第6期 鲁智礼等污泥减量化技术研究进展 了比较研究,同时运行两组不同污泥龄的机械破碎一体的新型废水处理系统。该系统包括3个子系 法与膜生物法组合工艺,低污泥龄(20d)的污泥产统∷传统的A2/O除磷系统、污泥臭氧氧化接触反应 率(每单位COD中含有的总悬浮固体(TSS)质量,器系统和磷吸附系统。 下同)为0.19g/g,而高污泥龄(54d)的组合工艺 目前,国外虽已将臭氧氧化技术应用于二级废 的污泥产率仅为0.06g/g。从而得出在高污泥龄条水生物处理系统的污泥减量,但存在的一系列问题 件下机械破碎法与膜生物法组合工艺可显著减小还有待于进一步硏究,如:臭氧氧化作用不具有选 污泥产率。但由于机械破碎法需要能耗较高,且能择性,也能与其他还原物质反应,使一些难降解有 量利用率低,限制了其规模应用。 机物随水流出;对氮磷的去除效果不好;无污泥排 1.2超声波技术 放时,重金属会在污泥中积累等 超声波技术通过交替的扩张和压缩作用使水2.1.2氯氧化技术 体产生空化作用,由空化作用而引起的强大的水力 氯气也是一种十分活泼的氧化剂,其污泥减量 剪切力对破解污泥微生物细胞有很好的效果,同时的原理同臭氧氧化技术基本相同,均是利用其氧化 也可改善污泥水解速率缓慢的问题的。 Mohammadi性破解微生物细胞壁,释放出细胞质被微生物二次 等在中试规模的SBR中考察了超声波对污泥减利用。 Takdastan等证明了氯气氧化污泥减量的 量的影响。实验结果表明:增加超声波强度可以提可行性。采用两个SBR进行对比实验,经80d的 高污泥减量效果;但当每千克ⅤSS吸收的能量超过运行,实验结果表明:当每克MLSS的氯气加入量 35MJ时,进一步增加能量对污泥减量效果几乎没为15mg时,污泥可减量48%;但出水中溶解性 有影响。Li等的在稳定的连续流系统中采用超声COD略有上升,投加氯气的反应器和未投加氯气的 波处理剩余污泥,在声能密度为0.4W/mL、超声时反应器的COD去除率分别为55%和95%。 间为5min污泥回流比为1:24时,剩余污泥体积 从经济效益的角度考虑,氯氧化的运行成本低 减少90%以上,且出水水质稳定。超声波污泥减量廉。但是在氯氧化过程中,氯气能够和污泥中的有 技术对声能的利用效率低且能耗大,但若将该工艺机物反应生成三氯甲烷等毒性副产物。 与其他污泥处置工艺相结合,同时优化运行参数、2.1.3 Fenton试剂氧化技术 提高超声效率,则其组合工艺在工程上的应用前景 Fenton试剂是一种氧化能力极强的试剂,能破 将会十分广阔 解微生物细胞壁,使细胞中的有机物质得以释放和 2基于化学方法的污泥减量化技术 溶解,破解后的污泥回流到生物反应系统中,被微 生物二次利用,以达到污泥减量的目的。He等 2.1氧化技术 采用MBR和 Fenton试剂氧化技术组合工艺与单独 2.1.1臭氧氧化技术 的MBR工艺进行对比实验,把经 Fenton试剂氧化 臭氧污泥减量化技术是基于臭氧的强氧化性,破解后的剩余污泥的pH调至7.0,再回流到MBR 使部分活性污泥被直接氧化成CO2和水等无机物,中。经过60d的运行,对照组MBR工艺的污泥产 部分活性污泥溶解成可生物降解的有机物。率(以MLS计)为0.150g/g;MBR和 Fenton试剂 Kamiya等采用传统的好氧反应系统,在每克TSS氧化技术组合工艺的污泥产率(以MLSS计)仅为 的臭氧加入量为0.01g的条件下,污泥量减少率可0.006g/g,且 MLVSS与MLSS的比值稳定在0.8 达50%;当每克TSS的臭氧加入量达0.02g时,可出水COD和TN去除率均优于对照组,证明 Fenton 以实现污泥零排放。Lee等在低温下将活性污泥试剂氧化技术有较好的污泥减量效果。影响 Fenton 工艺和臭氧氧化工艺组合,进行中试实验,先按每试剂氧化性能的因素包括废水pH、反应温度和催化 千克SS0.05kg的加入量向剩余污泥中加入臭氧,剂种类等多个方面。因此,该技术的广泛应用还有 进行破解,然后回流到生化反应器中,经过112d的赖于对其污泥减量的影响因素进行更深入的研究。 运行,其间无剩余污泥排放。在臭氧污泥减量过程2.2解偶联技术 中,污泥中的氮和磷因臭氧氧化作用而溶解在上清2.2.1投加解偶联剂 液中,并在系统中积累,导致出水中氮磷浓度升高。 大部分解偶联剂(如甲酚、2,6-二氯苯酚和对 Kondo等圓针对系统中营养物去除和磷积累问题硝基苯酚等)为脂溶性小分子物质,其作用机理是 进行了积极探索,并研制出集污泥减量与磷回收于通过与H’结合,减小细胞膜对H'的阻力,使H'跨 21994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.alLrightsreservedhttp://www.cnki.net第 6 期 鲁智礼等． 污泥减量化技术研究进展 了比较研究，同时运行两组不同污泥龄的机械破碎 法与膜生物法组合工艺，低污泥龄( 20 d) 的污泥产 率( 每单位 COD 中含有的总悬浮固体( TSS) 质量， 下同) 为 0． 