苑宏英，孫錦繡，王 亭，祁 麗

(天津城建大學(xué) a. 天津市水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 環(huán)境與市政工程學(xué)院，天津 300384)

環(huán)境與市政

溫度調(diào)節(jié)對(duì)污泥中有機(jī)質(zhì)和氮磷溶出的影響研究

苑宏英ab，孫錦繡ab，王 亭ab，祁 麗ab

(天津城建大學(xué) a. 天津市水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 環(huán)境與市政工程學(xué)院，天津 300384)

污泥熱處理可以破壞污泥絮體，加快固體物質(zhì)的溶解.對(duì)污泥進(jìn)行50 ℃水浴加熱以了解加熱過(guò)程中污泥中有機(jī)質(zhì)和氮磷的溶出情況.結(jié)果表明，加熱有利于污泥中有機(jī)質(zhì)的溶出，加熱2 h后，溶解性蛋白質(zhì)(SPN)、溶解性碳水化合物(SPS)、溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)、氨氮(NH4＋-N)和磷酸鹽(PO43--P)的溶出量均有提高，分別為36.03、9.41、60.59 mg/g VS，5.99、7.28 mg/g TS.

溫度調(diào)節(jié)；剩余污泥；有機(jī)質(zhì)；氮；磷

污泥是由污水處理構(gòu)筑物所排出的以有機(jī)物為主要成分的沉淀物，易于腐化發(fā)臭，顆粒較細(xì)，比重較小(約為 1.02～1.006)，含水率高且不易脫水，屬于膠狀結(jié)構(gòu)的親水性物質(zhì)．污泥具有氮、磷、鉀、有機(jī)物含量高的特點(diǎn)，如果能采取某些處理技術(shù)，將污泥中的氮、磷、有機(jī)物等釋放出來(lái)并加以利用，不僅能增加污水處理廠內(nèi)部生物易利用的碳源，解決低碳城市污水和生物難降解有機(jī)廢水生物除磷脫氮效率低的問(wèn)題；還可以回收利用氮磷物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用．

污泥水解是限制污泥消化速率的關(guān)鍵[1]．國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理可以促進(jìn)污泥水解及提高脫水性能．目前，國(guó)內(nèi)外常用的污泥預(yù)處理方法有物理方法、化學(xué)方法、生物方法或幾種預(yù)處理相結(jié)合的方法，目的是通過(guò)各種調(diào)質(zhì)方法直接破壞污泥微生物的細(xì)胞壁，使有機(jī)質(zhì)溶出以增大污泥的水解速率[2]．通常所說(shuō)的污泥熱處理只是對(duì)污泥進(jìn)行升溫，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，而不關(guān)心細(xì)胞是否破碎、細(xì)胞物質(zhì)是否水解[3]．加熱能夠破壞膠體顆粒的穩(wěn)定性，破壞微生物的細(xì)胞壁，有利于污泥中氮、磷和有機(jī)質(zhì)等的回收利用[4-5]．加熱處理亦可殺滅病毒、寄生蟲(chóng)卵等，保證污泥利用的安全性．

1 材料與方法

1.1 污泥初始特性

試驗(yàn)所用剩余污泥取自天津某一污水處理廠的回流污泥泵房，污泥取回后靜置24 h，并排出上清液，將剩下的污泥作為試驗(yàn)的初始污泥．初始污泥的特性見(jiàn)表1．

表1 剩余污泥初始特性

其中：ORP為氧化還原電位；TS為總固體濃度；VS為揮發(fā)性總固體濃度；NH4＋-N為氨氮；PO43--P為磷酸鹽；TN為總氮；TP為總磷；TPN為總蛋白質(zhì)；TPS為總碳水化合物；TCOD為總化學(xué)需氧量；SPN為溶解性蛋白質(zhì)；SPS為溶解性碳水化合物；SCOD為溶解性化學(xué)需氧量．

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)加熱溫度設(shè)定為50 ℃．試驗(yàn)將同一初始特性的污泥混合均勻后分為5份，分別將其放入相同規(guī)格燒杯內(nèi)并編號(hào)為1#、2#、3#、4#和5#．采用如下的控制方式：1#為不加熱(室溫 18 ℃左右)的空白對(duì)照；2#為在50 ℃的水浴鍋中加熱0.5 h；3#為加熱1 h，4#為加熱1.5 h；5#為加熱2 h．加熱后將裝有污泥的燒杯從水浴鍋中拿出冷卻，待污泥溫度降至室溫后測(cè)定溶解性蛋白質(zhì)、碳水化合物、化學(xué)需氧量、氮、磷等相關(guān)指標(biāo)，由此分析加熱時(shí)長(zhǎng)對(duì)污泥水解的影響．

溶解性蛋白質(zhì)、碳水化合物、化學(xué)需氧量、氨氮和磷酸鹽的測(cè)定均按照標(biāo)準(zhǔn)方法[6]．

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)質(zhì)的溶出情況

2.1.1 SPN和SPS的溶出情況

不同加熱時(shí)長(zhǎng)條件下，SPN和SPS的濃度變化過(guò)程分別見(jiàn)圖1和圖2．

圖1 SPN的溶出量隨加熱時(shí)間的變化

從圖1-2中可以看出：污泥SPN和SPS在加熱條件下的溶出量變化趨勢(shì)相同，加熱0.5 h效果已經(jīng)比較明顯，之后溶出量均隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增加；當(dāng)加熱時(shí)長(zhǎng)為2 h時(shí)達(dá)到最大值，SPN的含量從最初的7.976 mg/g VS增加到36.034 mg/g VS，約增加了3.5倍；SPS含量從最初的3.052 mg/g VS增加到9.406 mg/g VS，約增加了2.1倍．

