含油废水处理厂污泥的厌氧消化试验-论文 6页

化工进展2013年第32卷第10期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·2501·含油废水处理厂污泥的厌氧消化试验刘华杰，杨殿海，薛勇刚，段妮娜，戴晓虎(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)摘要：为研究含油废水处理产生的剩余污泥和气浮污泥的厌氧消化性能，试验采取序批式厌氧消化两种含油污泥的方法，对含油污泥的组成变化及产气性能进行测定，并将其结果与市政剩余污泥进行对比。试验结果显示，经过35天的厌氧消化，含油剩余污泥和含油气浮污泥的可挥发固体(VS)降解率分别为4．98％和3．74％，TCOD降解率分别为10％和3．4％，产气量分别为0．97L／gVS和O．56L／gVS。经过和市政剩余污泥对比后表明，含油气浮污泥厌氧消化性能差，不宜进行厌氧消化处理；含油剩余污泥厌氧消化性能相对强于含油气浮污泥，但弱于市政剩余污泥。关键词：含油污泥；厌氧消化；产气中图分类号：X742文献标志码：A文章编号：1000—6613(2013)10—2501—06DoI：10．3969~．issn．1000．6613．2013．10．040AnaerobicdigestionofoilysludgeinwastewatertreatmentplantLIUHuajie，YANGDianhai，XUEYonggang，DUANNina，DAIXiaohu(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Inordertoexploretheanaerobicdigestionperformanceoftheoilysludge，anaerobicbatchmodewastakenfortheoilyexcesssludgeandoilyscumsludgeproducedinawastewatertreatmentplant．Duringanaerobicdigestion，compositionchangesofoilysludgeandthevolumeofbiogasproducedweremeasuredandthencomparedwiththeresultsofmunicipalexcesssludge．Theresultsshowedthatafter35daysanaerobicdigestion，foroilyexcesssludgeandoilyscumsludgetheVSremovale师ciencieswere4．98％and3．74％，theTCODremovale历ciencieswere10％and3．4％，andthevolumeofbiogasproducedwere0．97L／(gVS、and0．56L／(gVS)．Itdemonstratedthatanaerobicdegradabilityofoilyscumsludgewasnotdesirable．Eventheresultsofanaerobicdegradabilityofoilyexcesssludgewerebetter，itmaynotbefeasibletouseanaerobicdigestioninoilysludgetreatment．Keywords：oilysludge；anaerobicdigestion；biogasproduced石油工业是支撑经济发展的基础，而原油的加面水。目前学者们研究关于“三泥”的处理方法有：工过程中会产生废水，包括反应过程注水、蒸馏过焚烧、生物堆肥、溶剂萃取及焦化处理等[3-10]。污程的气提冷凝水、产品水洗水等污染废水L1J。废水泥的厌氧消化作为一种低能耗、资源化的污泥稳定处理过程中，在气浮池浮选除油时产生的浮渣、生化处理技术，近年来在国内外得到了较多的关注和物曝气池中微生物生长繁殖产生的剩余污泥、隔油收稿日期：2013．05—02；修改稿日期：2013—05—28。池的池底和污油罐底的油泥，统称为“三泥”L2J。基金项目：国家“水体污染控制与治理”科技重大专项(2013ZX07315．含油污泥只进行机械离心和压滤脱水后填埋或001)第一作者：刘华杰(199O一)，男，硕士研究生，研究方向为污水生物堆放，不仅是对资源的一种浪费，而且其含有的苯处理、污泥处理与处置。E-mailliuhuajie3@126．tom。联系人：薛勇刚，系物、酚类等毒性物质可能会污染土壤、空气、地博士，研究方向为污泥处理及其资源化。E-mailxue．ton~ji@gmail．tom。n·2502·化工进展2013年第32卷工程实际应用[11-13]。