电化学预处理改善污泥厌氧消化性能新技术及相关机理研究

电化学预处理提高城市污水处理厂污泥厌氧消化性能是一项新型的拥有自主知识产权的技术，其有效性已在前期试验中获得初步证明。但该技术尚有诸多问题急待探明：针对不同来源具有不同特性的污泥，采用不同材料电极板对污泥进行电化学预处理时，产生的各类活性氧化物质中以何种占主导？污泥中何种组分会对相关的活性氧化物质的氧化作用带来影响？该添加何种无害药剂以强化污泥预处理效果？如何更好地实现电化学预处理与后续厌氧消化处理之间的耦联？污泥预处理后厌氧消化系统中微生物区系、有机及无机组分有何变化有特征？等等。本申请将以此为出发点，以电化学、化学、环境工程学的有关技术原理及微生物学与分子生物学等的试验手段，探明电化学预处理机理、筛选出可促进预处理效果的药剂、探明电化学预处理与厌氧消化处理的最佳耦合方式及预处理后污泥厌氧消化机制，并建立相关的反应动力学模型，从而为该种新型污泥处理技术的发展解决深层次的理论问题。

本课题针对污泥厌氧消化周期长、占地面积大及产甲烷效率低下等问题，采用电化学预处理及药剂添加等方法促进污泥厌氧消化性能的提高。通过分析上清液有机组分的变化及后续厌氧消化产甲烷性能的变化，确定电化学预处理最佳工艺参数及电化学预处理与厌氧消化的最佳耦合方式。筛选可促进污泥厌氧消化性能的最佳药剂，并确定其最佳投药时间及最适投加量；通过中试研究进一步考察电化学预处理及药剂投加对污泥厌氧消化的促进效果。 .研究主要结果如下：.（1）电化学预处理的最佳工艺参数条件如下：电化学处理电压为20v，极板间距为2cm、电解时间30 min、污泥浓度为30 g/L，最佳pH为污泥初始pH；.（2）在最佳电化学预处理工艺参数条件的基础上研究了投加尿素、氯化钠、次氯酸钠溶液等化学物质对预处理效果的影响情况，确定投加次氯酸钠对电化学预处理具有较好的促进效果；添加NaClO后污泥电化学预处理最佳条件参数是：NaClO添加量为0.4 g/L，电解电压20V，电解时间45 min，极板间距2cm，污泥初始pH值为8.0，污泥初始浓度30 g/L。.（3）电化学预处理后自然静置10h作为污泥电化学预处理与后续厌氧消化的耦合方式，并且在此基础上，接种预处理后污泥比例为30%的厌氧消化产气效果最佳，累计产气量为859.87 mL/g-VSS，为新鲜污泥的1.80倍，未接种污泥的2.59倍。.（4）外源添加不同铁盐对于污泥高温厌氧消化体系有显著作用，投加氯化铁可使累积产甲烷量比对照高98.9%，其最佳投加工艺参数为：最适投加量：9.92 mgFe/gDS，第72h为最佳投加时段，沼气产量为236.75 mL/gVS-293.13 mL/gVS。.而投加硝酸铁则对体系有明显抑制作用；.（5）投加铁盐可以有效控硫、生物催化产甲烷过程，对Actinobacteria和Methanosarcina具有很好的富集作用，相对丰度分别达到16.2%及63.2%。.（6）中试试验结果表明，电化学预处理有助于污泥厌氧消化产甲烷性能的提高，经过39d厌氧消化后，产气量提高了1.83倍，产甲烷量提高了1.88倍；对照组的污泥VS去除率为42.64%，处理组的可达48.9%；通过电化学预处理，污泥可以较对照组提前9d达到稳定化要求。污泥通过电化学预处理后厌氧消化运行一个批次后，共计收益1917.6元，比对照多885.6元。