城市生活垃圾厌氧消化液的预处理研究

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摘要：本文是对混凝和活性炭吸附两种预处理方法进行研究，在用絮凝剂对城市生活垃圾厌氧消化液进行预处理当中，以厌氧消化液的CODcr的去除率为考察指标，确定了聚合氯化铝（PAC）的最佳混凝条件；用粉状活性炭进行预处理时，以消化液的浊度为考察指标来确定粉状活性炭的最佳吸附条件。并对二者进行了对比。

关键词：厌氧消化液；粉状活性炭；聚合氯化铝；混凝；吸附

前言：

将城市垃圾中含量较高的生活有机垃圾（约占30%）分类收集后，采用厌氧发酵工艺进行消化、回收沼气是城市有机垃圾实现无害化、减量化、资源化高效处理的重要途径，具有发展前景。[1]

1混凝作用机理和影响因素

1.1 混凝作用机理[2]

关于混凝机理，一般认为是凝聚和絮凝两个作用过程。目前得到广泛认同的混凝作用机理包括：①压缩双电层作用机理产生凝聚；②吸附架桥作用产生絮凝；③网捕作用产生絮凝。

1.2 影响混凝的因素[3]

影响混凝的除主要的因素温度、PH和加药量以外还有水中杂质的成分、性质和浓度。

2. 吸附原理和影响因素

2.1 吸附的原理

相对分子质量越大的物质越易被吸附。吸附速率与颗粒物直径的平方成反比，并随溶质浓度和温度的增加而加快，随溶质相对分子质量的增加而降低。[4]

2.2 吸附的影响因素

吸附作用的好坏取决于吸附量和吸附速度。吸附量取决于吸附平衡，吸附过程是吸附和解吸的一个可逆的平衡过程。[5] 影响吸附平衡和速度的主要因素有：⑴吸附剂的性质，加工条件，比表面和孔的结构。⑵吸附质的溶解度对吸附有较大的影响。⑶PH值对吸附的影响与吸附剂及吸附质的性质有关。⑷共存物质，物理吸附选择性很小。⑸温度，因物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之增加。⑹接触时间，吸附时应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接衡，充分利用吸附能力。

3. 实验材料和方法

实验水样是厨余垃圾经厌氧发酵后的消化液。消化液原水的指标为：CODcr=800～10000mg/L，BOD5=300mg/L～6500mg/L，SS=300～1000mg/L，PH=7.5～8.8。

3.1实验测定方法

COD的测定采用重铬酸钾法 ②BOD5的测定采用稀释接种培养法 ③SS的测定采用重量法

3.2 实验材料

混凝剂：聚合氯化铝（2%）助凝剂：聚丙烯酰胺（0.1%）吸附剂：粉状活性炭（HG3―1290―80）PH调节剂：Ca（OH）2（5%）HCl（1mol/L）

4.混凝预处理的实验结果及讨论

通过比较实验，筛选出聚合氯化铝作为混凝剂。

4.1 最佳PH值的确定

取6个烧杯，分别放入100ml原水，用Ca（OH）2、HCl 将PH值分别调到7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0。然后分别投入相同剂量的聚合氯化铝9ml。搅拌1min，静置20min，然后取其上清液测CODcr。测定结果见表1

观察混凝沉淀的外观：PH为7.5和8.0的烧杯底部沉淀物最多，上清液透明而且较淡。可见PH值在7.5时处理效果最佳。

4.2 最佳投药量的确定

取6个烧杯，分别放入100ml原水。把PH值都调到7.5，投加聚合氯化铝7.0 ml、7.5 ml、8.0 ml、8.5 ml、9.0ml、9.5 ml、10.0 ml和聚丙烯酰胺2ml。同样搅拌1min，静置20min，然后取其上清液测CODcr。测定结果见表2。

由上表可知加药量在8.0 ml～9.0 ml之间的效果最好，考虑经济性，选择最佳投药量为8.0 ml。

5. 粉状活性炭吸附预处理的实验结果及讨论

5.1最佳接触时间的确定

取1#至5# 5个烧杯，分别加入100ml的原水，同时加入1g粉状活性炭。分别搅拌5min、10min、20min、40min、80min，过滤水样，取其过滤水样测浊度。由图1可知，接触时间为20min时浊度的去除率达到80.26%。

图1 浊度去除率随接触时间的变化

5.2 最佳PH值的确定

取5个烧杯，分别放入100ml原水，用Ca（OH）2、HCl 将PH值分别调到6.0、6.5、7.0、7.5、8.0。然后投入相同剂量的粉状活性炭，搅拌20 min，过滤后测其浊度。

图2浊度去除率随PH值的变化

图2可以看出PH值为7.5时浊度的去除率最高（为80%）。

5.3 最佳加药量的确定

取5个烧杯，分别放入100ml原水。把PH值都调到7.5。再向各个烧杯中投加粉状活性炭0.8g、0.9g、1.0g、1.1g、1.2g，搅拌20 min，过滤测其浊度。

图3 浊度去除率随加药量的变化

图3可以看出加药量为1g时浊度的去除率最高（为80.26%）。

6. 聚合氯化铝混凝效果与粉状活性炭吸附效果对比

由表5可看出粉状活性炭的吸附效果要好于聚合氯化铝混凝效果。由于混凝和粉末活性炭去除有机物的分子量的区间不同，混凝主要去除的是分子量大于6000的有机物，而在适量投加粉状活性炭时，去除的是分子量较小的有机物[6]。

7. 结论

根据实验可知，用聚合氯化铝混凝沉淀处理厌氧消化液，最佳条件为PH值为7.5；100ml的最佳投药量为8ml；CODcr的最高去除率为82.95%。用粉状活性炭吸附进行预处理，最佳条件为接触时间20 min；PH值7.5；100ml的最佳加药量为1g。可见，首先利用化学混凝法降低厌氧消化液中的CODcr，可以有效的降低后续生化处理负荷。

参考文献：

[1] 郭亚丽，何惠君，赵由才.常温厌氧消化技术处理城市生活有机垃圾的中试研究[J].环境污染与防治，2001，23（4）：168～171.

[2] 郑怀礼.生物絮凝剂与絮凝技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3] 金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答及常用数据[M].北京：化学工业出版社，1997.

[4] W.韦斯利・艾肯费尔德. 工业水污染控制[M].北京化学工业出版社，2004.

[5] 罗固源.水污染物化控制原理与技术[M].化学工业出版社，2003.

[6] 刘成，黄延林，赵建伟.混凝、粉末活性炭吸附对不同分子量有机物的去除[J].净水技术，2006，25（1）：31～33.