而针对石油污泥的厌氧消化研表l所示。究较少。有学者【1J曾用厌氧发酵处理石油污泥废弃由表1可见，由于污泥本身脱水性能及脱水工物，对发酵过程中石油烃的降解进行了测定，发现艺不同的缘故，两种含油污泥的TS要明显低于市营养型生物促进剂、生物强化、共基质能促进烃类政污泥。而3种污泥(市政污泥、含油气浮污泥、物质的降解，且低环烃比高环烃更易降解。但没有含油剩余污泥)的TCOD／TS分别为720mg／g、1061对石油污泥有机质的降解及产气性能进行研究。本mg／g、1158mg／g，即含油污泥单位质量TS含有的试验研究了炼油厂污水处理过程中产生的两种典型TCOD是市政污泥的1．4～1．6倍。另外，含油污泥污泥进行中温厌氧消化的性能，对其是否适合进行的VS／TS值是市政污泥的1．24～1．41，可得出单位厌氧消化处理进行了探讨，并对其适宜的处理方法质量TS中，含油污泥有机质含量是市政污泥的1_3提出了建议。倍左右。若含油污泥消化性能和市政污泥接近的话，则同样含水率的含油污泥产气量理论上要更佳。1材料与方法两种含油污泥SC0D／TCOD接近，但都要明显1．1基质和接种污泥低于市政污泥，不到市政污泥的20％。厌氧消化前，试验所用石油污泥来自我国西北某炼油厂污水污泥中的SCOD占TCOD的比值可理解为污泥有机处理厂运行过程中产生的浮渣和剩余污泥。该炼油质中初始水解的有机质所占的比例，比例较低，表厂污水先后经过隔油池、气浮池、均化池、生化曝明含油污泥中易水解的有机质比例较低，这与含油气二级处理池及澄清池后排放，其中池底泥进入油污泥含较多大分子难降解有机质的事实相符。厌氧泥池，浮渣进入浮选池。“三泥”重力脱水后，用油消化过程中，水解是进行降解的第一步，故推测较泥泵将脱水后的三泥提升到三渣池，进行自然浓缩，低的初始SCOD／TCOD可能对含油污泥的厌氧消化浓缩后的三泥脱水后直接送往废渣场。过程，尤其是产气效率有所限制。为比较两种典型含油污泥与普通市政污泥之问表l中，含油气浮污泥干基热值是市政污泥的的厌氧性能差异，实验在考察含油污泥厌氧产气性1．9倍、含油剩余污泥的1．7倍，这与含油气浮污泥能的同时，增加了普通市政污泥进行对照，以平行有较高浓度的烃类物质有关，表明含油污泥可能具对比含油污泥厌氧产气是否受到抑制。该市政污泥有好的焚烧产热或发电资源化利用前景。来自上海嘉定安亭污水处理厂。1．2试验方法3种污泥都是压滤脱水后的高含固污泥。接种为促进消化反应，加快污泥的产气速率，消化污泥取自实验室运行稳定的中温污泥厌氧反应器。前将接种污泥加入到3种试验污泥。3种试验污泥两种含油污泥、市政污泥及接种污泥的主要性质如分别与接种污泥、去离子水按照表2的比例混合后表1污泥的主要参数n第10期刘华杰等：含油废水处理厂污泥的厌氧消化试验·2503·加入到8L厌氧反应器1、2，3中进行序批试验，应器和空白反应器(只有接种污泥)产生的气体体反应器示意图及照片如图1所示，混合后3个反应积，计算每天的产气量。1、2、3减去空白反应器器中试验污泥的VS量相当，分别为0．138kg、0．141的产气量为对应的脱水污泥产气量。kg、0．143kg；基质VS与接种泥VS比为0．73kg／kg、1．3分析方法及部分使用仪器0．741kg／kg、0．753kg／kg。对比3种污泥的厌氧消TS、VS测定采用称重法；SC0D、TCOD测定化性能，同时以未添加基质的接种污泥作为空白。采用重铬酸钾法，其中SCOD是将样品用离心机反应器密封，通过夹套内水浴程控加热保持温度为(30000r／min)离心10min后取上清液进行测定，35℃，卧轴式搅拌，搅拌频率为每10min搅拌1TCOD是将样品稀释一定倍数后410r／min震荡摇min，转速为38r／min。通过气体流量计读取3个反匀15rain后取样测定；氨氮(NH3-N)采用纳氏试剂比色法5J；消化液样品在30000r／min下离心l0表2各反应器的混合比例min后过滤，滤液经微孔滤膜(0．45岬)后，稀释一定倍数并加入甲酸调整pHi<2．0，之后采用气相色谱法(AgilentTechnologies6890N，CA，USA，火焰离子化检测器)测得VFA浓度；pH值、碱度、电导率采用德国METTLERT0LDO公司相应仪器测定。2结果与讨论2．1有机质降解·陛能消化过程中TS和Vs的变化规律如图2和3所示，3种污泥的TS及VS在前两天的变化不大。随着厌氧消化过程的进行，部分固体有机质逐渐溶解、水解，并进一步转化为VFA和气体，使混合污泥的TS浓度降低，1、2、3反应器内的TS消化后分别降低了8．5％、4．3％、4．7％，含油气浮污泥和剩余污泥的TS比市政污泥低，减少量也相对较低。从图2中看出，3组污泥VS值在3周后基本达到稳定，1、2、3反应器内的VS分别降低了9．47％、3．