刘 亮， 王黎佳， 付友先， 李常芳， 杜 豪

(1.青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛 266033；2.青岛市团岛污水处理厂，山东青岛 266003；3.青岛城投小涧西垃圾渗沥液处理有限公司，山东青岛 266071)



聚合氯化铝对污泥中温厌氧消化的影响

刘 亮1， 王黎佳2， 付友先3， 李常芳1， 杜 豪1

(1.青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛 266033；2.青岛市团岛污水处理厂，山东青岛 266003；3.青岛城投小涧西垃圾渗沥液处理有限公司，山东青岛 266071)

[目的]研究聚合氯化铝(PAC)对污泥中温厌氧消化的影响。[方法]以青岛市某污水处理厂预浓缩池污泥为研究对象，进行污泥连续中温厌氧消化试验，研究了投加PAC对污泥中温厌氧消化的影响，考察了不同PAC投加量下，污泥厌氧消化系统的pH、沼气产量、组分、热值以及沼气中H2S含量等参数。[结果]投加PAC对污泥厌氧消化有消极影响，投加浓度越大，消化罐pH越低，消化产沼气量越低，沼气中CH4含量越低，CO2略高，热值也越低。当PAC投加浓度为150 mg/L时，消化罐内平均pH为6.93，累计产气量为空白罐的62.72%，所产沼气中CH4含量比空白罐低6.25%，CO2含量高17.21%，H2含量高4.65%。投加PAC对消化系统中H2S的产生具有抑制作用。[结论]该研究可为污水处理厂在利用厌氧消化法处理污泥时，混凝工艺中混凝剂的选择提供了参考。

污泥厌氧消化；PAC; 沼气产量;沼气组分; H2S

铝盐对生命体系影响的研究早已被广大科研工作者所关注，其中较多的是关于铝对人体、动植物、水生生物的毒性[1-2]。而铝和许多重金属一样，也会对微生物存在一定的抑制作用，因此可能造成生物污水处理效率降低，其机理与重金属致毒存在某种相似性[3]。由于微生物在污水生物处理工艺中起着重要作用，铝盐对微生物的毒性研究近年来也引起了国内外学者的关注[4-5]。目前，在这方面的研究主要涉及铝盐对好氧微生物的影响。研究表明，铝离子十几毫克升时即达到了其对活性污泥过氧化氢酶的半数抑制浓度[5-6]；当投加的聚合氯化铝质量浓度达到15 mg/L时，铝离子会对好氧池的微生物活性产生明显的抑制作用[7]。铝盐除了对好氧微生物起到抑制作用外，在厌氧消化过程中，铝离子对产甲烷菌产甲烷活性也起到抑制作用，其影响类别为代谢毒素类，当铝离子的浓度为0.4 mg/L时，就达到了对产甲烷菌的50%活性抑制[8]。

铝盐类混凝剂在污水处理中作为常用混凝剂广泛使用，相应的污水处理过程中产生的污泥往往含有大量的铝离子。目前，对污泥厌氧消化的研究已有很多，但铝盐对污泥厌氧消化的研究还比较少。莫懿娉等研究表明，投加铝盐对厌氧微生物产甲烷活性有明显抑制作用[8-9]。张胜等研究指出，投加AlCl3·6H2O对初沉污泥厌氧消化的抑制作用远远高于投加FeCl3[10]。笔者主要研究聚合氯化铝(PAC)对污泥中温厌氧消化系统的影响，分析了消化系统酸碱度、产气量、沼气组分、热值和沼气中H2S含量等参数的变化，为污水处理厂在利用厌氧消化法处理污泥时，混凝工艺中混凝剂的选择提供了参考。

1 材料与方法

1.1 试验装置如图1所示，污泥消化罐有效容积为8 L，试验装置自带温控器，可使消化污泥温度始终维持在(35±1)℃。装置设有机械搅拌系统，使微生物与底物充分接触反应，产生的气体通过消化罐上端出气软管进入集气罐。集气罐分为内桶和外桶，外筒盛有调节后的水，内桶会随气体量增加而上浮，另设U型压力计与之相连通，用于测定实验室厌氧消化研究中的消化气的体积。

1.2 试验对象及材料试验污泥取自青岛某污水处理厂预浓缩池污泥，接种污泥为该厂消化污泥，试验所用污泥指标见表1。试验仪器：1904型奥氏气体分析仪(H2S测定仪)，FLASH 2000 CHNS/O多元素分析仪，雷磁PHS-2F型pH计，HI9828多参数防水型水质测定仪，FA2004N精密天平，TDL-5-A台式离心机等。

