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      污泥減量化探究與運用

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      污泥減量化探究與運用

      本文作者:李偉杰李慶濤作者單位:萊鋼集團魯南礦業有限公司

      通過溶胞強化細菌自身氧化速率

      通過強化細菌的隱性生長也可以達到污泥減量的目的。所謂隱性生長是指細菌利用衰亡細菌所形成的二次基質生長,整個過程包含了溶胞和生長。利用各種溶胞技術,使細菌能夠迅速死亡并分解成為基質再次被其他細菌所利用,是在污泥減量過程中廣為應用的手段。促進細胞溶解,在傳統模型中可以認為是增大了細胞衰減速率,這樣可以降低剩余污泥的產量。通常可在傳統活性污泥法工藝流程中的污泥回流過程中增加相關處理裝置。

      1物理溶胞技術

      1)壓力

      利用壓力溶胞的原理,使細菌的細胞壁在機械壓力的作用下破碎,釋放出細胞內所含的物質。將壓力溶胞技術應用于活性污泥內源呼吸階段能減少污泥的產量使二沉池污泥減少50%,改善污泥的沉降性能和污泥的脫水性能。此外,還可以利用滲透壓由高到低的改變造成水大量進入細胞,導致細胞破裂。

      2)加熱

      利用加熱加速細胞溶解的技術在挪威一個大規模污水處理廠中得到應用。近年來已經開展的與膜—生物反應器相結合的工藝,對其中污泥活性、產率系數、溶胞產物及其消耗,細胞內物質的釋放、不同溫度下對細菌的殺滅速率等方面的研究都有所涉及。在65~90℃時細胞壁被破壞,污泥經熱水解處理(90℃,停留3小時)后大部分細胞被殺死,細胞內所含物質釋放并被溶解,促進了微生物的隱形增長,污泥產量減少了60%,污泥產率為0.17kgMLSS/kgCOD。然而加熱技術處理過程會產生大量臭氣;另外,熱—化學聯合處理技術需維持高溫和高PH,因而對設備具有腐蝕性,因此該技術大規模的應用受到一定的限制。

      3)超聲波

      超聲波法是利用超聲波在液相中產生空化作用,破解污泥絮凝體物、分解細胞、釋放細胞物質和胞外聚合物。超聲波25~30kHz通過交替的壓縮和擴張產生空穴作用,以微氣泡的形成、擴張和破裂達到壓碎細胞壁、釋放細胞內含物的目的。超聲波處理只是從物理角度對細胞進行破碎,但與投加堿相比具有在短時間內有迅速釋放細胞內物質的優勢,但在固體碎屑的水解方面卻不如投加堿和加熱。堿—超聲波處理技術可以改善單獨物理工藝(熱、超聲波)的缺點,提高處理效率。由于超聲波的作用受到液體溫度、粘度、表面張力以及超聲波發生設備的影響,使得超聲波法存在聲能利用效率低和能耗大的問題,但該工藝與其他污泥處理和處置工藝聯合使用,將會具有廣闊的應用前景。

      2化學溶胞作用

      1)酸、堿

      酸或堿的作用是在抑制細胞活性的同時,使細胞壁溶解釋放細胞內物質,使其能夠容易被其他活性污泥所利用。相同pH條件下,H2SO4的溶胞效果要優于HC1,NaOH的效果要優于KOH;在改變相同pH條件下,堿的效果要好于酸,這可能是由于堿對細胞的磷脂雙分子層的溶解要優于酸的緣故。如果將加熱和堿處理相結合(pH=10,60℃,20min),細胞溶解最穩定,污泥量是常規活性污泥法的38%-43%,可以收到較好的溶胞效果。