19 g /g，而高污泥龄( 54 d) 的组合工艺 的污泥产率仅为0． 06 g /g。从而得出在高污泥龄条 件下机械破碎法与膜生物法组合工艺可显著减小 污泥产率。但由于机械破碎法需要能耗较高，且能 量利用率低，限制了其规模应用。 1． 2 超声波技术 超声波技术通过交替的扩张和压缩作用使水 体产生空化作用，由空化作用而引起的强大的水力 剪切力对破解污泥微生物细胞有很好的效果，同时 也可改善污泥水解速率缓慢的问题［5］。Mohammadi 等［6］在中试规模的 SBR 中考察了超声波对污泥减 量的影响。实验结果表明: 增加超声波强度可以提 高污泥减量效果; 但当每千克 VSS 吸收的能量超过 35 MJ 时，进一步增加能量对污泥减量效果几乎没 有影响。Liu 等［7］在稳定的连续流系统中采用超声 波处理剩余污泥，在声能密度为 0． 4 W /mL、超声时 间为 5 min、污泥回流比为 1 ∶ 24 时，剩余污泥体积 减少 90% 以上，且出水水质稳定。超声波污泥减量 技术对声能的利用效率低且能耗大，但若将该工艺 与其他污泥处置工艺相结合，同时优化运行参数、 提高超声效率，则其组合工艺在工程上的应用前景 将会十分广阔。 2 基于化学方法的污泥减量化技术 2． 1 氧化技术 2． 1． 1 臭氧氧化技术 臭氧污泥减量化技术是基于臭氧的强氧化性， 使部分活性污泥被直接氧化成 CO2和水等无机物， 部分 活 性 污 泥 溶 解 成 可 生 物 降 解 的有机物。 Kamiya等［8］采用传统的好氧反应系统，在每克 TSS 的臭氧加入量为 0． 01 g 的条件下，污泥量减少率可 达 50% ; 当每克 TSS 的臭氧加入量达 0． 02 g 时，可 以实现污泥零排放。Lee 等［9］在低温下将活性污泥 工艺和臭氧氧化工艺组合，进行中试实验，先按每 千克 SS 0． 05 kg 的加入量向剩余污泥中加入臭氧， 进行破解，然后回流到生化反应器中，经过 112 d 的 运行，其间无剩余污泥排放。在臭氧污泥减量过程 中，污泥中的氮和磷因臭氧氧化作用而溶解在上清 液中，并在系统中积累，导致出水中氮磷浓度升高。 Kondo 等［10］针对系统中营养物去除和磷积累问题 进行了积极探索，并研制出集污泥减量与磷回收于 一体的新型废水处理系统。该系统包括 3 个子系 统: 传统的 A2 /O 除磷系统、污泥臭氧氧化接触反应 器系统和磷吸附系统。 目前，国外虽已将臭氧氧化技术应用于二级废 水生物处理系统的污泥减量，但存在的一系列问题 还有待于进一步研究，如: 臭氧氧化作用不具有选 择性，也能与其他还原物质反应，使一些难降解有 机物随水流出; 对氮磷的去除效果不好; 无污泥排 放时，重金属会在污泥中积累等。 2． 1． 2 氯氧化技术 氯气也是一种十分活泼的氧化剂，其污泥减量 的原理同臭氧氧化技术基本相同，均是利用其氧化 性破解微生物细胞壁，释放出细胞质被微生物二次 利用。Takdastan 等［11］证明了氯气氧化污泥减量的 可行性。采用两个 SBR 进行对比实验，经 80 d 的 运行，实验结果表明: 当每克 MLSS 的氯气加入量 为 15 mg 时，污泥可减量 48% ; 但出水 中 溶 解 性 COD 略有上升，投加氯气的反应器和未投加氯气的 反应器的 COD 去除率分别为 55% 和 95% 。 从经济效益的角度考虑，氯氧化的运行成本低 廉。但是在氯氧化过程中，氯气能够和污泥中的有 机物反应生成三氯甲烷等毒性副产物。 2． 1． 3 Fenton 试剂氧化技术 Fenton 试剂是一种氧化能力极强的试剂，能破 解微生物细胞壁，使细胞中的有机物质得以释放和 溶解，破解后的污泥回流到生物反应系统中，被微 生物二次利用，以达到污泥减量的目的。He 等［12］ 采用 MBR 和 Fenton 试剂氧化技术组合工艺与单独 的 MBR 工艺进行对比实验，把经 Fenton 试剂氧化 破解后的剩余污泥的 pH 调至 7． 0，再回流到 MBR 中。经过 60 d 的运行，对照组 MBR 工艺的污泥产 率( 以 MLSS 计) 为 0． 150 g /g; MBR 和 Fenton 试剂 氧化技术组合工艺的污泥产率( 以 MLSS 计) 仅为 0． 006 g /g，且 MLVSS 与 MLSS 的比值稳定在0． 85， 出水 COD 和 TN 去除率均优于对照组，证明 Fenton 试剂氧化技术有较好的污泥减量效果。影响 Fenton 试剂氧化性能的因素包括废水 pH、反应温度和催化 剂种类等多个方面。因此，该技术的广泛应用还有 赖于对其污泥减量的影响因素进行更深入的研究。 2． 2 解偶联技术 2． 2． 1 投加解偶联剂 大部分解偶联剂( 如甲酚、2，6 － 二氯苯酚和对 硝基苯酚等) 为脂溶性小分子物质，其作用机理是 通过与 H + 结合，减小细胞膜对 H + 的阻力，使 H + 跨 ·507·