城市污水處理廠污泥臭氧減量技術(shù)

城市污水處理廠污泥臭氧減量技術(shù)引言大量剩余污泥的產(chǎn)生是活性污泥工藝面臨的一個重要問題自年開始，我國的剩余污泥產(chǎn)量就超過了萬國家統(tǒng)計局等，隨著城市污水處理廠在“十一五”期間的大規(guī)模建設(shè)，年我國污泥產(chǎn)量約萬，預估到年我國污泥產(chǎn)量將超過萬傅濤等，剩余污泥若不經(jīng)有效處理處置將會產(chǎn)生二次污染，直接或間接威脅環(huán)境安全和公眾健康，同時使污水處理設(shè)施的環(huán)境效益大大降低剩余污泥減量技術(shù)受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，目前主要包括物理方法如機械作用、熱處理、微波、超聲波、輻射等、化學方法如酸堿處理、臭氧氧化、試劑氧化、超臨界水氧化、化學制劑解偶聯(lián)等和生物方法如生物捕食、生物酶、多功能微生物制劑等單一污泥減量技術(shù)的減量效果往往有限葉芬霞等以33,4，四氯水楊酰苯胺作為解偶聯(lián)劑，投加量為-以計時，污泥減量約諸；殊等將超聲波用于污泥的好氧消化中，使得污泥減量左右污泥減量技術(shù)與活性污泥處理系統(tǒng)相結(jié)合可以實現(xiàn)剩余污泥進一步減量甚至零排放，其主要減量機制有溶解隱性生長、解偶聯(lián)代謝、維持代謝等污泥臭氧減量技術(shù)是通過臭氧處理使活性污泥溶胞，然后將其回流至生物處理系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)微生物利用這部分物質(zhì)進行隱性生長，從而達到減量的目的等在日本某小型城市污水處理廠中對該技術(shù)進行了為期個月的研究，運行期間無剩余污泥排放同時，研究人員圍繞著臭氧處理對活性污泥的影響和臭氧處理后污泥回流對生物處理系統(tǒng)的影響等方面開展了一系列研究研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過臭氧處理后，污泥濃度降低，溶解性增加V和結(jié)合水含量有所降低，電位有所增加，較高的臭氧投加量使得污泥顆粒尺寸減小污泥的可生物降解性有所提高a較低的臭氧投加量對污泥微生物種類無明顯影響，而較高的臭氧投加量導致微生物種類逐漸減少甚至對污泥活性造成嚴重破壞經(jīng)過臭氧處理的污泥回流至生物處理系統(tǒng)后，和氮仍然具有較高的去除率，但出水中和氨氮濃度略有上升寇青青等，，亞硝氮濃度保持很低的水平，硝氮濃度有所降低孫德棟等，，污泥回流對于生物處理系統(tǒng)的反硝化作用無明顯影響，而且臭氧處理過程中產(chǎn)生的溶解性和難沉降顆粒有機物可以作為反硝化的碳源，保持較低水平有研究表明，污泥臭氧處理與活性污泥工藝結(jié)合后，磷的去除效果下降，這是由于生物除磷是通過剩余污泥的排放實現(xiàn)的，污泥減量甚至零排放使得磷在生物處理系統(tǒng)內(nèi)逐步積累，導致出水中磷濃度升高，因此，污泥臭氧減量應與除磷工藝相結(jié)合基于此，本研究考察了污泥臭氧減量效果、工藝控制參數(shù)及臭氧處理后回流污泥對生物處理系統(tǒng)的影響，同時探索了臭氧處理后污泥上清液化學除磷的優(yōu)化條件，以期為污泥臭氧減量技術(shù)的規(guī)?；瘧锰峁┘夹g(shù)支持材料與方法污泥臭氧處理實驗