      2)臭氧

      臭氧具有較強的氧化性,可以與污泥中的絕大部分化合物發生直接或間接反應,破壞不容易被生物降解的細胞膜、細胞壁等,使細胞內物質能較快地溶于水中,同時氧化不容易水解的大分子物質,使其更容易為微生物所利用。Sakai等人研究表明,回流速率(回流污泥流量和曝氣池體積之比)為0.3d-1,臭氧濃度在0.02mgO3/mgSS以上時,可以達到污泥的完全減量化。Kamiya等人采用間歇式臭氧處理污泥,以減少臭氧量和控制污泥膨脹,結果表明,間歇式所需臭氧量僅為連續式的30%,污泥產量減少50%,并能有效改善污泥的沉降性,因此臭氧投加劑量和投加方式是今后一個重要研究方向。但利用臭氧處理回流污泥可能存在以下問題:(1)氮和磷的去除效果不好,在傳統的污泥減量系統中,污泥的碳化雖可以被臭氧氧化,但是氮和磷卻因為臭氧的氧化作用而溶解在污泥上層清夜中,導致出水氮磷濃度升高;(2)不排泥條件下,污泥中重金屬的含量和傳統活性污泥法相比,有一定增加;(3)降低活性污泥的氧化效率,是一些難降解的有機物隨水流出,出水SS濃度要稍高于傳統活性污泥法(約2-15mg/L);(4)臭氧氧化作用不具有選擇性。(5)為了保證曝氣池中生物對二次基質的利用,需要增加曝氣量,但是從污水處理和污泥處理總費用上衡量要比傳統傳統方法低。

      3)氯氣

      利用氯的氧化性使活性污泥中微生物細胞壁破裂,促進溶胞。Saby等人在氯的投加量為0.066gC12/gMLSS,接觸時間為1-10min條件下處理污泥,通過35d的連續試驗,發現由于氯氣的氧化,曝氣池中的MLSS在TS中的比例降低5%-10%左右,污泥絮體平均直徑有所降低,而且粒徑分布更集中,氯化后污泥減量65%左右,但污泥沉降性能差,出水中溶解的CODcr顯著增加。雖然氯氣比臭氧便宜,但氯氣能夠和污泥中的有機物產生反應,生成三氯甲烷(THMs)等氯代有機物,因此制約了氯氧化技術在實際工程中的應用范圍。

      3生物溶胞

      生物溶胞技術,可以投加能分泌胞外酶的細菌,也可以直接投加酶制劑或抗菌素對細菌進行溶胞。酶一方面能夠溶解細菌的細胞,同時還可以使不容易生物降解的大分子有機物分解為小分子物質,有利于細菌利用二次基質。投加的細菌可以從消化池中選取,也可以從溶菌酶方面考慮,甚至包括特殊的噬菌體和能分泌溶菌物質的真菌。但是在污水處理中投加酶制劑或是抗菌素在費用上不太現實。

      其它減量方法

      1淹沒式生物膜法

      通過在污水反應池中投加填料,利用在填料上生長的生物膜進行污泥減量處理。王寶貞等在設計使用了淹沒式生物膜曝氣池生物工藝,在運行一年中沒有剩余污泥的產生和排放。肖仲斌等進行了試驗研究,發現可以較好的降低污泥產量。

      2二氧化氯氧化

      其原理與臭氧相似,通過強氧化作用破壞細胞并氧化污泥。傅金祥等試驗后發現每克干污泥投加10mgClO2能使活性污泥處理系統1個月不排泥,但是出水色度、濁度、COD有所升高。SBR系統50%的剩余污泥經ClO2處理回流后,可使系統污泥減量35.5%。

      3接種酶或生物制劑

      接種嗜熱酶或者生物制劑,與原有的活性污泥結合進行處理。趙維納等在剩余污泥中接種了嗜熱菌的馴化種泥,發現在65℃,處理120h后,TSS和VSS的最大溶解率可分別提達31.94%和48.04%。李俊等使用MCMP生物制劑在某污水廠進行生產性試驗后,系統運行6個月沒有外排污泥。

      4電化學技術

      電化學氧化活性污泥減量是在特定的電化學反應器內,通過一定的化學反應,利用在電化學過程形成的強氧化性OH基團破壞污泥的絮凝體結構,使細胞內物質外放。王麗等人通過試驗測定,在同心圓式鈦涂料網狀電極反應器中,PH值為12,在磁力攪拌下中速攪拌,間歇電解60min,污泥的表觀溶解效率為29.98%,電解氧化對污泥的溶解效應顯著。

      結語

      污水廠污泥產量的增加給其后續處理處置帶來了沉重壓力,污泥的減量化是解決污泥出路的最佳處置方法。隨著污泥減量化技術的研究和發展,出水質量、副反應產物、反應條件以及二次污染等方面問題的解決,污泥減量工藝將等到更為廣泛的應用。

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