碱解法对二沉池污泥中化学需氧量_COD_的释放研究

第３７卷　第５期２０１５年１０月三峡大学学报（自然科学版）

（）ＪｏｆＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｅｓＵｎｉｖ．ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ　　　　　　ｇ

Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．５

Ｏｃｔ．２０１５

：／ＤＯＩ１０．１３３９３．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１６７２－９４８Ｘ．２０１５．０５．０２３ｊ

碱解法对二沉池污泥中化学需氧量（的释放研究ＣＯＤ）

２１１３

雷玉新１　刘耀兴１，　席　银　李文章　张　霞

（１．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌　４４３００２；２．水资源安全保障湖北省协同创新中心，武汉　４３００７０；

）３．湖北天泰环保工程有限公司宜昌分公司，湖北宜昌　４４３００２

摘要：为了考察碱解法对二沉池污泥中Ｃ本文利用ＮＯＤ的释放效率，ａＯＨ和超声波两种方法对污考察Ｎ温度和时间等实验参数对污泥中Ｃ水处理厂二沉池中的污泥进行消解，ａＯＨ浓度、ＯＤ释放／量的影响．研究结果表明，当Ｎ消解时间为１污泥的ＣａＯＨ浓度为２．０Ｌ，２ｈ时，ＯＤ释放量最大，ｇ且Ｃ与超声波消解污泥相比，ＯＤ的释放量随ＮａＯＨ浓度和温度的升高以及时间的延长而增加．ＮａＯＨ消解污泥释放ＣＯＤ的量明显高于超声波消解释放的ＣＯＤ量．

关键词：二沉池污泥；ＣＯＤ）　氢氧化钠；　消解；　化学需氧量（

）中图分类号：Ｘ７０５　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７２９４８Ｘ（２０１５０５０１０１０４－－－

ＳｔｕｄｏｆＲｅｌｅａｓｅｄＣＯＤｆｒｏｍＳｌｕｄｅｉｎＳｅｃｏｎｄａｒＳｅｔｔｌｉｎＰｏｎｄＤｉｅｓｔｅｄｂＮａＯＨ　　　　　　　　ｙｇｙｇｇｙ　　　　

１１２１１３

ＬｅｉＹｕｘｉｎｉｕＹａｏｘｉｎｉＹｉｎｉＷｅｎｚｈａｎｈａｎＸｉａ　　Ｌ　　　Ｌ　ｇ　Ｘｇ　Ｚｇ　

，

（，，；１．ＣｏｌｌｅｅｏｆＨｄｒａｕｌｉｃ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｅｓＵｎｉｖ．Ｙｉｃｈａｎ４４３００２，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　ｇｙｇｇｇｇ　

，Ｗｕ；２．ＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＷａｔｅｒＳｅｃｕｒｉｔｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ３．Ｈｕｂｅｉ　　　　　　　　ｙ，，）ＴｉａｎｔａｉＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｏ．Ｌｔｄ．Ｙｉｃｈａｎ４４３００２，Ｃｈｉｎａ　　　ｇｇｇ　　

，ＮＡｂｓｔｒａｃｔｎｔｈｉｓａｅｒａＯＨ　ｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｅｎｄｅｍａｎｄ（ＣＯＤ）ｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍ　Ｉ　　　　　　　　　　ｐｐｙｙｇ　

ｏｎｄ．ＴｈｅｓｌｕｄｅｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｓｅｔｔｌｉｎｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｓｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＮａＯＨ，ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄ　　　　　　　　　　ｐｇｙｇｐ　　，ｔｉｍｅｔｏｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆＣＯＤｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍｓｌｕｄｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｉｔｉｓｃｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｐｏｆＣＯＤｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍｓｌｕｄｅｂｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｍｏｕｎｔ　　　　　　　　　　　　　ｇｙｐ　：／ＣＯＤｒｅｌｅａｓｅｄａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＮａＯＨｉｓ２ｇＬ，ｄｉｅｓｔｉｏｎｔｉｍｅｉｓ１２ｈ．Ｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｄａｆｏｒ　　　　　　　　　　　　　　－ｇｍｏｕｎｔｏｆＣＯＤｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＮａＯＨ，ｄｉｅｓｔｉｏｎｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄｄｉｅｓｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　　ｇｐｇａｍｏｕｎｔｏｆＣＯＤｒｅｌｅａｓｅｄｂＮａＯＨｄｉｅｓｔｉｏｎｉｓｈｉｈｅｒｔｈａｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　　　　　　　　　　　ｙｇｇ　

；；（ＫｅｗｏｒｄｓｌｕｄｅｉｎｓｅｃｏｎｄａｒｓｅｔｔｌｉｎｏｎｄａＯＨ；ｉｅｓｔｉｏｎｈｅｍｉｃａｌｏｘｅｎｄｅｍａｎｄＣＯＤ）　ｓ　　　Ｎ　ｄ　ｃ　　ｇｙｇｐｇｙｇｙ　　

０　引　言

二沉池污泥是污水处理过程中产生的一种含水率很高的絮状泥粒，其主要由污水中的悬浮物、微生微生物所吸附的有机物以及微生物代谢活动产物物、

所形成的聚集体．污泥中有机质、氮、磷及重金属含量较高，且含有大量的病原微生物，经过脱水后的污泥若处理不当，会随雨水等进入水体，引起二次有臭味，

１］

污染［由于污泥成分较为复杂，对环境污染日益加．

重，因而污泥减量化技术已经成为重要的环保课题之一．同时污泥中含有大量有机物，必须对其进行妥善

２］处理，以防止对环境造成二次污染［在实现污泥减．

量化的同时，如何使脱水污泥中的有机质最大限度地溶解出来，也是目前污泥减量化处理与处置过程中越来越受重视的问题．

目前，硝化反硝化是高效的生物脱氮技术，在污

收稿日期：２０１５０３１０－－

）；）；）基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（湖北省教育厅项目（三峡大学人才启动基金项目（５１２０９１２３Ｂ２０１３１７４ＫＪ２０１１Ｂ０３０，：通信作者：刘耀兴（男，讲师，博士，硕士生导师，从事水质污染控制方面研究Ｅ－ｍ１９８３－）ａｉｌｘｌｉｕ１９８３０２１８＠ｃｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎｙｇ

３］

，水处理领域有着广泛的应用［在微生物反硝化脱氮的二沉池污泥，该污水厂污水来源主要是生活污水，

２

／采用具有生物脱氮除磷功能的Ａ污泥取回Ｏ工艺，

过程中异养反硝化菌需消耗大量的外加碳源以提供

４］

能量［我国现行污水处理厂，特别是我国南方地区．

实验室后置于冰箱中保存直至使用（７２ｈ内）．

的污水处理厂，普遍存在脱氮碳源不足而引起的氮反这已成为制约生物脱氮的重要因硝化效率较低问题，

因此需要投放外加碳源以满足反硝化脱氮电子供素，

５］体的要求［目前外加碳源种类繁多，主要包括甲醇、．６］

，乙醇、乙酸钠、初沉池污泥和一些工业废弃产物等［

２　结果与讨论

２．１　ＮａＯＨ投加量对ＣＯＤ释放量影响

在８支２５０ｍＬ的锥形瓶中加入１００ｍＬ含水率分别向锥形瓶中加入不同体为９９．８％二沉池污泥，积的Ｎ将锥形瓶密封，在温度为６ａＯＨ溶液，０℃的条件下消解１考察Ｎ２ｈ，ａＯＨ的投加量对ＣＯＤ释放量的影响，结果如图１所示．由图１可见，ＮａＯＨ的投加／量小于２ｇＬ时，ＣＯＤ的释放量随着ＮａＯＨ浓度的

／增大而增加，污泥中ＮａＯＨ的投加量大于２ｇＬ时，当ＮＣＯＤ释放量趋近平衡．ａＯＨ的投加量分别为

／／滤液中Ｃ０Ｌ和２Ｌ时，ＯＤ质量浓度分别为１１７．２ｇｇ／／／ｍＬ和５０１．２ｍＬ，ＮａＯＨ的质量浓度为２Ｌ时ｇｇｇＣＯＤ释放量是不加ＮａＯＨ消解时ＣＯＤ释放量的这表明Ｎ４．４倍．ａＯＨ消解对污泥中ＣＯＤ的释放有显著效果