表1 试验所用污泥指标

1.3 试验方法

1.3.1污泥中温厌氧消化试验。试验设置6个厌氧消化装置，每天以5%的污泥投配比向消化罐中投加生污泥，消化时间为20 d。系统内采用连续搅拌的方式搅拌，每天进泥排泥各一次，进泥与排泥同时进行。该试验过程中通过控温装置使消化系统内温度稳定在(35±1)℃。

1.3.2厌氧消化系统污泥驯化。试验用消化污泥分别投加不同量的PAC，调配至0、30、60、90、120和150 mg/L，加入到6个消化罐内。然后对消化罐内的消化污泥进行2 d的驯化，使得消化装置内的污泥基本稳定，为后续试验创造较稳定的初始条件。

1.3.3沼气产气量的测定。系统产生的沼气通过排气管进入集气罐，集气罐内浮桶会随沼气收集量增加而上浮，通过刻度尺读数以及气体温度、压强来换算产气量的标准体积。

1.3.4沼气中H2S浓度测定。使用1904型奥氏气体分析仪直接连通硅胶管的气体采样口，吸收沼气并读数，得到所测消化罐沼气中的H2S浓度。

2 结果与分析

2.1 PAC对厌氧消化系统酸碱度的影响研究考察了投加聚合氯化铝对污泥厌氧消化系统酸碱度的影响，结果见图2。投加PAC的消化罐系统内污泥的pH低于空白罐，并且随着PAC投加浓度的升高，消化污泥pH逐步降低。空白罐内污泥平均pH为7.26，PAC投加浓度为30、60、90、120、150 mg/L的消化罐内污泥平均pH分别为7.18、7.14、7.09、7.02和6.93，与空白罐相比较，分别降低了0.05、0.09、0.14、0.21和0.33个pH单位。水解与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH的适应范围大致为5.00～6.50,而甲烷菌对pH的适应范围为6.60～7.50之间。当pH降低至6.50以下时，消化系统已处于严重酸化状态，对甲烷菌有毒害作用，故消化污泥的pH一般维持在中性附近(6.80～7.20)[9]。试验结果表明，投加PAC会降低消化系统内的酸碱度，但降低幅度较小，消化系统内污泥pH仍维持在中性附近，说明投加PAC对消化系统pH的影响也较小。

2.2 PAC对厌氧消化系统沼气产气量的影响研究考察了不同PAC投加浓度条件下，随着消化系统运行时间的延长，沼气日产气量的变化情况(图3)。由图3可知，日产气量随时间呈逐渐递增趋势，随投药量的增加呈降低趋势。空白罐以及PAC投加浓度为150 mg/L的消化罐日产气量分别由初期的1 322.37和355.00 ml增加至2 412.09和1 616.78 ml，各增长了1.82和4.55倍；累计产气量分别为38 760.96和24 310.06 ml。试验结果表明，随着时间的延长，PAC对产气量的抑制作用有所减弱。PAC投加浓度为150 mg/L的消化罐累计产气量为空白罐累计产气量的62.72%，可见投加PAC可使消化系统总产气量下降。究其原因，由于产甲烷菌对酸碱度要求很苛刻，同时消化罐内毒性增强，使得产甲烷菌等微生物的活性降低。故PAC投加浓度越高，产甲烷菌活性被抑制得越严重。连续投加铝盐，消化罐内厌氧污泥可以得到驯化[8]，与此同时，PAC的抑制效果也逐渐降低，但抑制效果并不会消失。

2.3 PAC对厌氧消化系统沼气产气组分、热值的影响研究试验第17天沼气组分的测定结果见图4。由图4可知，空白罐以及PAC投加浓度为30、90、150 mg/L的消化罐产气中CH4含量为64.0%、63.6%、61.8%、60.0%，CO2含量为23.2%、23.8%、24.4%、28.6%，H2含量为8.6%、10.2%、12.2%、9.0%。投加PAC浓度为150 mg/L的消化罐所产沼气中CH4含量比空白罐低6.25%，CO2含量则比空白罐高17.21%，H2含量比空白罐高4.65%。可见，CH4含量随着PAC浓度的增加呈现逐渐降低的趋势，投加PAC对产甲烷菌的活性起到抑制作用。H2和CO2则与CH4呈现相反趋势，原因是产甲烷菌的活性受到抑制，从而导致将乙酸、H2与CO2转化成甲烷的效率降低。沼气组分中CH4含量以及沼气产气量均随PAC投加浓度的提高逐步降低，而热值同样也随投药量的增加而逐步降低(图5)。试验第17天测定的沼气热值由空白罐的26 700 KJ/Nm3逐渐降至PAC投加浓度为150 mg/L的25 108 KJ/Nm3，降低了1 592 KJ/Nm3，即降低了5.96%。试验结果表明，随着PAC投加浓度的升高，消化系统产生的沼气热值逐步降低，但降低幅度不大。

