探究聚合氯化鋁投加量對污泥厭氧消化影響的實驗
1、材料與方法
1.1 試驗裝置如圖1所示，污泥消化罐有效容積為8L，試驗裝置自帶溫控器，可使消化污泥溫度始終維持在(35±1)℃。裝置設(shè)有機械攪拌系統(tǒng)，使微生物與底物充分接觸反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體通過消化罐上端出氣軟管進入集氣罐。集氣罐分為內(nèi)桶和外桶，外筒盛有調(diào)節(jié)后的水，內(nèi)桶會隨氣體量增加而上浮，另設(shè)U型壓力計與之相連通，用于測定實驗室厭氧消化研究中的消化氣的體積。
1.2 試驗對象及材料試驗污泥取自青島某污水處理廠預(yù)濃縮池污泥，接種污泥為該廠消化污泥，試驗所用污泥指標見表1。試驗儀器：1904型奧氏氣體分析儀（H2S測定儀），F(xiàn)LASH2000CHNS/O多元素分析儀，雷磁PHS-2F型pH計，HI9828多參數(shù)防水型水質(zhì)測定儀，F(xiàn)A2004N精密天平，TDL-5-A臺式離心機等。
1.3試驗方法
1.3.1 污泥中溫厭氧消化試驗。試驗設(shè)置6個厭氧消化裝置，每天以5%的污泥投配比向消化罐中投加生污泥，消化時間為20d。系統(tǒng)內(nèi)采用連續(xù)攪拌的方式攪拌，每天進泥排泥各一次，進泥與排泥同時進行。該試驗過程中通過控溫裝置使消化系統(tǒng)內(nèi)溫度穩(wěn)定在（35+1）℃。
1.3.2 厭氧消化系統(tǒng)污泥馴化。試驗用消化污泥分別投加不同量的聚合氯化鋁，調(diào)配至0、30、60、90、120和150mg/L，加入到6個消化罐內(nèi)。然后對消化罐內(nèi)的消化污泥進行2d的馴化，使得消化裝置內(nèi)的污泥基本穩(wěn)定，為后續(xù)試驗創(chuàng)造較穩(wěn)定的初始條件。
1.3.3 沼氣產(chǎn)氣量的測定。系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣通過排氣管進入集氣罐，集氣罐內(nèi)浮桶會隨沼氣收集量增加而上浮，通過刻度尺讀數(shù)以及氣體溫度、壓強來換算產(chǎn)氣量的標準體積。
1.3.4沼氣中H2S濃度測定。使用1904型奧氏氣體分析儀直接連通硅膠管的氣體采樣口，吸收沼氣并讀數(shù)，得到所測消化罐沼氣中的H2S濃度。
2、結(jié)果與分析
2.1 聚合氯化鋁對厭氧消化系統(tǒng)酸堿度的影響研究考察了投加聚合氯化鋁對污泥厭氧消化系統(tǒng)酸堿度的影響，結(jié)果見圖2。投加聚合氯化鋁的消化罐系統(tǒng)內(nèi)污泥的pH低于空白罐，并且隨著聚合氯化鋁投加濃度的升高，消化污泥pH逐步降低?？瞻坠迌?nèi)污泥平均pH為7.26，聚合氯化鋁投加濃度為30、60、90、120、150mg／L的消化罐內(nèi)污泥平均pH分別為7.18、7.14、7.09、7.02和6.93，與空白罐相比較，分別降低了0.05、0.09、0.14、0.21和0.33個pH單位。水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對pH的適應(yīng)范圍大致為5.00~6.50，而甲烷菌對pH的適應(yīng)范圍為6.60~7.50之間。當pH降低至6.50以下時，消化系統(tǒng)已處于嚴重酸化狀態(tài)，對甲烷菌有毒害作用，故消化污泥的pH-般維持在中性附近（6.80~7.20）。試驗結(jié)果表明，投加聚合氯化鋁會降低消化系統(tǒng)內(nèi)的酸堿度，但降低幅度較小，消化系統(tǒng)內(nèi)污泥pH仍維持在中性附近，說明投加聚合氯化鋁對消化系統(tǒng)pH的影響也較小。
