臭氧氧化技術(shù)在污泥厭氧消化上的應(yīng)用

臭氧氧化技術(shù)在污泥厭氧消化上的應(yīng)用摘要：厭氧消化化是一種傳統(tǒng)統(tǒng)的污泥處理理工藝，不僅僅能使污泥得得到穩(wěn)定和減減量，還能產(chǎn)產(chǎn)生沼氣，回回收部分能源源。但傳統(tǒng)的的污泥厭氧消消化只能使污污泥固體總量量減少25～40％，揮發(fā)性性固體平均降降解率為455％，揮發(fā)性性固體容積負負荷為0.6～1.5kgg/m3.d；在污泥厭厭氧消化工藝藝中適當?shù)慕Y(jié)結(jié)合入臭氧氧氧化技術(shù)，可可以使揮發(fā)性性固體平均降降解率提高至至65％，并減少三三分之一至四四分之一的厭厭氧消化池容容積，節(jié)約工工程投資，運運行成本略微微降低。關(guān)鍵詞：污泥泥分解技術(shù)臭氧厭氧消化Title:SewaggeSluudgeDDisinttegrattionUUsingOzonee-AMeethodofEnnhanciingthheAnaaerobiicDiggestioonofSewaggeSluudgeAbstracct:Theeanaeerobiccdigeestionnproccessiisapprovenntechhniqueeforeffecctivesewaggesluudgettreatmment.Howevver,dduringganaeerobicctreaatmentt,asarulleonllyaboout255~40%ofthhetottalsollidsiinsluudgeiisredduced..Thecombiinatioonofanaerrobicsludggediggestioonwitthdissinteggratioonusiingozzoneiisseeenasoneppromissingttechniicalaandecconomiicmetthodoofenhhancinngtheestabbilizaationproceess.TTheteestscconducctedpproviddeeviidenceesofaaninccreaseeinttheavverageedegrradatiionraateofforgaanicmmatterrto665%,aascommpareddto445%inntheconveentionnalsyystem..Thediigesteervollumeccanbeedesiignedtobeerougghlyoone-thhirdssmalleer,whhichhhasasigniificanntimppactoontheetotaalinvvestmeentcoosts.Keywordd:sludgeedisiintegrrationn,ozoone,aanaeroobicddigesttion污水污泥作為污污水處理過程程中的副產(chǎn)物物，由于其數(shù)數(shù)量巨大及易易腐敗的特點點，其減量化化和穩(wěn)定化技技術(shù)研究已越越來越受到人人們的重視。厭氧消化是一種傳統(tǒng)的污水污泥處理工藝，不僅能使污泥得到穩(wěn)定和減量，還能產(chǎn)生沼氣，回收部分能源。污泥分解技術(shù)（臭氧氧化、超聲波分解、熱和化學(xué)方法）與厭氧消化相結(jié)合，能提高厭氧消化的效率，使得污水污泥得到更大程度的穩(wěn)定化和減量化，因此引起許多研究者的注意。其中，臭氧氧化技術(shù)在污泥厭氧消化上的應(yīng)用，由于在技術(shù)和經(jīng)濟上的可行性，尤其得到研究者的關(guān)注。1不同污泥泥分解方式的的對比研究Pavlosttathiss和Gosseett【1】的研究指出出，水解是厭厭氧消化的限限制性步驟，污污泥細胞壁的的剛性結(jié)構(gòu)可可以阻礙胞內(nèi)內(nèi)易降解物質(zhì)質(zhì)的水解。