．

相关研究证明不同外加碳源条件下氮的反硝化速率

７］

差别较大［同时外加碳源会增加污水处理过程中的．

成本．

根据前人研究，碱解预处理可以破坏二沉池污泥使不溶性有机物从胞内释放出絮体及其细胞结构，

８］来［这说明碱解过程不仅会使污泥中的有机物得以．

释放，实现污泥的减量化；同时含有有机物的碱液可以作为厌氧消化的外加碳源，降低厌氧生物处理的成本．因此，本研究提出利用ＮａＯＨ消解二沉池污泥，考考察Ｎ温度和时间等实验参数对污泥ａＯＨ浓度、中Ｃ这不仅可为二沉池污泥减ＯＤ释放效率的影响．同时将含有有机物的碱液量化提供一种有效的方法，

作为碳源及营养源投加到污水处理厂的脱氮反硝化提高反硝化脱氮速率，节约外加碳源成本．工艺中，

１　材料与方法

１．１　试验方法与仪器

氢氧化钠，硫酸银，硫酸亚铁铵，重铬酸钾，七水硫酸（分析纯，国药集团化合硫酸亚铁，１，１０－菲啰啉，，；中国）超纯水（水浴恒学试剂有限公司，１８．２ＭΩ），常州国华电器有限公司，中国）温振荡器（ＳＨＡ－Ｃ，微控数显电热板ＨＳＪＦＫ２０００Ｚ０１型超声换能器，－（，北京莱伯泰科有限公司，中国）烧杯，漏ＥＨ３５Ｂ，锥形瓶，冷凝管等．斗，

１．２　试验方法

取一定量的二沉池污泥于碘量瓶中，加入一定量的Ｎ将碘量瓶密封，在一定温度置于水浴ａＯＨ溶液，恒温振荡器中消解一段时间后，利用定量滤纸过滤消取滤液测定Ｃ利用Ｈ解的污泥，ＯＤ；ＳＪＦＫ２０００Ｚ０１－型超声换能器超声处理污泥一定时间，利用定量滤纸过滤消解的污泥，取滤液测定ＣＯＤ．１．３　分析方法

重铬酸钾法，具体参照《水和废水ＣＯＤ的测定：监测分析方法》第四版．１．４　实验污泥来源

实验污泥采自湖北省宜昌市临江溪污水处理厂

图１　ＮａＯＨ浓度对ＣＯＤ释放的影响

／当ＮａＯＨ投加量低于２．０ｇＬ时，ＣＯＤ溶出量随ＮａＯＨ投加量的增大而增大的原因主要有两个．第一，而随着ＮａＯＨ的添加可改变污泥溶液的ｐＨ，污泥溶液ｐ污泥聚集体和有机质之间的Ｈ值的升高，

９］

，作用力会逐渐降低［所以随着ＮａＯＨ投加量的增

大，污泥溶出的Ｃ第二，大部分微生ＯＤ量逐渐增大；

死亡微生物细胞破裂可物在强碱性条件下难以生长，

从而提高溶出液Ｃ当进一步释放ＣＯＤ，ＯＤ的量．

／ＮａＯＨ的投加量大于２ｇＬ时，ＣＯＤ溶出量随甚至还可能而下ＮａＯＨ投加量的增大变化不明显，

降，释放Ｃ第一，污ＯＤ不变或后下降的原因有两个．泥聚集体吸附的有机物已经完全释放；第二，微生物细胞中渗透压与外界平衡，从ＣＯＤ的释放量不再加，而使Ｃ同时可能污泥中有极ＯＤ的释放量保持平衡．少数微生物能在强碱性条件下存活，存活的微生物利消耗Ｃ用污泥中溶解性的有机物，ＯＤ所造成的，Ｃａｉ

