污泥上清液的有机物浓度及其生物降解性文档格式.docx
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尊阵阱谬
且前世界上城市生活污水的处理基本采用生物法,活性污泥法和生物膜法在生物处理
过程中,会产生容量不可忽视的污泥.为了方便这些污泥运输到填埋场,污泥处理中心或污
泥焚烧厂,必须最大程度地压缩污泥的体积以期减少污泥量.污泥浓缩池是压缩污泥体积的
最简单和最初的一个步骤.在浓缩池中,来自初沉池,活性污泥池和二沉池的污泥以沉淀或
上浮的方式进行浓缩浓缩后的污泥将进入下遭工序,如;
好氧或厌氧消化池,污泥的上清
液将回流到初沉池或活性污泥池.
在污泥浓缩池中,污泥处于缺养料缺氧状态,会出现厌氧消化厌氧消化是由不同细菌
作用的一连串生化反应（图1）.在厌氧消化过程中,污泥浓度减少,上清液中有机物浓度增
高.由于污泥浓缩池中的污泥停留时间仅为2d,而甲烷菌的繁殖周期为4～6d],所以污泥浓
缩池中的厌氧消化是不完全的.目前世界上对污泥浓缩池中的污泥厌氧消化还鲜有研究.而
上海的众多污水处理厂只是将污泥浓缩一下,然后将污泥运到农村做肥料,上清液被回流到
前段水处理系统.这些含高浓度有机物的上清液被回流到初沉池或活性扮泥池,将会增加生
物处理的负荷,影响出水水质.所以有必要了解这些有机物在不同浓缩条件下的增长规律及
——1——
,,
=
口/
前
一
物
机
有
余
它的降解性.
水解阶段
酸化阶段
产气阶段
二二二水解+细菌
产酸细菌
甲烷'
细菌
图1污泥魇氧消化的机理
二,试验过程
为了模拟污泥浓缩池,我们将取自于污水处理站活性污泥池中的污泥浓缩成不同浓度
（8~30g/I）,并将它们置于密闭容器中.在不同温度（10~30'
C）下,观察污泥浓度（VS）,
上清液有机物（CODer,TOC,蛋白质,挥发性脂肪酸VFA）浓度随浓缩时间的变化.然后
将在不同条件下产生的上清液进行生物降解试验（PH一7,T一20"
（2,t一30h）,以观察上清
液有机物的生物降解性.
三,结果和讨论
（--）模拟污泥浓缩池试验
通过模拟污泥浓缩池试验,我们观察到污泥浓度和有机物浓度不但随浓缩时间而变化,同
时也随温度而变化.下面就详细介绍污泥浓度和有机物浓度（CODer,TOC,蛋白质,
VFA）随时间和温度的变化情况
1.污泥浓度的变化
图2展现了三种不同污泥浓度在三种试验温度下随时间的延续而下降的过程.从图中可
以看出,对于某一固定污泥浓度（例如:
M2—12.0g/I）,韫度越高,污泥浓度下降得越快.污
泥浓度的下降是因为在污泥浓缩过程中,由于缺乏养料,微生物先利用体内储存的养料进行
内源呼吸,待体内的养料用尽后,微生物则自我分解,也就是图1中的水解过程.生物分解
后产生的回俸和溶解性有机物将是另外活着的微生物的外源养料,所以在污泥浓过程中,污
泥浓度会随着时间的延续而下降.
图3展现了经过42h的浓缩,VS的下降率和温度的关系.VS的下降率即是污泥浓度下
降的百分比（（VS0一VS）/VSo].从图3可以看出,温度越高,VS下降率越大因为温度
越高,生物的活性越强,自我分解能力也越太,所以污泥浓度下降得快.对于污水处理厂来
说,污泥浓缩时间越长,浓缩温度越高,污泥量也就越少.通过42h的浓缩,1O℃时,污泥
量可减少4.3,20C时,可减少75,30℃时,可减少13.5.
2一
图2污泥浓度随时问变化的曲线图3污泥浓度下降率与温度的关系
2.上清液CODcr的变化
图4展现了在三种污泥浓度和三种试验温度下上清液CODer的变化曲线.从图中可以看
出,对于某一固定污泥浓度（例如:
M2=12.0g/L）,温度越高,上清液中的CODer浓度越
大对于某一固定温度（fCj如:
T=30C）,污泥浓度越高,上清液中的CODer浓度越大通
过计算机的数学回归,得出CODer与时间的关系为指数关系（指数&
lt;
1）:
CODer—a_-b×
t（n一5,r/,&
gt;
0-992）.上靖液CODer浓度随时间的上升是因为微生物在缺乏养料的条件下,
自我分解成固体和溶解性的有机物.溶解性有机物中的一部分被其它微生物所利用,而另外
部分则积累在上清液中.所以上清液CODer浓度随时间的延续而上升但本文中CODer与
时间的关系（小于1的指数关系）与Boero口EastmanandFergusone妇（e指数关系）和Ras—
mussen（线性关系）有所不同本文作者认为这种区别来自于试验条件的不同从图中还
可以看出,上清液CODer的上升速度随着浓缩时问而下降.