74％、4．98％。可见两种含油污泥的生物降解性弱(a)反应器构照示意图于市政污泥。且整个消化过程中，3种污泥的VS／TS变化不大，市政污泥的VS／TS保持在O．41左右，含油气浮污泥和剩余污泥的VS／TS分别保持在0．46和0．45，市政污泥的VS／TS明显低于含油污泥，这(b)照片图1反应器构造示意图及照片图2不同反应器内TS浓度的变化n·2504·化工进展2013年第32卷图3不同反应器内VS浓度的变化图4不同反应器内TCOD浓度的变化可能是因为含油污泥中的烃类物质在VS测定时高温裂解及挥发所致。消化过程中COD和VFA随时间的变化规律如图4～图6所示。消化前两天污泥TCOD的变化不大，而由于污泥中固态有机质的溶解和水解，SCOD和VFA浓度快速升高。从图4、图5可发现消化主要发生在前两周，第一周的消化速率最高，1、2、3反应器内TCOD的降解量占总降解量的70％、8l％和75％。消化过程中，3组污泥的TCOD一直在降低，而SCOD都呈现了先降低，中间微弱升高图5不同反应器内SCOD浓度的变化后再下降的趋势。这可能是由于污泥首先进行的水解产物中容易被降解的SCOD，如VFA被快速利用3000产气，没有产生SCOD的积累，而随着水解的进行，2400不易被降解的SCOD逐渐增多积累，造成SCOD的1800升高，当其被转化为易降解SCOD后，再被逐渐利用。VFA由于能被快速利用，所以浓度快速降低到1200《较低水平，保持在60～140mg／L。>6003组污泥相互对比来看，3种污泥的TCOD分0别减少了18836mg／L、3600mg／L、8235mg／L，降解了24％、3．4％、10％。含油气浮污泥的TCOD降时间／天解最少，其降解性能最差。含油剩余污泥的TCOD图6不同反应器内VFA浓度的变化降解量居中，降解性较好，降解量接近市政污泥的一半。分别占总产气量的80％、70％和89％。从图8中的2．2产气性能3组污泥相互对比来看，市政污泥分解单位质量VS产气主要发生在前两周，如图7所示。1、2、产气量为0．98L／(gVS)，符合美国污水处理厂设计3反应器基本都在2"---3天达到了产气的最大值，相手册该指标的最佳范围0．75～1．12L／(gVS)：含油剩对于VFA的快速升高表现出了一定的滞后性，可能余污泥的分解单位质量VS产气量和市政污泥接是由于在厌氧不同阶段优势微生物总群的不同导致近，但由于降解性能相对较差，VS降解率较低(见的，在完成了水解和产酸阶段后，产甲烷菌快速繁2．1节)，所以总产气量是市政污泥的一半；而含油殖，利用VFA产气，第一周每两天收集产气，测得气浮污泥降解性能差，不仅VS降解率低(见2．1产气中甲烷含量为55％~65％。第一周的产气速率节)，分解单位质量VS产气量约为市政污泥的一最高，产气量最多，1、2、3反应器第一周产气量半，总产气量不到市政污泥产气量的l／4，说明其n第10期刘华杰等：含油废水处理厂污泥的厌氧消化试验·2505·图10不同反应器内氨氮浓度的变化图7不同反应器内气体日产量和总产量3结论∞(1)含油剩余污泥降解单位VS产气量和市政＼剩余污泥相当，说明这两种污泥厌氧降解机理类似，∽含油剩余污泥中一定浓度的石油烃类物质对污泥厌>瓣氧消化影响不大。但含油剩余污泥VS和TCOD降爨解量及总的产气量约为市政剩余污泥的50％，这可能由于含油废水和市政污水水质的不同，导致易降解有机质在含油污泥中含量比市政污泥中含量低所致。图8降解单位质量VS产气量(2)含油气浮污泥降解单位VS产气量和总产气量约为市政剩余污泥的50％~n23％，VS降解率、不宜进行厌氧消化降解。TCOD降解率分别为3．78％~n3．4％，消化性能差，2．3其它参数的变化情况因此含油气浮污泥不宜进行厌氧消化处理。消化过程中，3组污泥的碱度都呈递增趋势，(3)两种含油污泥的处理建议：含油剩余污泥都增长了约3O％～40％。在3周后保持稳定，且市有机物降解率低，直接进行厌氧消化效果不佳，需政剩余污泥的碱度一直保持最高(图9)。通过一定的预处理方式(如热预处理、超声波预处消化前后氨氮的浓度分别提升了7％、2％、理等)来提高有机质的水解效果和促进产沼气【1；15％，见图10。这主要由于厌氧消化过程中蛋白质含油气浮污泥干基低位热值接近标煤低位热值(约等含氮物质被降解，氮以氨氮的形式被释出【1川。另29．3MJ／kg)，在脱水后即可满足我国《城市生活垃外，含油气浮污泥低的氨氮增长量与前面得到其弱圾焚烧处理工程项目建设标准》自持焚烧的最低要的生化性相一致。求(污泥含水率不大于50％，污泥干基低位热值不小于5000kJ／kg)，因此含油气浮污泥可用于焚烧产热或发电。符号说明COD——化学需氧量，mg／LSC0f)_一溶解性COD，mg／LTA——碱度，mg／LTCOD——总COD，megLTS——总固体，gmVS——挥发性固体，L图9不同反应器内总碱度的变化VFA——挥发性脂肪酸，mg／Ln·2506·化工进展2013年第32卷L0l6-l030．