１０］等［报道了相似结果．

解污泥释放Ｃ在高温和碱性条件ＯＤ有显著的影响．下，当消解时间小于１２ｈ时，ＣＯＤ释放量随消解时间的增加而增加的主要原因是：随着时间的增加，同时破裂的微生物细ＮａＯＨ逐渐破坏污泥中的絮体，

释放的Ｃ当消解时间大于１胞越多，ＯＤ越多；２ｈ时，随着消解时间的增加，污泥中微ＮａＯＨ逐渐被消耗，生物细胞不再破裂，微生物细胞中渗透压与外界平衡，从而使ＣＣＯＤ的释放量不再增加，ＯＤ的释放量保持平衡．

２．４　超声与ＮａＯＨ消解方法比较

／在Ｎ温度为５ａＯＨ投加量为２．０Ｌ、０℃以及消ｇ解时间为１２ｈ的条件下对含水率为９９．４７％的污泥进行消解，测定Ｃ利用超声仪器在超声ＯＤ的释放量；

３

／功率为１声能密度为１Ｗ的条件下对含０００Ｗ、ｃｍ　

２．２　消解温度对ＣＯＤ释放量的影响

在５支２５０ｍＬ的锥形瓶中分别加入１００ｍＬ含水率为９向锥形瓶中分别加入１９．８％二沉池污泥，０／在３ｍＬ质量浓度为４０Ｌ的ＮａＯＨ溶液，０～７０℃ｇ

温度条件下消解２ｈ，考察温度对ＣＯＤ释放量的影响，结果如图２所示．由图２可见，ＣＯＤ的释放量随温度的升高而增加，温度为７０℃时ＣＯＤ的释放量是这主要是因为，温度对污泥温度为３０℃时的１．７倍．聚集体吸附有机质有不同程度的影响，低温有利于污泥聚集体和有机质之间作用力的形成，使污泥中的有

１１］机质处于相对稳定状态［温度越高越不利于污泥．

同时较高的温度不利于微生物生聚集体吸附有机物，

长，温度越高微生物细胞破裂的机率越大，释放的有机物就越多

．

水率为９采样时间分９．４７％的污泥进行了超声试验，；比较Ｎ别为３、６、１２、２０ｍｉｎａＯＨ消解和超声两种方法对Ｃ结果见ＯＤ溶出效率和污泥沉降效率的差异，表３．由表３可见，随着超声时间的延长，滤液中ＣＯＤ浓度逐渐增加，当超声时间为２滤液中Ｃ０ｍｉｎ时，ＯＤ／浓度为２其远远低于Ｎ００ｍＬ，ａＯＨ消解滤液中ｇ