實驗所用污泥取自北京清河污水處理廠工藝二沉池的回流污泥，和分別為和-每次實驗前取污泥原樣，曝氣，然后用去離子水稀釋至污泥臭氧處理實驗采用半連續(xù)式反應模式，即污泥序批式加入反應器中，臭氧連續(xù)通入反應器，共完成了個批次的臭氧處理實驗污泥樣品的體積均為，臭氧氣體的流速TOC\o"1-5"\h\z為-,采用砂芯曝氣第一批次實驗中，初始為，氧化時間為,臭氧投加量分別為-以計第二批次實驗中，臭氧氣體濃度為?，氧化時間為，初始調(diào)節(jié)為、、、、臭氧氣體濃度用碘量法測定反應結(jié)束后，用氮氣將系統(tǒng)中殘留的臭氧吹出，并用溶液收集實際消耗的臭氧由公式計算（O式中，。為臭氧消耗量，。為反應器入口的臭氧濃度-，a為臭氧氣體流速?，由氣體流量計測得為活性污泥臭氧氧化時間）a為未參與反應的臭氧量采用污泥溶解率表征其溶胞程度，計算公式如下：x100%(2)[MLSS]lh-[MLSS]s

：MLSS]x100%(2)式中，和表示未經(jīng)臭氧處理及經(jīng)臭氧處理時后污泥的臭氧處理后污泥回流對生物處理系統(tǒng)的影響實驗本實驗采用兩套活性污泥法小試裝置，一套作為對照系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)活性污泥法運行另一套增加了污泥臭氧處理單元，作為污泥減量系統(tǒng)每套裝置由一個曝氣池和一個二沉池TOC\o"1-5"\h\z構(gòu)成，放置在溫控℃的水浴中對照系統(tǒng)和減量系統(tǒng)的水力停留時間，溶解氧?，，分別為土?和土?，對照系統(tǒng)的污泥齡污泥臭氧處理單元的臭氧投加量為-反應裝置連續(xù)運行，分為兩個階段第一階段歷時，兩套反應器均采用傳統(tǒng)活性污泥法運行第二階段歷時，減量系統(tǒng)中的污泥臭氧處理單元啟動，對照系統(tǒng)仍按照傳統(tǒng)活性污泥法運行第二階段中，對照系統(tǒng)每日排泥量為，減量系統(tǒng)每日取污泥進行臭氧處理，之后將處理后的污泥注入曝氣池，污泥減量系統(tǒng)運行期間沒有剩余污泥排放實驗采用人工合成廢水，由蛋白胨、牛肉膏、硫酸銨、磷酸鉀、乙酸鈉、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鐵和微量元素配制而成，主要水質(zhì)指標為：-,---,?g在系統(tǒng)正式運行前，接種污泥用人工合成廢水培養(yǎng)馴化對兩套系統(tǒng)的處理效果與活性污泥比耗氧速率進行了監(jiān)測臭氧處理后污泥上清液除磷實驗選用作為除磷劑，分別考察了不同鈣磷摩爾比....和對臭氧處理后污泥上清液的除磷效果以及、氮、的影響分析方法污泥樣品混合均勻后測定其總T經(jīng)四濾膜過濾后測定污泥液相中的溶解性、總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總磷和活性磷,上述各指標所采用的水質(zhì)分析法序號分別為：、、、、、及活性污泥的比耗氧速率的測定參考文獻步驟進行王建龍等，結(jié)果與討論污泥臭氧處理在污泥臭氧處理過程中，臭氧投加量和活性污泥的初始會影響污泥的溶解率及有機質(zhì)、氮、磷等物質(zhì)的溶出，從而影響污泥臭氧減量的效果故合理的臭氧投加量和污泥初始不僅對污泥臭氧減量有利，而且可以提高工藝的經(jīng)濟性臭氧投加量對污泥溶解率的影響首先考察了不同臭氧投加量對污泥溶解率的影響如圖所示，隨著臭氧投加量的增加，污泥的和逐漸減小，污泥溶解率逐漸增大當臭氧投加量在-時，溶解率增加較快，由增加到當臭氧投加量在-時，污泥溶解率增加較慢，由增加到為了在獲得較好污泥減量效果的同時盡可能降低污泥臭氧處理的成本，建議合理的臭氧投加量為*左右臭氧投加量對污泥中、氮、磷溶出的影響圖考察Y臭氧投加量對污泥中、氮、磷溶出的影響隨著臭氧投加量的增加，污泥有一定程度的降低，液相中、、和大幅增加，、有所增加，維持在低濃度范圍內(nèi)小于-這與等報道的規(guī)律較吻合當臭氧投加量達到-時，污泥減少了2增加Y倍，、和分別增加了、和倍，和分別增加了和倍這說明污泥經(jīng)過臭氧處理后，微生物細胞破裂，胞內(nèi)物質(zhì)釋放到污泥液相中，使得污泥、、大幅增加隨著臭氧投加量的增加，部分有機物被臭氧礦化或吹脫，使得污泥的有所降低，部分有機氮轉(zhuǎn)化為3進而被氧化為和3部分有機磷轉(zhuǎn)化為在該批次實驗中，、在臭氧投加量為*時達到最高值和?，在臭氧投加量為*時達到最高值*,污泥液相中增加的以有機氮為主約占，增加的以為主約占活性污泥脫氮系統(tǒng)如工藝中往往存在碳源不足的問題，如果將臭氧處理后的污泥回流至生物處理系統(tǒng)中，或許可達到改善脫氮效果和實現(xiàn)污泥零排放的雙重目的但是，在污泥減量甚至零排放的情況下，臭氧處理后的污泥回流至生物處理系統(tǒng)會增加系統(tǒng)的磷負荷，導致磷在系統(tǒng)中的逐步累積，最終使出水磷濃度超標，因此需要考慮增加額外的除磷措施*TNo-陽-N圖臭氧投加量對污泥中、和溶出的影響初始對污泥溶解率的影響oLi_：_?_??_?_?_??0如60的123150聞21024J270版

