城镇污水处理厂污泥稳定化处理产物转化机理及可利用价值揭示

2厌氧消化处理产物特征及转化机理研究

2.1厌氧消化处理产物特征分析

9座厌氧消化厂的进泥泥质及稳定化处理产物（消化沼渣）的性质见表1。由表1可知，9座厂以蛋白质和多糖为代表的有机物降解率排序为A4>A6>A5>A7>A8>A2>A9>A1>A3，其中A4～A8为高温热水解-厌氧消化处理工艺，其有机物降解率普遍高于传统工艺，说明高温热水解在提高厌氧消化效率上具有重要意义。

根据我国现行《室外排水设计规范》（GB 50014—2006，2016年版）中关于污泥稳定化控制的相关标准，厌氧消化的有机物降解率需达到40%以上。在9座厂中，仅A4～A6达到这一要求。观察发现，这3座厂的进泥有机物含量均高于60%，可见有机物降解率与进泥泥质密切相关；进泥有机物含量越高，有机物降解率也越高。

但在我国南方地区，有些厂的进泥有机物含量尚不足50%，如A1、A7和A9，实现40%的有机物降解率就比较困难，即使采用高温热水解预处理（如A7），有机物降解率的提升效果也十分有限。

数据分析还发现，蛋白质的减量与工艺有关，高温热水解-厌氧消化处理工艺的蛋白质减量明显高于传统工艺，这也佐证了高温热水解的重要作用；但是多糖的减量相对不明显（如A9），采用与餐厨废弃物协同厌氧消化，产物中的多糖含量反而增加。所以受厌氧消化工艺和进泥泥质的差异，采用污泥有机物降解率作为稳定化的指标就值得商榷了。

从表1还发现，厌氧消化不仅是有机物（蛋白质、多糖等）的降解过程，同时也是物质的合成过程（腐熟或腐殖化）。经厌氧消化处理后，腐殖酸的含量（富里酸与胡敏酸的总和）都有不同程度的增加，除A9外，其余各厂的产物中腐殖酸的含量均有不同程度的提高，提升幅度为24～117 mg/gVS。

而A9，因其协同餐厨废弃物处理，餐厨废弃物占比50%，在有限的消化时间（20 d）内，有机物降解地尚不够彻底，产物中仍有98.1 mg/gVS的蛋白质和86.5 mg/gVS的多糖。而腐殖酸的合成原料来源于有机物降解的中间产物，可见腐殖酸的合成与有机物的降解是相辅相成的。

2.2产物转化机理解析

为阐述厌氧消化过程有机物向有机质的转化机理，以A4为例，其采用高温热水解-中温两级厌氧消化-板框脱水处理工艺，污水处理规模100万m³/d。图2为各采样点物料中蛋白质、多糖和腐殖酸含量的变化规律。

分析可知，污泥经过热水解和厌氧消化后，蛋白质从136.3 mg/gVS减少到70.3 mg/gVS，减量64.6%；多糖从62.3 mg/gVS减少到40.4 mg/gVS，减量55.5%，这体现了污泥中有机物的降解。但是，腐殖酸总量从140.6 mg/gVS增加到253.6 mg/gVS，增量23.8%，这体现了厌氧消化过程中，简单有机物向复杂有机质的转化。

经过板框脱水（药剂调理）后，消化产物中的有机物含量略有降低，其中，腐殖酸含量由253.6 mg/gVS降至176.5 mg/gVS。试验也分析了脱水滤液（取样点e）中有机物的含量，检测出滤液中含有139.2 mg/L的多糖和911.0 mg/L的腐殖酸，结合水质水量计算可知，脱水滤液中的腐殖酸占消化出泥腐殖酸总量的14.2%，可见，板框脱水带走了沼渣中的水溶性腐殖酸；加之脱水滤液含有大量的腐殖酸和无机氮（氨氮），证明脱水滤液也具有作为液态营养液的再利用价值，为厌氧消化沼液的处理及再利用提供了思路。

利用三维荧光图谱可以定性或半定量地分析蛋白质类和腐殖酸类物质的相对量，图3为A4在厌氧消化过程各采样点的三维荧光图谱及荧光复杂指数分析。与标准物质的光谱图比对可知，峰A（Ex/Em=335/400）介于牛血清蛋白和富里酸标准物质荧光峰的中间位置，在厌氧消化后消失，其代表一类具有荧光特性的蛋白质类物质；峰B1（Ex/Em=385/（470~475）在富里酸标准物质的位置出峰，其代表富里酸类物质；峰B2（Ex/Em=425/490）介于富里酸和胡敏酸荧光峰的中间位置，在厌氧消化后出现，代表富里酸向胡敏酸转化的中间产物；峰C（Ex/Em=475/540）在胡敏酸标准物质的位置出峰，代表胡敏酸类物质。

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