／，超声试验采用最长２ＣＯＤ１４４８ｍＬ的浓度．０ｍｉｎ　　ｇ主要是因为仪器一次性不宜工作过长时间，同时随着超声时间的延长，污泥粘度会逐渐增大，从而降低污

图２　消解温度对ＣＯＤ释放的影响１２］

使后续污泥分离困难［污泥经泥的脱水性能，．

２．３　消解时间对ＣＯＤ释放量的影响

在８支２５０ｍＬ锥形瓶中分别加入１００ｍＬ含水率为９然后分别向锥形瓶中加９．８％的二沉池污泥，／入１在温度为０ｍＬ浓度为４０ｇＬ的ＮａＯＨ溶液，

考察消６０℃条件下分别消解０、２、４、６、８、１０、１２、２４ｈ，解时间对Ｃ结果如图３所示

．ＯＤ释放量的影响，

沉降性能较好，有利于污泥的浓ＮａＯＨ消解１２ｈ后，

缩处理．这说明在该实验条件下，相比于超声波，ＮａＯＨ消解污泥具有更好的效果和应用前景．

表１　超声和消解两种方法ＣＯＤ释放量

处理方法

处理条件

／（·Ｌ－１）ＣＯＤｍｇ

４０８４１２８１５６２００１４４８　

原水（含水率９９．４７％）

（）１３ｍｉｎ

超声

（）２６ｍｉｎ（）３１２ｍｉｎ（）２０ｍｉｎ４

ＮａＯＨ消解

／、ＮａＯＨ（２Ｌ）６０℃、１２ｈｇ

２．５　污泥含水率对ＣＯＤ溶出的影响

为考察污泥含水率对Ｃ分别利ＯＤ溶出的影响，用ＮａＯＨ对含水率为９７．００％、９８．５６％、９８．９８％和

图３　消解时间对ＣＯＤ释放的影响

由图３可见，ＣＯＤ释放量随着消解时间的增加而增加，当消解时间达到１污泥中Ｃ２ｈ以后，ＯＤ释放量趋近平衡．消解时间为０ｈ和１滤液中２ｈ时，／／ＣＯＤ质量浓度分别为２８４．２ｍＬ和５１３．３ｍＬ，ｇｇ消解时间为１２ｈ时ＣＯＤ释放量是消解时间为０ｈ时这表明消解时间对ＮＣＯＤ释放量的１．８倍，ａＯＨ消

消解时间为２．结果如９９．５５％的污泥进行消解，０ｈ，图４所示．由图４可见，ＣＯＤ溶出量随污泥含水率的／降低而增加，如当Ｎ含水率ａＯＨ浓度为４．０ｇＬ时，为９７．００％、９８．５６％、９８．９８％和９９．５５％的污泥滤液／／中ＣＯＤ的浓度分别为５３８．９ｍＬ、２１８０．３ｍＬ、　ｇｇ／／同时可发现，随着污２６８８．５ｍＬ和３９５０．８ｍＬ．　　ｇｇ泥含水率的升高，ＣＯＤ溶出达到平衡所需的ＮａＯＨ

的量逐渐降低，当污泥含水率为９８．５６％、９８．９８％和９９．５５％时，ＣＯＤ溶出平衡所需的ＮａＯＨ浓度分别

／／／为２．当含水率为９０Ｌ、４．０ｇＬ和５．０ｇＬ；７．００ｇ／时，ＮａＯＨ浓度为１０．０ｇＬ时，ＣＯＤ的溶出亦未达这主要是因为含水率越低，污泥中悬浮物、微到平衡．

微生物所吸附的有机物越多，消解过程中释放生物、

达到ＣＣＯＤ的量越多，ＯＤ溶出平衡时所需ＮａＯＨ就越多

．

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ＡｄａｔｉｎｔｏＭｅｔｈａｎｏｌａｎｄＥｔｈａｎｏｌｉｎＡｃｔｉｖａｔｅｄＢａｃｔｅｒｉａ　　　　　　ｐｇ　

图４　污泥含水率与ＣＯＤ释放的关系

［］，（）：ＳｌｕｄｅＪ．Ｗａｔ．Ｒｅｓ１９９８，３２１１３１８．－ｇ

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ｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍＳｅｗａｅＳｌｕｄｅｗｉｔｈＡｌｋａｌｉｎｅＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　　　　　　ｇｇ［］，Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ２００４，３８：３１９５３２０２．－［］朱　建，李捍东，王　平．环境因子对底泥释放Ｃ１１ＯＤ、ＴＮ

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京：化学工业出版社，２００７．

３　结　论

研究结果表明，ＮａＯＨ消解对二沉池污泥中温度、ＣＯＤ的释放有非常显著的效果，ＮａＯＨ浓度、

时间、污泥含水率等参数对ＣＯＤ的释放效率有较大的影响．含水率为９９．８％二沉池污泥消解最佳

／消解时间１含水率不同的污ＮａＯＨ浓度为２Ｌ，２ｈ，ｇ泥，同时ＣＮａＯＨ消解的最佳条件不同，ＯＤ的最大超声消解污泥过程中，虽然污泥释放释放量亦不同．

的Ｃ但同时脱水ＯＤ随超声处理时间的延长而增加，越困难，与Ｎ超声消解后污泥的沉降ａＯＨ消解相比，由此可见，经Ｎ污泥可释放性能较差．ａＯＨ消解后，

较多的Ｃ污泥的沉降性能较好，有利于污泥的浓ＯＤ，使污泥减量化；同时污泥释放的Ｃ能为缩处理，ＯＤ，城市污水处理厂的反硝化处理工艺提供碳源和营养源，为污水反硝化处理节省成本．

［责任编辑　周文凯］