2.2 聚合氯化鋁對厭氧消化系統(tǒng)沼氣產(chǎn)氣量的影響研究考察了不同聚合氯化鋁投加濃度條件下，隨著消化系統(tǒng)運行時間的延長，沼氣日產(chǎn)氣量的變化情況（圖3）。由圖3可知，日產(chǎn)氣量隨時間呈逐漸遞增趨勢，隨投藥量的增加呈降低趨勢?？瞻坠抟约熬酆下然X投加濃度為150mg/L的消化罐日產(chǎn)氣量分別由初期的1322.37和355.00ml增加至2412.09和1616.78ml．各增長了1.82和4.55倍；累計產(chǎn)氣量分別為38760.96和24310.06ml。試驗結(jié)果表明，隨著時間的延長，聚合氯化鋁對產(chǎn)氣量的抑制作用有所減弱。聚合氯化鋁投加濃度為150mg／L的消化罐累計產(chǎn)氣量為空白罐累計產(chǎn)氣量的62.72%，可見投加聚合氯化鋁可使消化系統(tǒng)總產(chǎn)氣量下降。究其原因，由于產(chǎn)甲烷菌對酸堿度要求很苛刻，同時消化罐內(nèi)毒性增強，使得產(chǎn)甲烷菌等微生物的活性降低。故聚合氯化鋁投加濃度越高，產(chǎn)甲烷菌活性被抑制得越嚴重。連續(xù)投加鋁鹽，消化罐內(nèi)厭氧污泥可以得到馴化，與此同時，聚合氯化鋁的抑制效果也逐漸降低，但抑制效果并不會消失。
2.3 聚合氯化鋁對厭氧消化系統(tǒng)沼氣產(chǎn)氣組分、熱值的影響研究試驗第17天沼氣組分的測定結(jié)果見圖4。由圖4可知，空白罐以及PAC投加濃度為30、90、150mg/L的消化罐產(chǎn)氣中CH。含量為64.0%、63.6%、61.8%、60.0%，CO，含量為23.2%、23.8%、24.4%、28.6%,H2含量為8.6%、10.2%、12.2%、9.0%。投加聚合氯化鋁濃度為150mg/L的消化罐所產(chǎn)沼氣中CH4含量比空白罐低6.25%，C02含量則比空白罐高17.21%，H。含量比空白罐高4.65%?？梢姡珻H4含量隨著聚合氯化鋁濃度的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，投加聚合氯化鋁對產(chǎn)甲烷菌的活性起到抑制作用。H2和CO2則與CH4呈現(xiàn)相反趨勢，原因是產(chǎn)甲烷菌的活性受到抑制，從而導(dǎo)致將乙酸、H2與CO2轉(zhuǎn)化成甲烷的效率降低。沼氣組分中CH4含量以及沼氣產(chǎn)氣量均隨聚合氯化鋁投加濃度的提高逐步降低，而熱值同樣也隨投藥量的增加而逐步降低（圖5）。試驗第17天測定的沼氣熱值由空白罐的26700kj／Nm3逐漸降至PAC投加濃度為150mg/L的25108KJ/Nm3，降低了1592KJ/Nm3，即降低了5.96%。試驗結(jié)果表明，隨著聚合氯化鋁投加濃度的升高，消化系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣熱值逐步降低，但降低幅度不大。
2.4 聚合氯化鋁對厭氧消化系統(tǒng)中H2S產(chǎn)生量的影響研究圖6為不同濃度下沼氣中H2S隨時間變化。由圖6可知，空白罐所產(chǎn)沼氣中H2S含量平均為970.89mg/m3，聚合氯化鋁投加濃度為30、60、90、120及150mg／L的消化罐沼氣中H2S含量平均為849.56、610.89、539.33、543.00、568.44mg/m3。隨著聚合氯化鋁投加濃度的升高，沼氣中H2S含量逐漸降低并趨于穩(wěn)定；當聚合氯化鋁投加濃度達到90mg/L時，沼氣中H2S含量已達到較低值，若繼續(xù)投加聚合氯化鋁，沼氣中H2S含量不再降低。試驗結(jié)果表明，聚合氯化鋁對消化系統(tǒng)中H2S的產(chǎn)生有較好的抑制作用。
3、結(jié)論
(1) 聚合氯化鋁的投加會降低厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)的酸堿度?？瞻坠奁骄鵳H為7.26，聚合氯化鋁投加濃度逐步升高，消化污泥的pH也逐漸降低，但降低幅度較小。當聚合氯化鋁的投加量為150mg/L時，消化罐平均pH為6.93，僅降低了0.33個pH單位。
(2）聚合氯化鋁的投加對污泥厭氧消化產(chǎn)氣有消極影響，投加濃度越大沼氣量越低。聚合氯化鋁投加濃度為150mg/L的消化罐累計產(chǎn)氣量為空白罐累計產(chǎn)氣量的62.72%。隨著污泥消化時間的延長，聚合氯化鋁對污泥厭氧消化產(chǎn)氣的抑制作用逐漸減弱。
（3)隨著聚合氯化鋁投加濃度的升高，沼氣中CO2和H2升高，CH4含量降低，熱值也逐漸降低。當PAC投加濃度為150mg/L時，所產(chǎn)沼氣中CH4含量比空白罐低6.25%，CO2含量高17.21%，H2含量高4.65%，熱值降低5.96%。
(4)投加聚合氯化鋁對消化系統(tǒng)中H2S的產(chǎn)生具有較好的抑制效果。
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