典輒授!『星巾咤喉。

圖考察了不同初始對污泥溶解率的影響隨著初始的升高，污泥溶解率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢這可能是因為堿可以破壞微生物細胞，導致胞內(nèi)物質(zhì)溶出，與臭氧產(chǎn)生協(xié)同作用，而且偏堿性條件有利于臭氧反應過程中具有強氧化能力的?的形成，從而提高臭氧的氧化效率但是，過高的初始不利于污泥臭氧氧化反應，因為過多的氫氧根離子會使污泥發(fā)生褐變反應氨基化合物與羰基化合物之間的反應，反應產(chǎn)物具有一定的抗氧化性恰S-吃餞膽白恰S-吃餞膽白-海那率——未經(jīng)臭亮處用的活牲污甯ML$5-豳般&--米經(jīng)黑砒理解性吊混MLYSSI―：^LVSS圖初始對污泥溶解率的影響.始對臭氧處理后污泥中、氮和磷溶出的影響圖顯示了初始對臭氧處理后污泥中、氮和磷溶出的影響臭氧處理前，污泥的和分別為和--、3和分別為、2?-和分別為和,

-■-TP七時,P圖初始對臭氧處理后污泥中、、溶出的影響隨著初始的升高，臭氧處理后污泥基本不變，和先快速增加而后緩慢增加最后有所降低9逐漸增加，和在中所占比例很小分別為和，沒有明顯變化因此，偏堿性條件更有利于污泥臭氧減量這可能是由于偏堿性條件下臭氧的氧化效率較高，對污泥的溶胞作用增強，有利于胞內(nèi)物質(zhì)的溶出，部分有機氮被進一步氧化成但如前所述，由于過高的初始使污泥發(fā)生褐變反應，反而不利于污泥的臭氧處理隨著初始的升高，和先逐漸降低然后有所升高或維持穩(wěn)定，表明酸性條件更有利于污泥細胞內(nèi)的含磷物質(zhì)釋放到污泥液相中因此，初始中性或弱堿性條件有利于污泥的臭氧處理臭氧處理后污泥的變化表為不同初始條件下臭氧處理后污泥的當初始偏酸性時，處理后污泥的略有上升當初始中性或者偏堿性時，處理后污泥的有較大幅度的降低有機物在臭氧作用下會分解成多種小分子有機酸，堿性條件有利于-的形成，增強了臭氧氧化作用，產(chǎn)生的有機酸較多，導致反應后有較大幅度的降低酸性條件下，反應產(chǎn)生的有機酸對的貢獻不大，而且部分有機碳礦化后以的形式逸出，故反應后沒有明顯降低反而有所增加

