城市污泥超聲波預(yù)處理機(jī)理與工藝應(yīng)用研究.pdf

1、城市規(guī)模擴(kuò)大和人口增加，促使城市污水處理廠的負(fù)荷不斷加大，而污水處理產(chǎn)生的大量污泥也成為必須處理處置的環(huán)境難題。當(dāng)前，污水廠活性污泥存在產(chǎn)量大、含水率高、容積大、脫水困難和有機(jī)物穩(wěn)定時間長等問題，使得污泥處理處置成為污水處理工藝中的難點(diǎn)。為解決污泥處理中存在的問題和了解產(chǎn)生這些問題的原因，本研究采用超聲波技術(shù)破解剩余污泥以改變污泥理化特性，并結(jié)合脫水工藝、厭氧消化工藝和生化池好氧曝氣工藝，以分析超聲波對這些污水污泥處理工藝的影響，為探明

2、超聲波技術(shù)對污泥處理的促進(jìn)作用和影響機(jī)理提供理論基礎(chǔ)和實踐依據(jù)，主要的研究結(jié)論如下： ①通過采用從0-26000 kJ/kg TS中的7個超聲能量水平進(jìn)行活性污泥的破解研究。結(jié)果表明，超聲波能有效改變污泥理化性質(zhì)，破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁，使污泥中固體物向液相轉(zhuǎn)變，從而改變污泥的沉降性和可生化性，主要表現(xiàn)在污泥中的SCOD、濁度、溶解性物質(zhì)、胞外聚合物含量和無機(jī)氮含量隨著超聲能量的增加而增加，而沉降速度、平均顆粒大小和平均絮體族

3、大小卻著超聲能量的增加而減少，這些理化指標(biāo)的變化直接依賴于應(yīng)用的超聲能量，并與超聲能量具有顯著的相關(guān)性。顆粒大小和胞外聚合物是影響污泥沉降性能和上清液濁度的重要因素，最佳的顆粒大小和胞外聚合物含量使沉降性能最佳以及上清液濁度最低。 從污泥理化特性的變化規(guī)律來看，活性污泥的超聲波處理包括了兩個階段。在第一階段，在超聲能量低于1000 kJ/kg TS時，超聲波輕微破壞了污泥絮體結(jié)構(gòu)，改善了污泥的沉降性，但這些能量不足以有效地破解污

4、泥和將固體物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)物質(zhì)。1000 kJ/kg TS是改善污泥沉降性和降低上清液濁度的最優(yōu)能量，使沉降速度在45min時較對照處理提高18.6％，而上清液濁度下降43.7％。另外，1000 kJ/kg TS也是破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)的最小能量。在第二階段，超聲能量高于5000 kJ/kg TS，污泥的破解效應(yīng)和溶解效應(yīng)均表現(xiàn)顯著增強(qiáng)。雖然這些能量顯著減少顆粒大小和增加胞外聚合物而導(dǎo)致了污泥的沉降性能惡化，但超聲波卻有利于固體物質(zhì)向溶解態(tài)轉(zhuǎn)

5、化，增加了SCOD，因而減少了污泥量，而且這些效應(yīng)在高能量水平下不斷得到強(qiáng)化。從SCOD結(jié)果的分析表明，26000 kJ/kg TS使SCOD/TSCOD和DDCOD分別增加了26.8％和25.3％，而顯微鏡照片也顯示污泥絮體結(jié)構(gòu)和細(xì)胞并沒有被完全破壞，因而26000 kJ/kg TS仍不是完全破解污泥的優(yōu)化的能量。 ②污泥脫水是污泥減量過程中的重要步驟，超聲波作為破解污泥的重要方法，對污泥的脫水性能同樣有著重要的影響。本論文分

6、析了0-35000kJ/kg TS的超聲能量對污泥脫水性能的影響。通過分析污泥CST、SRF和泥餅含水率，結(jié)果表明，不同的超聲能量產(chǎn)生不同的脫水結(jié)果。隨著超聲能量的增加，不論是剩余活性污泥還是消化污泥，其CST和SRF的變化反映出污泥脫水性能表現(xiàn)為先改善而后顯著惡化的變化特點(diǎn)。低能量超聲波改善污泥脫水性能，而高能量超聲顯著惡化了污泥脫水性能，800 kJ/kg TS是改善脫水性能的最佳能量，使污泥CST和SRF分別較對照處理下降11.8

7、％和44.7％，抽濾泥餅含水率減少34％。超聲波處理污泥導(dǎo)致EPS含量的增加和顆粒大小的降低是污泥脫水變化的主要原因，而這個最佳超聲能量產(chǎn)生了最佳的EPS含量(400-500mg/l)和顆粒粒徑分布(80-90μm)。EPS含量和顆粒大小雖不是影響污泥脫水性能的唯一因素，但卻在很大程度上反映了污泥脫水變化的原因。 ③在破解污泥的厭氧消化試驗中，通過設(shè)計5個超聲能量水平，以分析超聲波處理對污泥厭氧消化的影響。結(jié)果表明，超聲波能有效

8、促進(jìn)污泥的厭氧消化性能，提高了沼氣產(chǎn)量和縮短消化時間，并且隨著超聲能量的增加，污泥的消化性能改善越明顯。從消化污泥的pH和ORP變化來看，超聲波處理的污泥厭氧消化甲烷化過程較未處理的對照污泥縮短13d左右。從沼氣產(chǎn)量來看，5000 kJ/kgTS、11000 kJ/kg TS、17000kJ/kg TS、26000 kJ/kg TS和35000 kJ/kg TS的超聲能量使沼氣總產(chǎn)量較對照處理分別增加了3.0％、5.5％、9.6％、24

9、.1％和31.9％。 ④通過將經(jīng)超聲波處理的活性污泥以不同比例回流至生化曝氣池，研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理的剩余污泥對活性污泥系統(tǒng)的處理效率和系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響較大。從污泥產(chǎn)量來看，超聲波處理的剩余污泥在生化曝氣處理后能有效減少污泥產(chǎn)量，其表觀產(chǎn)率較對照處理減少18-28％，而且處理比例越大，污泥減量程度越高。從污泥穩(wěn)定性來看，3/10的超聲波處理比例對污泥有機(jī)物降解程度最大，VSS/SS較對照處理下降了5.07％，超聲波處理有利于污泥

10、有機(jī)物的降解過程。從污泥沉降性來看，不同處理比例的污泥均具有良好的沉降性能，但在1/10、2/10和3/10處理比例時，污泥SVI較對照處理均有所下降，分別下降了24.8％、22.6％和9.8％，超聲波處理使污泥沉降性能降低。從出水水質(zhì)來看，1/10和2/10的超聲波處理比例使活性污泥系統(tǒng)的出水COD有所下降，但進(jìn)一步增加超聲波對污泥的處理比例，出水COD明顯增加，COD的去除率下降，但降低幅度較小。由于所有處理的出水COD均在100m

11、g/l的污水排放標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，因而COD變化并沒對出水水質(zhì)產(chǎn)生實質(zhì)性影響。另外，各處理間的出水濁度去除率達(dá)了90％以上，以3/10的處理比例時出水濁度最高。雖然增加的超聲波處理比例只是輕微地降低了出水濁度，但這并沒有超出污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。 綜上所述，超聲波因其技術(shù)上的特點(diǎn)和優(yōu)勢，而成為污泥預(yù)處理的重要物理方法。低能量超聲波有利于污泥沉降和脫水性能的改善，而高能量超聲波處理更有利于污泥減量。但與當(dāng)前的其它預(yù)處理技術(shù)相比而言，超聲波技術(shù)