探究聚合氯化铝投加量对污泥厌氧消化影响的实验

1、材料与方法

        1.1 试验装置如图1所示，污泥消化罐有效容积为8L，试验装置自带温控器，可使消化污泥温度始终维持在(35±1)℃。装置设有机械搅拌系统，使微生物与底物充分接触反应，产生的气体通过消化罐上端出气软管进入集气罐。集气罐分为内桶和外桶，外筒盛有调节后的水，内桶会随气体量增加而上浮，另设U型压力计与之相连通，用于测定实验室厌氧消化研究中的消化气的体积。

           1.2 试验对象及材料试验污泥取自青岛某污水处理厂预浓缩池污泥，接种污泥为该厂消化污泥，试验所用污泥指标见表1。试验仪器：1904型奥氏气体分析仪（H2S测定仪），FLASH2000CHNS/O多元素分析仪，雷磁PHS-2F型pH计，HI9828多参数防水型水质测定仪，FA2004N精密天平，TDL-5-A台式离心机等。

1.3试验方法

       1.3.1 污泥中温厌氧消化试验。试验设置6个厌氧消化装置，每天以5%的污泥投配比向消化罐中投加生污泥，消化时间为20d。系统内采用连续搅拌的方式搅拌，每天进泥排泥各一次，进泥与排泥同时进行。该试验过程中通过控温装置使消化系统内温度稳定在（35+1）℃。

       1.3.2 厌氧消化系统污泥驯化。试验用消化污泥分别投加不同量的聚合氯化铝，调配至0、30、60、90、120和150mg/L，加入到6个消化罐内。然后对消化罐内的消化污泥进行2d的驯化，使得消化装置内的污泥基本稳定，为后续试验创造较稳定的初始条件。

        1.3.3 沼气产气量的测定。系统产生的沼气通过排气管进入集气罐，集气罐内浮桶会随沼气收集量增加而上浮，通过刻度尺读数以及气体温度、压强来换算产气量的标准体积。

         1.3.4沼气中H2S浓度测定。使用1904型奥氏气体分析仪直接连通硅胶管的气体采样口，吸收沼气并读数，得到所测消化罐沼气中的H2S浓度。

2、结果与分析

       2.1 聚合氯化铝对厌氧消化系统酸碱度的影响研究考察了投加聚合氯化铝对污泥厌氧消化系统酸碱度的影响，结果见图2。投加聚合氯化铝的消化罐系统内污泥的pH低于空白罐，并且随着聚合氯化铝投加浓度的升高，消化污泥pH逐步降低。空白罐内污泥平均pH为7.26，聚合氯化铝投加浓度为30、60、90、120、150mg／L的消化罐内污泥平均pH分别为7.18、7.14、7.09、7.02和6.93，与空白罐相比较，分别降低了0.05、0.09、0.14、0.21和0.33个pH单位。水解与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH的适应范围大致为5.00~6.50，而甲烷菌对pH的适应范围为6.60~7.50之间。当pH降低至6.50以下时，消化系统已处于严重酸化状态，对甲烷菌有毒害作用，故消化污泥的pH-般维持在中性附近（6.80~7.20）。试验结果表明，投加聚合氯化铝会降低消化系统内的酸碱度，但降低幅度较小，消化系统内污泥pH仍维持在中性附近，说明投加聚合氯化铝对消化系统pH的影响也较小。

          2.2    聚合氯化铝对厌氧消化系统沼气产气量的影响研究考察了不同聚合氯化铝投加浓度条件下，随着消化系统运行时间的延长，沼气日产气量的变化情况（图3）。由图3可知，日产气量随时间呈逐渐递增趋势，随投药量的增加呈降低趋势。空白罐以及聚合氯化铝投加浓度为150mg/L的消化罐日产气量分别由初期的1322.37和355.00ml增加至2412.09和1616.78ml．各增长了1.82和4.55倍；累计产气量分别为38760.96和24310.06ml。试验结果表明，随着时间的延长，聚合氯化铝对产气量的抑制作用有所减弱。聚合氯化铝投加浓度为150mg／L的消化罐累计产气量为空白罐累计产气量的62.72%，可见投加聚合氯化铝可使消化系统总产气量下降。究其原因，由于产甲烷菌对酸碱度要求很苛刻，同时消化罐内毒性增强，使得产甲烷菌等微生物的活性降低。故聚合氯化铝投加浓度越高，产甲烷菌活性被抑制得越严重。连续投加铝盐，消化罐内厌氧污泥可以得到驯化，与此同时，聚合氯化铝的抑制效果也逐渐降低，但抑制效果并不会消失。