污污泥分解技術(shù)術(shù)能促進厭氧氧消化的原因因就在于，被被分解污泥的的細胞壁遭到到破壞，使得得細胞壁中的的易降解物質(zhì)質(zhì)泄漏出來，并并且能將難降降解的大分子子物質(zhì)分解成成易降解的小小分子物質(zhì)，從從而提高了水水解的速率。利用機械力(球球墨機或高壓壓泵)分解污泥，能能提高污泥厭厭氧消化的速速率，但設(shè)備備復(fù)雜，運行行成本極高（Dichttletal[2]];WeeemasaandVeerstatte[3]）。InWoookNaan等人[4]的實驗驗結(jié)果表明，經(jīng)經(jīng)過機械力處處理的污泥在在厭氧消化池池中的污泥停停留時間從13天降至6天，而VS去除率和產(chǎn)產(chǎn)氣量基本維維持不變。A.Tieehm等人[5]利用超超聲波分解污污泥，使得隨隨后的污泥厭厭氧消化效率率提高很多，污污泥揮發(fā)性固固體的降解率率由21.5%增加到33.7%。林志高等等人【6】的研究表明明，污泥經(jīng)堿堿預(yù)處理后，厭厭氧消化效率率提高，基質(zhì)質(zhì)的去除率和和產(chǎn)氣量增加加；加堿后，堿堿度會升高，但但不會對系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)的pH值造成太大大的影響。A.SSchemiinski[[7]等人對對不同的污泥泥分解方式（臭臭氧氧化、超超聲波分解、熱熱和化學(xué)方法法）的分解效效率進行了對對比研究,處理對象為為同樣的厭氧氧消化污泥，比比較的指標是是有機碳釋放放率和在隨后后厭氧消化實實驗中的揮發(fā)發(fā)性固體降解解率。就有機機碳釋放率而而言，當臭氧氧投加量為0.2gO3/g干污泥時，有有機碳的釋放放率達到40%；利用超聲聲波粉碎污泥泥細胞，有機機碳釋放率達達到為10％；在90℃下熱解30min時，有機碳碳釋放率為15％，在134℃下熱解30min時，有機碳碳釋放率為30％；利用0.5mool/L的NaOH溶液進行堿堿性水解時，有有機碳釋放率率為55％。在隨后后厭氧消化實實驗中，投加加臭氧的有機機物降解率為為42%，，用NaOH濃度為0.3mool/L處理過的污污泥的揮發(fā)性性固體降解率率能達到35％，而用濃濃度為0.5mool/LNNaOH處理過的污污泥的揮發(fā)性性固體降解率率僅能達到28％。比較幾種不同同的污泥分解解方式，用NaOH堿解污泥能能達到最大的的有機碳釋放放率，但堿解解后的污泥中中鹽的濃度過過高，對厭氧氧消化有不利利影響；臭氧氧氧化處理過過的污泥在隨隨后的厭氧消消化實驗中能能達到最大的的揮發(fā)性固體體降解率。臭氧氧化后污污泥性質(zhì)的變變化臭氧是一種十分分活潑的氧化化劑，它可與與污泥中的化化合物發(fā)生反反應(yīng)。為了確確定臭氧氧化化后污泥中的的三種主要成成分（蛋白質(zhì)質(zhì)、多聚糖和和脂類化合物物）的去向，A.Schheminsski[7]]等人對厭氧氧消化污泥投投加臭氧。在在投量為0.5gOO3/g干污泥時，污污泥中60％的固體有有機組分可以以被轉(zhuǎn)化為可可溶解的物質(zhì)質(zhì)。其中污泥泥中的蛋白質(zhì)質(zhì)含量可以減減少90％，當臭氧氧與污泥反應(yīng)應(yīng)時，蛋白質(zhì)質(zhì)從被破壞的的細胞壁中泄泄漏放出來；；釋放到污泥泥中的蛋白質(zhì)質(zhì)只能被瞬間間檢測到，凝凝膠滲透色譜譜分析表明，被被污泥溶液稀稀釋的蛋白質(zhì)質(zhì)又繼續(xù)與臭臭氧發(fā)生反應(yīng)應(yīng)而被分解，由由于氧化分解解反應(yīng)的速率率很高，因此此在氧化后的的污泥液中測測不出蛋白質(zhì)質(zhì)濃度的增加加。大約60％的多聚糖糖溶解進入污污泥液中并被被繼續(xù)氧化，但但是由于氧化化速率很慢，可可以測出污泥泥液中多聚糖糖濃度的增加加量，而污泥泥中多聚糖濃濃度則隨臭氧氧投量的增加加而減少。污污泥中的脂類類減少30％，臭氧與與不飽和脂肪肪酸進行直接接或間接反應(yīng)應(yīng)，形成可溶溶于水的短鏈鏈片段。