参考文献【10]KaramalidisAK，VoudriasEA．Anionleachingfromrefineryoilysludgeandashfromincinerationofoilysludgestabilized／solidified邹大宁．炼油厂“三泥”处理技术与应用研究fD1．黑龙江：东北石withcement．PartII．Modeling[J]．EnvironmentalScience＆油大学，2011．Technology，2008，42(16)：6124—6l30[2]肖梓军，乔树苓，严勇，等“三泥”处理现状及资源化利用研究进王丽花，查晓强，邵钦．白龙港污水处理厂污泥厌氧消化系统的展[JJ．长春理工大学学报：自然科学版，2010，33(1)：130．133．设计和调试『J]．中国给水排水，2012，28(4)：43．45．[3]HouLS，JiangXM，LiujGCharacteristicsofoilysludge[12]戴前进，李艺，方先金．城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化试验combustionincirculatingfluidizedbeds[J]．JournalofHazardous研究fJ]．中国给水排水，2006，22(23)：95．98．Materials，2009，170(1)：175．179．【13]ParkC，Abu-OrfMM，NovakJThedigestibilityofwasteactivated[41赵东风，路帅．含油污泥焦化处理反应条件的优化『J1．石油大学学sludges[J]．WaterEnvironmentResearch，2006，78(1)：59—68．报：自然科学版，2002，26(4)：90．93．王洪君，张忠智，李庆忠堆肥法处理含油污泥研究进展『J1．环境[14]MohanSRV，DeviMP，ReddyM，eta1．Bioremediationof[5]污染治理技术与设备，2002，3(4)：86．89．petroleumsludgeunderanaer0bicmicroenvironment：Influenceofbiostimulationandbioaugmentation[J]．EnvironmentalEngineering[6]回军，赵景霞，王有华，等．炼油厂“三泥”处理技术研究【J]石油andManagementJournal，2011，10(11)：1609—1616．化工环境保护，2003，26(2)：54．57．[15]国家环境保护总局．水和废水监测分析方法『M1．第4版．北京：[7]马见波．炼油厂“三泥”治理及综合利用『J]．石油化工安全环保技中国环境科学出版社，2002．术，2008，24(6)：58．60．[8][16]DuanNN，DongB，WuB，eta1．High·solidanaerobicdigestionofKongLR，XiaFJ，JingGL．Treatingmethodsofoilysludge[J]．AdvancedMaterialsResearch，2012，356．360：19811984．sewagesludgeundermesophilicconditions：Feasibilitystudy[J]BioresourceTechnology，2012，104：150—156．[91DaSilvaLJ，AlvesFC，FrancaFRAreview&thetechnologicalsolutionsforthetreatmentofoilysludgesfrompetroleum[17]贾舒婷，张栋，赵建夫，等．不同预处理方法促进初沉／剩余污泥refineries[J1．WasteManagement＆Research，2012，30(10)：厌氧发酵产沼气研究进展『J]．化工进展，2013，32(1)：193．198．-：、，-≯《汐、《、《《．≯《、-、、《(上接第2496页)treatmentsystem[J]．JournalofChemicalTechnology＆展[J]．中国沼气，2004，22(2)：12—17．Biotechnology，2013，88(6)：1136—1143．[18]AndalibM，NakhlaG，ZhuJ．HighratebiologicalnutrientremovalAlimahmoodiM，YemshalmiL，MulliganCN．