         2.3   聚合氯化铝对厌氧消化系统沼气产气组分、热值的影响研究试验第17天沼气组分的测定结果见图4。由图4可知，空白罐以及PAC投加浓度为30、90、150mg/L的消化罐产气中CH。含量为64.0%、63.6%、61.8%、60.0%，CO，含量为23.2%、23.8%、24.4%、28.6%,H2含量为8.6%、10.2%、12.2%、9.0%。投加聚合氯化铝浓度为150mg/L的消化罐所产沼气中CH4含量比空白罐低6.25%，C02含量则比空白罐高17.21%，H。含量比空白罐高4.65%。可见，CH4含量随着聚合氯化铝浓度的增加呈现逐渐降低的趋势，投加聚合氯化铝对产甲烷菌的活性起到抑制作用。H2和CO2则与CH4呈现相反趋势，原因是产甲烷菌的活性受到抑制，从而导致将乙酸、H2与CO2转化成甲烷的效率降低。沼气组分中CH4含量以及沼气产气量均随聚合氯化铝投加浓度的提高逐步降低，而热值同样也随投药量的增加而逐步降低（图5）。试验第17天测定的沼气热值由空白罐的26700kj／Nm3逐渐降至PAC投加浓度为150mg/L的25108KJ/Nm3，降低了1592KJ/Nm3，即降低了5.96%。试验结果表明，随着聚合氯化铝投加浓度的升高，消化系统产生的沼气热值逐步降低，但降低幅度不大。



           2.4   聚合氯化铝对厌氧消化系统中H2S产生量的影响研究图6为不同浓度下沼气中H2S随时间变化。由图6可知，空白罐所产沼气中H2S含量平均为970.89mg/m3，聚合氯化铝投加浓度为30、60、90、120及150mg／L的消化罐沼气中H2S含量平均为849.56、610.89、539.33、543.00、568.44mg/m3。随着聚合氯化铝投加浓度的升高，沼气中H2S含量逐渐降低并趋于稳定；当聚合氯化铝投加浓度达到90mg/L时，沼气中H2S含量已达到较低值，若继续投加聚合氯化铝，沼气中H2S含量不再降低。试验结果表明，聚合氯化铝对消化系统中H2S的产生有较好的抑制作用。

3、结论

       (1)  聚合氯化铝的投加会降低厌氧消化系统内的酸碱度。空白罐平均pH为7.26，聚合氯化铝投加浓度逐步升高，消化污泥的pH也逐渐降低，但降低幅度较小。当聚合氯化铝的投加量为150mg/L时，消化罐平均pH为6.93，仅降低了0.33个pH单位。

      (2）聚合氯化铝的投加对污泥厌氧消化产气有消极影响，投加浓度越大沼气量越低。聚合氯化铝投加浓度为150mg/L的消化罐累计产气量为空白罐累计产气量的62.72%。随着污泥消化时间的延长，聚合氯化铝对污泥厌氧消化产气的抑制作用逐渐减弱。

     （3)随着聚合氯化铝投加浓度的升高，沼气中CO2和H2升高，CH4含量降低，热值也逐渐降低。当PAC投加浓度为150mg/L时，所产沼气中CH4含量比空白罐低6.25%，CO2含量高17.21%，H2含量高4.65%，热值降低5.96%。

       (4)投加聚合氯化铝对消化系统中H2S的产生具有较好的抑制效果。

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