论文摘要
剩余污泥处理和处置问题的日益突出使得污泥减量成为必然。在目前国内外研究的污泥减量技术中,利用臭氧进行隐性生长的污泥减量技术由于其破解效率高、不产生毒副作用等特点成为该方向研究的热点。臭氧具有强的杀伤力,它能够渗入细胞壁从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡,细胞溶解释放有机物质到水中,而这些自产底物可重新被用于生物代谢,这样部分有机碳的重复使用将会导致污泥产量的减少。利用臭氧对剩余污泥进行破解,可以使污泥胞内外物质溶出进入液相,改变污泥特性,还有可能形成新的剩余污泥减量排放处理工艺。本文利用臭氧破解活性污泥以研究臭氧破解污泥的若干基础理论问题,并探索将臭氧直接作用在活性污泥反应器上进行同步臭氧氧化实现污泥减量排放工艺的可能性及处理特性。通过静态试验的方法了解了臭氧破解活性污泥的机理,并从理论上分析了各指标溶出规律。试验结果表明:经臭氧破解后污泥液相中的SCOD、TN、NH3-N、有机氮、NO3--N、TP、蛋白质、多糖等物质随臭氧浓度和臭氧投加量的增加有不同程度的增加,而NO2--N、总蛋白质、TOC、pH值、污泥SOUR及SVI值则呈现下降趋势。理论分析发现,本研究中SCOD和TN的溶出均低于理论值,分析是由于当微生物细胞壁破裂后,细胞质进入了液相,在液相中与臭氧直接接触而发生化学氧化作用,部分有机物被氧化成为二氧化碳、氮气和氨气从水中逸出;臭氧破解过程中污泥活性有较大程度的降低,SOUR从初始的9.92mgO2/gVSS·h下降到5.92mgO2/gVSS·h,VSS/SS从0.78降低到0.68;臭氧破解使得絮体尺寸变小、密度提高,沉降性能得到很大提高,污泥pH值从中性变为弱酸性。利用二元线性回归法建立臭氧浓度和臭氧投加量对臭氧破解效率的模型可以看出,臭氧破解污泥过程中的液相SCOD、蛋白质、多糖的溶出和TOC的破解与臭氧浓度和臭氧投加量呈正比指数关系。在前面机理分析的基础上,确定后续工艺的臭氧作用条件为臭氧浓度36.65mg/L,臭氧投加量0～0.04gO3/gSS。将臭氧直接作用于生物反应器进行隐性生长,能实现污泥的减量排放。本试验选取SBR和MBR两种生物反应器作为同步臭氧氧化污泥减量的研究系统。考察了各臭氧投加量下SBR污泥减量系统的污泥浓度、污泥性能和出水水质变化情况,并与对照系统进行对比分析。结果表明:同步臭氧氧化可以降低SBR系统的平均表观污泥产率,对照系统的平均污泥产率系数为0.45gSS/gSCOD,而在臭氧投加量为0.01、0.02、0.025、0.03gO3/gSS时的平均产率系数分别为0.36、0.2、0.11、0.03gSS/gSCOD,在50d的连续运行中,对照系统共排放约150g干污泥,而臭氧减量系统仅排放47.2g干污泥;臭氧氧化对SBR系统出水的COD、NH3-N、TP影响较小,在臭氧投加量小于0.03g03/gSS时,去除率分别为92.5%、91.1%和80.5%;臭氧氧化对污泥活性的影响较小,在臭氧投加量小于0.03gO3/gSS条件下,保持了85.3%以上的活性;随着臭氧投加量的增加,污泥SVI值下降。对反应器在臭氧投加量为0.03gO3/gSS时进行了30天的连续运行研究。结果表明,同步臭氧氧化可以明显减少SBR反应器的污泥排放量,在不排泥的情况下对照系统MLSS增加了5907mg/L,而臭氧减量系统污泥MLSS仅增加了643mg/L。但随着臭氧的长期投入,反应器内污泥活性下降会影响出水水质。考察了各臭氧投加量下MBR污泥减量效能的影响研究。发现MBR对照系统的平均污泥产率为0.32gSS/gSCOD,而在臭氧投加量分别为0.01、0.015、0.02、0.025、0.03 gO3/gSS时,系统平均污泥产率系数分别为0.25、0.16、0.07、0.021、0.016 gMLSS/gSCOD,当臭氧投加量大于0.025gO3/gSS时,污泥产率系数接近零,在50d的连续运行中,对照系统共排放143 g干污泥,而臭氧减量系统共排放48g干污泥;臭氧氧化对MBR系统出水的COD、NH3-N影响甚小,充分体现了MBR系统的高效稳定性,但由于MBR系统对磷的处理效果不好,因此投加臭氧后更加重了除磷的难度;随着臭氧的加入,污泥活性下降。在臭氧投加量为0.025gO3/gSS条件下对反应器进行了为期30天的连续运行试验。结果表明,在不排泥的情况下,MLSS在30天增加了4 863mg/L;而臭氧减量系统污泥MLSS仅增加了380mg/L;臭氧的加入对污泥出水水质没有很大影响。