.8	25~70
纤维素酶	40 000	3.0~7.6	25~80
溶菌酶	2 000	5.5~8.5	30~55

图1 超声处理时间对溶出SCOD的影响

Fig. 1 Effects of ultrasound treatment time on dissolution of SCOD

图2 超声频率对溶出SCOD的影响

Fig. 2 Effects of ultrasonic frequency on dissolved SCOD

图3 超声振幅对溶出SCOD的影响

Fig. 3 Effects of ultrasonic amplitude on dissolved SCOD

图4 不同生物酶处理下SCOD随时间的变化

Fig. 4 Changes in SCOD over time under different enzymes treatments

图5 不同生物酶处理下TN随时间的变化

Fig. 5 Changes of TN over time under different biological enzymes treatments

图6 不同生物酶处理下NH₄ ⁺-N随时间的变化

Fig. 6 Changes of NH₄ ⁺-N over time under different biological enzymes treatments

图7 不同生物酶处理下PO₄ ^3--P随时间的变化

Fig. 7 Changes in PO₄ ^3--P over time under different biological enzymes treatments

图8 不同生物酶处理下VFAs随时间的变化

Fig. 8 Changes in VFAs over time under different biological enzymse treatments

图9 不同生物酶处理下乙酸和丙酸随时间的变化

Fig.9 Changes in acetic acid and propionic acid over time under different enzymes treatments

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