2.4 PAC对厌氧消化系统中H2S产生量的影响研究图6为不同浓度下沼气中H2S随时间变化。由图6可知，空白罐所产沼气中H2S含量平均为970.89 mg/m3，PAC投加浓度为30、60、90、120及150 mg/L的消化罐沼气中H2S含量平均为849.56、610.89、539.33、543.00、568.44 mg/m3。随着PAC投加浓度的升高，沼气中H2S含量逐渐降低并趋于稳定；当PAC投加浓度达到90 mg/L时，沼气中H2S含量已达到较低值，若继续投加PAC，沼气中H2S含量不再降低。试验结果表明，PAC对消化系统中H2S的产生有较好的抑制作用。

3 结论

(1) PAC的投加会降低厌氧消化系统内的酸碱度。空白罐平均pH为7.26，PAC投加浓度逐步升高，消化污泥的pH也逐渐降低，但降低幅度较小。当PAC的投加量为150 mg/L时，消化罐平均pH为6.93，仅降低了0.33个pH单位。

(2) PAC的投加对污泥厌氧消化产气有消极影响，投加浓度越大沼气量越低。PAC投加浓度为150 mg/L的消化罐累计产气量为空白罐累计产气量的62.72%。随着污泥消化时间的延长，PAC对污泥厌氧消化产气的抑制作用逐渐减弱。

(3) 随着PAC投加浓度的升高，沼气中CO2和H2升高，CH4含量降低，热值也逐渐降低。当PAC投加浓度为150 mg/L时，所产沼气中CH4含量比空白罐低6.25%，CO2含量高17.21%，H2含量高4.65%，热值降低5.96%。

(4) 投加PAC对消化系统中H2S的产生具有较好的抑制效果。

[1] 张兵.铝的毒性[J].中国食品卫生杂志，1998，10(4)：31-42．

[2] KEVIN MCCURDY,KENNETH CARLSON，DEAN GREGORY. Floc morphology and cyclic shearing recovery: comparison of alum and polyaluminium chloride coagulants[J]. Water Research，2004，38:486-494.

[3] 谢冰.重金属对活性污泥微生物的影响[J].上海化工，2004(2)：13-16．

[4] 潘军航，金承涛，王闻哲，等．微生物铝毒和耐铝机制的研究现状[J]．微生物学报，2004，44(5)：698-702．

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Effects of Polyaluminum Chloride on Mesophilic Anaerobic Digestion of Sludge

LIU Liang1, WANG Li-jia2, FU You-xian3et al

(1. School of Environmental & Municipal Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao, Shandong 266033; 2. Qingdao Tuandao Sewage Treatment Plant, Qingdao, Shandong 266003; 3. Qingdao Municipal Investment Xiaojianxi Landfill Leachate Treatment Co., Ltd., Qingdao, Shandong 266071)

[Objective] The research aimed to study the impact of polyaluminium chloride (PAC) on anaerobic digestion of sludge. [Method] The continuous mesophilic anaerobic digestion experiment was carried out with the sludge of pre-concentration pool from a municipal wastewater treatment plant in Qingdao as the study object. The effect of PAC dosing on the mesophilic anaerobic digestion of sludge was studied. Under different dosages of PAC, pH of anaerobic digestion system, biogas production, biogas composition, calorific value and H2S content in the biogas were investigated. [Result] PAC dosing negatively impacted the anaerobic digestion process of sludge. With the dosage of PAC increasing, biogas production reduced, and CH4of the biogas was lower, while CO2increased and calorific value reduced. When the concentration of PAC was 150 mg/L, average pH in digestion tank was 6.93, and biogas production was 62.72% of that of blank tank, with a composition 6.25% lower in CH4, while 17.21% richer in CO2. PAC dosing had strong inhibitory effect on H2S content in the biogas. [Conclusion] The research could references for the selection of coagulant in coagulation process when using anaerobic digestion to process sludge in sewage treatment plant.

Anaerobic digestion of sludge；PAC；Biogas production；Biogas composition；H2S

刘亮(1989- )，男，河南信阳人,硕士研究生，研究方向：水污染控制。

2014-12-03

S 216.4;X 705

A

0517-6611(2015)02-232-03