表臭氧處理后污泥的變化初始口H反應后的rH口H變化值3.05-3.530.4S5.045110.077.266.22-1.049.016.7S-2.2311.079.32-1.75臭氧處理后污泥回流對生物處理系統(tǒng)的影響以上實驗結(jié)果表明，污泥經(jīng)臭氧處理后，有機質(zhì)、氮、磷等物質(zhì)會釋放到污泥液相中，實現(xiàn)一定程度的污泥減量如果將臭氧處理后的污泥回流至生物處理系統(tǒng)中，利用微生物的隱性生長可以實現(xiàn)進一步污泥減量，甚至達到污泥零排放的目的下述實驗綜合評估了臭氧處理后的污泥回流對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的影響臭氧處理后污泥回流對生物處理系統(tǒng)中、氮、磷和去除效果的影響圖顯示了污泥減量系統(tǒng)和對照系統(tǒng)中、和的去除率第一階段前，污泥減量系統(tǒng)和對照系統(tǒng)采用相同的運行方式，因此兩系統(tǒng)的、和去除率很接近第二階段后，污泥減量系統(tǒng)啟動臭氧處理工藝，其、去除率與對照系統(tǒng)基本保持一致，而去除率明顯下降，其他學者的研究結(jié)果也證明了這一點寇青青等，在整個運行期間，兩系統(tǒng)出水在-之間，去除率在以上出水在?之間，去除率約為第二階段，污泥減量系統(tǒng)出水中略有升高，約為?,小于?圖污泥減量系統(tǒng)與對照系統(tǒng)中、和的去除率本研究采用傳統(tǒng)活性污泥法，生物反應器內(nèi)不能進行反硝化過程，但由于二沉池的水力停留時間較長約，可以進行部分反硝化反應，因此具有一定的脫氮功能在兩個運行階段及兩個處理系統(tǒng)之間，出水中各種形態(tài)氮的濃度基本保持一致，說明臭氧處理后污泥回流對硝化過程影響并不明顯兩個系統(tǒng)出水中各種形態(tài)無機氮濃度之和約等于濃度，表明經(jīng)過生物處理系統(tǒng)后絕大部分有機氮轉(zhuǎn)化成無機氮仍然保持一定的濃度水平，表明系統(tǒng)內(nèi)的硝化過程不完全污泥減量系統(tǒng)和對照系統(tǒng)出水的分別為和--表明臭氧處理后污泥回流對于活性污泥系統(tǒng)出水具有一定的改善作用這是由于臭氧處理后污泥回流至生物系統(tǒng)后，可以改變生物反應器內(nèi)污泥粒徑分布平衡，增加生物反應器中微生物的有機負荷即比率升高）有利于微生物產(chǎn)生更多的胞外聚合物0從而改善污泥沉降性能污泥減量系統(tǒng)的除磷能力下降，說明需要將污泥減量工藝與除磷工藝相結(jié)合，才能實現(xiàn)污泥減量系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行臭氧處理后污泥回流對于生物處理系統(tǒng)中微生物活性的影響圖為活性污泥的耗氧速率曲線，根據(jù)耗氧速率和得到活性污泥的比耗氧速率臭氧污泥減量系統(tǒng)的約為--以計，對照系統(tǒng)的約為??,二者相差不大，表明臭氧處理后的污泥回流對生物系統(tǒng)的生物活性影響并不顯著兩系統(tǒng)活性污泥很接近，大約為--表明兩系統(tǒng)中活性污泥的沉降性能良好圖減量系統(tǒng)與對照系統(tǒng)中活性污泥耗氧速率曲線臭氧處理后污泥上清液除磷初步研究如前所述，當生物處理系統(tǒng)剩余污泥零排放時，出水中磷濃度將逐步升高，因此，需要增加除磷工藝，使出水達標圖初步考察了鈣磷摩爾比對除磷效果的影響由圖可知，隨著鈣磷摩爾比的增大，上清液中的和逐漸降低，鈣磷摩爾比在時，磷去除率增加較快，在和時，去除率增加較緩鈣磷摩爾比在以上時，和的去除率均超過

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