當臭臭氧投量為0.38ggO3/g干污泥時，處處置前干污泥泥的蛋白質(zhì)含含量為16％，處置后后蛋白質(zhì)含量量為6％。用較低臭氧投量量（通常采用用的臭氧投量量）處理過的的污泥含有大大量羧酸，但但是90％的羧酸為為不揮發(fā)性的的，碳鏈長度度大于17（YasuiiandMiyajji）[8]。而臭臭氧投加量較較高時，能生生成碳酸，所所以此時盡管管PH值降低，但但是VFA值并不升高高。表1是是當臭氧投加加量是0.2gO3/gCOOD時污泥化學(xué)學(xué)特性的變化化情況，污泥泥樣品取自城城市污水廠初初沉污泥和剩剩余污泥的混混合污泥。表1臭氧氧化化預(yù)處理（00.2gOO3/gCOOD）前后污泥特特性比較【9】預(yù)處理前預(yù)處理后CODtotaal(g/l)7.9±0.554.9±0.66CODsolluble((g/L)0.06±0..052.3±0.11TOCtottal(g/L)2.9±0.332.1±0.22TOCsolluble((g/L)0.014±00.0021.06±0..06IC(mg/LL)66±102.45±0..02SS(g/L))9.5±1.223.8±0.55VSS(g/LL)5.7±0.661.8±0.22SVI(mg//L)100～120025～30CST(cstt-s)33～44309～3733pH7.84.9從表1可以看到到，污泥經(jīng)臭臭氧（0.2gOO3/gCOD）氧化處理理后，其可溶溶性COD由0.06gg/L增至2.3g//L；可溶性TOC由0.0144g/L增至1.06gg/L；SS去除率可達64%，而VSS的分解率可可達72%；PH值下降；脫脫水性能惡化化。3臭氧氧化化與污泥厭氧氧消化的結(jié)合合方式及相關(guān)關(guān)研究消化罐消化罐臭氧裝置進泥出泥圖1臭氧氧氧化與厭氧消消化的結(jié)合方方式之一（1）對進泥進進行臭氧預(yù)處處理（工藝流流程見圖1）比利時時的M.WEEEMAES等人【9】對消化罐全全部進泥采用用臭氧預(yù)處理理，研究其對對厭氧消化的的影響。污泥泥樣品取自城城市污水廠初初沉污泥和剩剩余污泥的混混合污泥。4個污泥樣品品中臭氧投加加量分別是0、0.055gO3/gCOOD、0.1gO3/gCOOD、0.2ggO3/gCOOD。將4種污泥樣品品（各750ml）分別用250ml的厭氧污泥泥接種，進行行時間為30天的厭氧消消化實驗。除除了污泥樣品品（臭氧投量量0.2gOO3/gCOD）出現(xiàn)了3天的延遲產(chǎn)產(chǎn)氣，其余3種污泥均立立即產(chǎn)氣。臭臭氧投加量為為0.1ggO3/gCOD的污泥最終終產(chǎn)氣量為未未經(jīng)臭氧處理理的污泥的1.8倍,產(chǎn)氣速率為為未經(jīng)臭氧處處理的污泥的的2.2倍。臭氧投投量為0.2gOO3/gCOD的污泥不僅僅出現(xiàn)延遲產(chǎn)產(chǎn)氣，而且對對污泥厭氧消消化性的提高高效果不明顯顯。出泥出泥進泥部分污泥臭氧裝置消化罐圖2臭氧氧氧化與厭氧消消化的結(jié)合方方式之二消化罐消化罐消化罐臭氧裝置進泥出泥圖3臭氧氧氧化與厭氧消消化的結(jié)合方方式之三（2）對消化污污泥進行厭氧氧氧化處理（工工藝流程見圖圖2或圖3）由于污污泥中一部分分物質(zhì)是很容容易被厭氧降降解的，直接接對污泥進行行臭氧分解，臭臭氧很可能會會被消耗在這這部分易降解解物質(zhì)上。所所以可以讓污污泥先進行一一定時間的厭厭氧消化，再再投加臭氧分分解其中難降降解物質(zhì)和打打開污泥的細細胞壁，然后后將污泥循環(huán)環(huán)回消化罐繼繼續(xù)消化。A.SSchemiinski【7】等人對消化化過的污泥進進行了厭氧分分解（臭氧投投加量0.3gOO3/g干固體），污污泥中大約40％的有機碳碳被釋放到污污泥水中，污污泥水中的DOC升高到了2300mmg/l；在隨后的的厭氧消化實實驗中污泥的的有機固體降降解率從11％提高到了37％，污泥水水中70％的DOC被降解。