剩余活性污泥中的有機(jī)顆粒，通過(guò)熱預(yù)處理被液化為可溶性碳水化合物、蛋白質(zhì)或轉(zhuǎn)化成較低分子量的化合物[7]．Tanaka等[8]的研究指出，PN、PS及脂類(lèi)是城市污水污泥的最主要組成部分．通過(guò)加熱處理，使污泥細(xì)胞壁發(fā)生破解，胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)大量溶出，因此SPN和SPS溶出量逐漸增大．

2.1.2 SCOD的溶出情況

不同加熱時(shí)長(zhǎng)條件下 SCOD的濃度變化過(guò)程如圖3所示．

圖3 SCOD的溶出量隨加熱時(shí)間的變化

由圖3可以看出，SCOD的濃度隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，0.5 h時(shí)加熱效果不明顯，1.5 h后趨于穩(wěn)定，當(dāng)加熱2 h時(shí)達(dá)到最大值，SCOD的含量從最初的30.500 mg/g VS增加到60.591 mg/g VS，約增加了0.99倍．

SCOD同SPN、SPS一樣，也是EPS中的一部分，當(dāng)污泥細(xì)胞壁被破壞后，SCOD將大量溶出，Nges等[9]認(rèn)為，SCOD的大量溶出是由于污泥細(xì)胞分解(擴(kuò)散和絮體解體)，使其形成簡(jiǎn)單的單體化合物如VFAs、氨基酸和單糖．一般來(lái)說(shuō)，更高的溫度和更長(zhǎng)的加熱時(shí)間有利于有機(jī)質(zhì)的溶出[10]．Wu Haiyan等[11]指出，SCOD溶出量的大小表征了污泥水解效果的好壞，這說(shuō)明加熱更有利于提高剩余污泥的水解程度．

2.2 NH4＋-N和PO43--P的溶出情況

不同加熱時(shí)長(zhǎng)條件下，NH4＋-N和PO43--P的濃度變化過(guò)程分別見(jiàn)圖4和圖5．

從圖4和圖5中可以看出，加熱對(duì)氨氮和磷酸鹽的溶出都有促進(jìn)作用，加熱2 h后達(dá)到最大值，氨氮的含量從最初的4.547 mg/g VS增加到5.994 mg/g VS，約增加了 32%，磷酸鹽的含量從最初的 6.331 mg/g VS增加到7.281 mg/g VS，大約增加了15% ．

圖4 氨氮隨加熱時(shí)長(zhǎng)的變化

圖5 磷酸鹽隨加熱時(shí)長(zhǎng)的變化

50 ℃的水浴加熱并沒(méi)有使磷快速溶出，這與薛濤等[4]的研究結(jié)果不同．加熱對(duì)氨氮和磷酸鹽溶出的促進(jìn)作用不及對(duì)有機(jī)質(zhì)的作用，可能的原因是50 ℃的水浴加熱只是促進(jìn)了固體物質(zhì)的溶解及污泥絮體的破碎[12]，50 ℃不足以使污泥中的氮磷快速溶出，污泥中固態(tài)的氮磷部分溶解到液相中導(dǎo)致氨氮和磷酸鹽略有增加．

3 結(jié) 論

(1)50 ℃水浴加熱有利于污泥中蛋白質(zhì)、碳水化合物、COD等有機(jī)質(zhì)的快速溶出，對(duì)氨氮和磷酸鹽的溶出促進(jìn)作用不明顯．

(2)加熱2 h后，SPN、SPS、COD、氨氮和磷酸鹽的溶出量都得到提高．SPN、SPS、COD、氨氮和磷酸鹽的濃度分別增加了約3.5倍、2.1倍、99% 、32% 和15% ．

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Effect of Temperature Control on Dissolution of Organics and Ammonia and Phosphate in Sludge

YUAN Hong-yinga b，SUN Jin-xiua b，WANG Tinga b，QI Lia b
(a. Tianjin Key Laboratory of Aquatic Science and Technology；b. School of Environmental and Municipal Engineering，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China)

Heat treatment of sludge can destroy the sludge flocs and accelerate the dissolution of solid materials. Sludge was put in 50℃ hot water in order that people can observe the dissolution of organics and ammonia and phosphate in sludge in the heating process. The results show that the heating is benefit for the dissolution of organics，and the soluble protein(SPN)，soluble polysaccharide(SPS)and soluble chemical oxygen demand(SCOD)，ammonia nitrogen(NH4+-N)，phosphate(PO43--P)are increased in the 50 ℃ water bath pot after 2 hours. The release of these materials is 36.03mg/g VS，9.41mg/g VS，60.59mg/g VS，5.99mg/g TS and 7.28mg/g TS respectively.

temperature control；wasted sludge；organics；nitrogen；phosphorus

X703

A

2095-719 X(2015)06-0408-04

2015-01-13；

2015-03-19

國(guó)家自然科學(xué)基金(51308374)；天津市科技支撐項(xiàng)目(13ZCZDGX03100)

苑宏英（1974—），女，山西大同人，天津城建大學(xué)教授，博士．