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聚丙烯酰胺对高固体污泥厌氧消化的影响

剩余污泥是我国城市固体废物的重要组成部分,剩余污泥的处理与处置关系到城市环境安全。污泥厌氧消化处置能够有效地将污泥中的有机物转化成为能源气体甲烷,而且还能实现污泥的减量化。传统的低含固厌氧消化易受污泥泥质、设备技术和管理运行等方面的限制,而近年来兴起的高固污泥厌氧消化不仅具有反应器体积小、能耗需求低、产甲烷率高等优点,还可以简化污泥厌氧消化过程的管理难度。现行的污水处理厂一般都具备污泥脱水设备,污泥先经脱水设备脱水制成泥饼然后外运,进而集中处理更符合我国现状。

污泥脱水过程中常常外加絮凝剂以增强其脱水性能。聚丙烯酰胺(PAM)因有分子量大和功能官能团多的结构特点,在污泥脱水过程中使用率较高。PAM 支链上带有阳离子基团,能达到很高的电性中和、吸附架桥以及分子间的网捕效率,使处理的污泥颗粒粗大,得到很好的脱水效果。PAM 在污泥脱水过程中并不能完全降解,部分残余PAM会进入污泥厌氧发酵体系,进而对污泥厌氧消化系统中有机物的转化、微生物的代谢及相对丰度都会造成一定的影响。

PAM对分子量的影响

聚丙烯酰胺(PAM)是最常用的污泥调理药剂,属于线状高分子聚合物,具有带电荷的基团,能吸附分散于溶液中的反相悬浮粒子,中和颗粒表面电荷,起到絮凝作用。同时在金属离子的存在下,PAM上带有的活性基团与离子结合形成更大颗粒。此外,PAM 的线性长链结构使其具有架桥作用,会产生网捕效应,形成强度较大、不易破碎的絮体,因而有着极强的絮凝作用。PAM含量的增加能够增大污泥粒径。污泥粒径的增大表明污泥的水解程度降低,给后续有机物溶解并利用增加了难度。

PAM对污泥产气的影响

污泥厌氧消化能够实现有机物的转化再利用。实验表明,PAM的含量越高对高固污泥厌氧消化的影响越明显。

PAM 对酸化过程的影响

VFA是污泥厌氧消化过程中重要的中间产物,若酸的浓度过低会影响产甲烷古菌的利用。当PAM的质量浓度较高时, PAM 的存在对酸的积累产生严重的抑制作用。

PAM 对有机物溶出的影响

污泥中的有机物一般以颗粒状或者大分子的形式存在,产酸菌或产甲烷古菌能够分解利用的有机物为小分子有机物。颗粒状或者大分子的有机物需要经过水解过程才能被后续阶段所利用。各反应器中SCOD(溶解性COD) 的变化随着消化时间的延长呈现出先上升后下降的趋势,SCOD 的上升主要是由于颗粒状有机物的溶出,而SCOD 的下降主要是有机物被厌氧微生物气化(二氧化碳或者甲烷)。水解是污泥消化过程的限速步骤,结果表明PAM 的存在会进一步减缓污泥的水解过程。水解过程的减慢也是PAM导致污泥产甲烷量下降的原因之一。污泥中蛋白质和多糖的含量最大,因此SCOD中蛋白质和多糖的比例能够反映蛋白质和多糖的溶出情况。不同浓度PAM对蛋白质和多糖的比例影响不明显,进而说明PAM 的浓度不会选择性地抑制蛋白质或多糖的溶出。


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