Developmentoffromhighstrengthwastewaterusinganaerobic—circulatingfluidizedbiofilmongeotextileinanewmulti—zonewastewatertrealcmentbedbioreactoe(A—CFBBR)[J]．BioresourceTechnology，2012，l18：systemforsimultaneousremovalofCOD，nitrogenandphosphorus[J]526—535．BioresourceTechnology，2012，107：78—86．[19】AndalibM，NakhlaG，ZhuJ．Dynamictestingofthetwincirculating[12】BehzadianF，YerushalmiL，AliraahmoodiM，etal，Hydrodynamicfluidizedbedbioreaetor(TCFBBR)fornutrientremovalfromcharacteristicsandoverallvolumetricoxygentransfercoeficientofamunicipalwastewater[J]．ChemicalEngineeringJournal，2010，162newmulti—environmentbioreactor[J]．BioprocessandBiosystems(2)：616—625．Engineering，2013，36(8)：1043-1052．【20]AndalibM，NakhlaG，SenD，eta1．Evaluationofbiologicalnutrient【13]YerushalmiL，AlimahmoodiM，BehzadianF，eta1．Mixingremovalfromwastewaterbytwincirculatingfluidizedbedcharacteristicsandliquidcirculationinanewmulti．environmentbioreactor(TCFBBR1usingapredictivefluidizationmodelandbioreaetor[J]，BioprocessandBiosystemsEngineering，2012．DOI：AQUIFASAPP[J]．BioresourceTechnology，20l1，102(3)：10．1007／s00449—012．08368．2400—2410．[14]AsadiA，Zinatiz甜ehAAL，HasnainIsaMPerformanceof[21]史静，吕锡武，朱文韬．A2N—IC新工艺与A2N工艺脱氮除磷性能intermittentlyaeratedupflowsludgebedreactorandsequencing对比研究Ⅲ．湖南大学学报：自然科学版，2012，39(10)：73．78．batchreactortreatingindustrialestatewastewater：Acomparativef221张杰，刘婧，李相昆，等．新型双污泥反硝化除磷工艺的初步研study[J]。BioresourceTechnology，2012，123：495-506，究fJ]．黑龙江大学自然科学学报，2008，25(1)：1-5．[15]AsadiA，ZinatizadehAAL，SumathiS．SimultaneousremovaIof[23】令云芳，王淑莹，王亚宜，等．A2N反硝化除磷脱氮工艺的影响因carbonandnutrientsfromallindustrialestatewastewaterinasingle素分析『J]．工业用水与废水，2006，37(2)：7-11．up—flowaerobiclanoxicsludgebed(UAASB)bioreactor[J]WaterResearch，2012，46(15)：4587．4598．[24]荆建刚，张金鸿，李震海，等．城市污水处理脱氮除磷新工艺特[16】AminiM，YbunesiH，LorestaniAAZ，eta1．Determinationof性探讨．环境卫生工程，2012，20(3)：43—45．optimumconditionsfordairywastewatertreatmentinUAASB【25]ShiJ，LuXW，YuR，eta1．Nutrientremovalandphosphorusrecoveryreactorforremovalofnutrients[J]．BioresoureeTechnology，2013．per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