臭氧与酸碱耦合对剩余污泥溶胞减量效果的实验研究

论文摘要

目前污水处理技术的发展日臻成熟，而对污水处理过程中产生的剩余污泥却尚无有效处置对策。在这种背景下，溶胞技术应运而生，并因其优异的特点受到人们越来越多地关注。这种技术能够促使污泥絮体里的微生物污泥分解，释放出胞内物质，从而达到生物污泥分解的目的。同时溶胞技术具有良好的适用性，能够配合不同污水处理工艺促进隐形增长，提高污泥减量的效果。臭氧对微生物杀伤力强，是溶胞技术的主要手段之一，利用其渗入细胞壁导致细菌有机体结构遭受破坏从而死亡，使污泥胞内外物质溶入溶液中，能够让污泥特性改变，还有机会形成新的剩余污泥量减排处理工艺。本文通过臭氧对剩余污泥的破解试验，研究其相关作用机理，并探索将臭氧和酸解、碱解耦合作为溶胞手段应用于污泥减量中的可行性及其性能特点。采用质子交换聚合物膜电解法（PEM）产生臭氧，通过静态试验的方法考察臭氧破解剩余污泥的效果及机理。结果表明：随着臭氧化反应时间的增加，污泥微生物细胞裂解，胞内物质进入到污泥溶液中，污泥固体物质减少，使得TS和VTS均显著下降，处理40min后，其去除率分别达到57.33%和72.76%；SCOD前30min呈线性增长，通入臭氧60min后，由处理前的3501.24mg/L上升到6298.32mg/L，增长率达79.88%；SV30及滤饼含水率均呈下降趋势，表明剩余污泥的沉淀性能及脱水性能得到明显改善；污泥混合液的pH值由处理前的6.85下降至5.75。对试验结果的讨论发现：合理控制氧化反应时间，可获得良好的减量化效果。最佳臭氧化时间为30min。在对不同氧化时间下污泥絮体尺寸的实验研究发现，随着臭氧化时间的增加，污泥粒径分布经历了一个先减小后增大的过程。结合对污泥上清液中溶解性多糖含量的变化数据，认为污泥絮体的二次凝聚与胞外聚合物（EPS）中的高分子物质有关，即臭氧的投入首先使EPS受到攻击，包埋其中的微生物细胞死亡裂解，释放出蛋白质、多糖等具有良好絮凝作用的高分子物质，当污泥体系中众多的小颗粒遇到这些高分子物质时发生二次凝聚，从而导致污泥粒径的增大。为提高臭氧对污泥的溶解率，本文提出将臭氧与酸解、碱解联合对剩余污泥进行溶胞处理，分析比较了臭氧30min、臭氧+酸解30min、臭氧+酸解18h、臭氧+碱解30min、臭氧+碱解18h等几种溶胞方式，研究结果表明：单独臭氧化30min的污泥破碎率为21.97%，释放的多糖浓度为28.07mg/L，相比处理前的污泥样品，其液相多糖含量增幅为7.75%。相比单纯臭氧化处理，臭氧与酸解、臭氧与碱解的联合处理对剩余污泥的溶胞效果均有不同程度的改善。其中臭氧+碱解18h的溶胞效果最好，污泥的破碎率最大，达到36.32%，释放的多糖浓度最高（约138mg/L，增幅为40.81%）。在粒径分布上，臭氧+酸解、臭氧+碱解对污泥粒径的削减程度均优于单纯臭氧30min处理，其中臭氧+碱解协同处理污泥的粒径减小得最多，臭氧+碱30min、臭氧+碱18h的处理下，污泥颗粒的平均直径分别下降23.4%和37.7%，而臭氧化30min的降幅仅为10.5%。通过显微镜观察，臭氧+酸解后污泥絮体结构变得松散，并随着酸解时间的增大，污泥絮体结构进一步解体；而臭氧+碱解处理后絮体结构完全被破坏，呈现碎片状态，絮体结构在显微镜下基本看不出来。总体而言，臭氧+碱解比臭氧+酸解，在剩余污泥溶胞减量上的效果要好，且污泥的破碎率随着碱解、酸解时间的延长而增大。另一方面，臭氧+酸解能明显改善剩余污泥的过滤脱水性能，而臭氧+碱解则会造成污泥混合液粘性增大，不利于污泥的脱水。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 污泥减量化技术
• 1.2.1 解偶联代谢
• 1.2.2 强化隐性生长
• 1.2.3 微型动物捕食
• 1.3 污泥溶胞技术在污泥减量中的应用
• 1.3.1 物理溶胞方法
• 1.3.2 化学溶胞方法
• 1.3.3 生物溶胞方法
• 1.4 污泥臭氧减量化处理
• 1.4.1 臭氧性质及氧化反应机理
• 1.4.2 污泥臭氧减量化处理影响因素
• 1.4.3 污泥臭氧减量化处理研究现状
• 1.5 组合工艺对污泥减量化效果的研究
• 1.5.1 热碱联合法
• 1.5.2 热酸联合法
• 1.5.3 超声波-碱联合法
• 1.5.4 过氧化氢-加热联合法
• 1.6 存在的问题
• 1.7 本文研究目标、内容及技术路线
• 1.7.1 研究目标
• 1.7.2 研究内容
• 1.7.3 技术路线
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 污泥
• 2.1.2 臭氧
• 2.2 实验装置与工艺流程
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验装置
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 臭氧破解污泥实验方法
• 2.3.2 臭氧与酸、碱联合处理实验方法
• 2.3.3 分析项目与测定方法
• 第三章 臭氧对剩余污泥减量化静态实验
• 3.1 臭氧氧化对污泥浓度的减量化效果
• 3.2 臭氧氧化对污泥 SCOD 的影响
• 3.3 臭氧氧化对滤饼含水率的影响
• 3.4 臭氧氧化对污泥沉降性能的影响
• 3.5 臭氧氧化对 pH 的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 臭氧与酸、碱耦合对剩余污泥减量效果的研究
• 4.1 臭氧化过程中污泥的二次凝聚
• 4.2 臭氧与酸、碱联合处理对剩余污泥溶胞效果的实验研究
• 4.2.1 现象描述
• 4.2.2 不同处理方法对污泥的溶胞作用
• 4.2.3 不同处理方法对污泥形态的影响
• 4.2.4 不同处理方法对污泥过滤脱水性能的影响
• 4.3 机理分析与讨论
• 4.3.1 剩余污泥结构
• 4.3.2 单独臭氧化的溶胞作用
• 4.3.3 臭氧与酸解耦合对污泥的溶胞作用
• 4.3.4 臭氧与碱解耦合对污泥的溶胞作用
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 不足与展望
• 参考文献
• 硕士阶段发表论文
• 致谢