4經(jīng)濟可行行性分析從經(jīng)濟角度分析析，在污泥厭厭氧消化工藝藝中適當?shù)慕Y(jié)結(jié)合臭氧氧化化技術(shù)，是一一種非常有前前景的污泥處處理工藝。當當用空氣制取取臭氧時，單單位臭氧的耗耗電量為17～22KWhh/kgO33，但污泥厭氧氧消化本身是是產(chǎn)生能源的的，所以整個個系統(tǒng)是有希希望達到一種種能量平衡的的。根據(jù)奧地地利VATEECHWAABAG公司的研究究結(jié)果[100]，該工藝藝能使污泥的的有機固體平平均降解率從從45％提高到65％，沼氣產(chǎn)產(chǎn)量增加30～40％；減少1/3至1/4的厭氧消化化池容積，在在增加臭氧裝裝置后，投資資建設(shè)總費用用減少5％；節(jié)約加熱熱攪拌費用，與與常規(guī)的污泥泥厭氧消化相相比，運行費費用略少。若對于一個規(guī)模模為20，000m3/d的采用二級級生物處理的的城市污水廠廠，在污泥厭厭氧消化工藝藝中適當?shù)慕Y(jié)結(jié)合臭氧氧化化技術(shù)，臭氧氧投加負荷為為0.06ggO3/gCODD，總投加量19.2kkgO3/h。保守的估估計，臭氧的的投加能將污污泥在消化罐罐中的停留時時間從24天減少到18天，從而使使消化罐的容容積減少1/3，工程總投投資減少5％。當用空空氣制取臭氧氧時，單位臭臭氧的耗電量量為17～22KWhh/kgO33，但據(jù)估計計利用產(chǎn)生的的沼氣發(fā)電，能能滿足整個污污水廠70%的用電量，再再加上消化罐罐容積減少帶帶來的加熱攪攪拌費用的減減少，所以日日常的運行費費用也會略有有減少。污泥泥量的減少和和穩(wěn)定程度的的提高還能減減少后續(xù)處理理的費用。參考文獻：1Pavllostatthis.SS.G.aandGoossetttJ.M..(19866).Apreliiminarryconnversiionmeechaniismsiinanaaerobiicdiggestioonofbioloogicallsluddges.JournnaloffEnviironmeentalEnginneerinng,ASSCE,Vool.1144,pp.5575~59922DichttlNeetal((1997)).Wassteslludgedisinntegraation—areccentooverviiew.KKorresspondeenzAbbwasseer44,,1726~~17393WeemmaesMMandVersttraeteeW(19998).Evaluutionofcuurrenttwetsludggedissinteggratioontecchniquues.JJournaalofChemiicalTTechnoologyandBBiotecchnoloogy733,83~9924InWWookNNan,eetal..Mechhanicaalpreetreattmentofwaasteaactivaatedssludgeeforanaerrobicdigesstionproceess.WWaterReseaarch22000,334(8)):23622-236885A.Tiiehm,K.Nicchel,M.ZelllhornnandU.Neiis.Ulltrasoonicwwasteactivvatedsludggedissinteggratioonforrimprrovingganaeerobiccstabbilizaation..WateerRessearchh,20001,35((8):20003-200096林志高張守中.廢棄活性污污泥加堿預(yù)處處理后厭氧消消化的試驗研研究.給水排水,19977,23(11):10--157A.Sccheminnski,R.KruullanndD.CC.Hemppel.(22000)..Oxiddativeetreaatmenttofddigesttedseewagesludggewitthozoone.WaterrSc