图5展现了每克污泥在不同浓缩时间和不同温度下的上清液CODer的变化曲线.通过计
算机的数学回归],得出CODer与温度的关系为e.指数关系:
in（CODer）=a×
T—b（n
一7,rz&
0.964）.同污泥浓度卞降的原理一样,温馊越高,生物的活性越强,自身分解也越
大.所以上清液CODer浓度的上升就越快.本文中CODer与时间的e指数关系符合Arrhe—
nius定律.
图4上清液CODer随污混浓缩时间变化的曲线图5上清液CODer浓度和温度的关系
本文作者通过对以上两个方程的分析,提出一个每克VS所产生的CODer与浓缩时间
（t）和温度（T）的三维方程式:
CODer—a+b×
tXexp（d×
T）.利用此方程式和试验数据,
通过计算机进行回归,得出以下的方程式:
CODer=31.8+11.4×
t.Xexp（0.056×
T）（n=95,r2=0.956）
～
3一
利用此方程式,可以计算不同浓缩时间和不同温度下每克污泥所产生的CODer量.在一
般的浓缩条件下（VS一8~30g/I,T=l0～30"
C）,经过48h的污泥浓缩,上清液中的CODer
浓度可达840~7700mg/I.上清液中如此高的CODer浓度是否可以降解?
回流到活性污泥池
是否对出水影响?
将在以下的章节讨论.
3.上清液中TOC,蛋白质和挥发性脂肪酸VFA的变化
为了了解有机物的成分,作者也分析了上清液的TOC,蛋白质和VFA浓度.图6展现
了在不同温度下,CODer,TOC,蛋白质和VFA随时间而变化的曲线.在同一污泥浓度和同
温度下（例如:
20"
C）,CODer,TOC,蛋白质和VFA浓度上升的方式是不同的.在不同
温度下,CODer（或TOC,或蛋白质或VFA）浓度上升的方式也是不同的.蛋白质浓度的上
升来自于微生物的分解（水解阶段）.VFA浓度的上升,则来自于厌氧消化中的酸化阶段.
（二）上清液的生物降解试验
我们将在不同条件下取得的上清液进行了生物降解试验.这些上清液分别为sQY24—20
（Z4h,2OC）SQY48—10（48h,1O℃）,SQY48—20（48h,2O℃）和SQY48—3O（48h,30C）.
为了有个参照值,作者配制了一个模拟城市生活污水的合成溶液.合成溶液内含有淀粉,蔗
糖,蛋白质,醋酸钠等生物易降解的有机物.试验条件为:
CODer~-200mg/L,Vs≈1000mg/
I,t=30h,T一20℃,PH一7.
图7展现了五种水样在同样条件下的CODer降解曲线.从图中可以看出这五种水样的降
解方式非常类似.它们前5小时的降解速度为2730mgCODer/gVS?
h.不可降解的剩余
CODer浓度为45～60mg/L.这说明上清液中的有机物的生物降解性还是较好的.并且在不同
的浓缩时间和浓缩温度下所产生的有机物的降解性没有太大的区别.
图6COD,TOC,蛋白质,VFA随时间变化的曲线圈7上清液CODer的生物降解曲线
作者l966年曾报道过,经过生化处理后,不可降解的剩余CODer并不完全是进水中不
可降解有机物.一部分是污泥在降解有机物时所分泌出来的,一部分是在降解过程中生物死
亡分解所产生的.剩余CODer（I-清液中不可降解CODer与生物降解上清液有机物时所分泌
的不可降解CODer之和）与上清液CODer之比为0.069~0.169.
从图7来看,在特定的试验条件下,几种上清液的剩余CODer很相近.但是上述的试验是
将各上清液稀释至CODer200mg/I来做的.考虑到在不同浓缩条件和浓缩温度下的实际
CODer量,剩余有机物CODer的浓度还是随着浓缩时间和浓缩温度而增加（表1）.剩余有机
物CODer的浓度范围为74～692mg/I.
4
表1不同上清液的剩余有机物CODer浓度
浓缩时间浓缩温度上清液中CODer（rag/L）剩余C0D剩余C0Dcr水样
（h）（_c）VS=8~30g/L盘水C0D（mg/L）
SQY24—2O24201O68—4OO30.06974—276
SQY48一l04810841—31530.169142—533
SQY48—20482O128O一4803O.119l52—571
SQY48—3048302051～76920.09l85—692
由于枵泥上清液回流到沉淀池或活性枵泥池时会被进水所稀释,所以污水处理厂的出水
CODer不会象表1中所列出的数据那么高.怎样的回流比才能使出水CODer低于国家排放标
准（CODer=100mg/L,GB8987--88表2一级标准）,污泥上清液所产生的有机物的总量与进
水有机物的关系是怎样的?
这将是下面要讨论的问题.
（三）举侧说明
设想一个日处理量为25000m.,进水BOD5为250mg/L,C0Der为400mg/l的城市生活
污水处理厂.对于城市生恬朽水来说,如果用活性朽泥法来处理,BoD的去除率一般为95%,
污泥产量为0.5kgVS/kgBOD.所以每天产生的枵泥量约为297Okg.在一般的浓缩池条件下
（浓缩时间为48h,浓缩温度为l0℃～30℃）,利用上述的三维方程式可以箅出这些扮泥所产生
的CODcr总量（表2）.这CODer总量在三种温度下分别为338,521和844kg/d.扮泥所产生
的CODcr总量与进水CODer总量之比分别为3.4,5.2和8.4.由浓缩池枵泥上清液而带
来的不可降解CODcr总量分别为57,62和76kg/d.如果上清液24h均匀回流的话,那么由
污泥上清液带到出水中的CODer仅为2.3,2.5和3.Omg/L.但是如果在1h内集中回流的
话,则朽泥上谤液带到出水中的CODer分别为55,∞和73mg/L.虽然这些数据还未达到国
家排放标准（C0Der=1OOmg/L）,但是这只是出水剩余C0Der的一部分,还有进水中不可降
解CODer和在降解中生物死亡分解所产生的不可降解CODer.所以对于一些只控制排放标准
的枵水处理厂,希望能合理的回流这部分上清液,使得出水CODer低于国家排放标准.对于一
些有污染物总量控制的枵水处理厂,则必须考虑这部分由樗泥上清液带来的剩余CODer.
表2浓缩池污泥上清液中有机物对污水处理厂出水的影响
上清液上清液CODer总量上清液剩余上清液剩杂上清液剩余
浓缩温度C0Dcr总量进水CODer总量CODer总量CODcr浓度C0Dcr浓度
（mg/L）（mg/L）（k
g/d）（kg/d）24小时回漉1小时回流
lOC3383.4572.355
20℃5215.2622.560
30C8448.4763.o73
以上所列出的数据仅仅是针对有污泥浓缩池的枵水处理厂而言.为了进一步降低枵泥量,
有些污水处理厂还设有好氧或厌氧污泥消化池.在好氧或厌氧污泥消化池中,污泥停留的时
间更长,温度更高（中温厌氧枵泥消化池）,那么从好氧或厌氧污泥消化池回流出来的上清液
——
5——
将含有更高的有机物.对于这些处理厂,则更需要台理地回流上清液至前段水处理系统.
三,结论
本文叙述了在城市生活污水处理厂中污泥浓缩池上清液有机物的增长规律,生物降解性
和它对处理厂出水的影响.通过实验得知,在污泥浓缩中污泥上清液中有机物含量（用CODer
表示）与浓缩温度成e指数关系,与浓缩时间成小于l的指数关系在通常污泥浓缩情况下
（VS一8～30g/I,T=l0～30℃,t=48h）,污泥上清液中CODer可达85O～7700mg/I.在特
定的生物处理条件下（T=20C,PH=7）,不同浓缩时间和浓缩温度下产生的上清液有机物
的降解性是相似的.但是生物处理后的污泥上清液中剩余CODcr浓度仍随着污泥浓缩时间和
温度而增加（74~692mg/I）.在通常情况下,由污泥所产生的有机物负荷占进水负荷的3.4
～8.4.通过举例说明,不合理的上清液回流将会使污水处理厂出水超出国家排放标准
（CODer=lOOmg/L）.所以必须根据城市生活荇水的进水负荷来有比例地回流荇泥上清液,使
得出水C0Der浓度低于国家排放标准.而对于那些有污染总量控制的污水处理厂,则应该考
虑这部分污泥上清液所带来的剩余CODer总量.
参考文献
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