臭氧氧化技术在污泥厌氧消化上的应用

臭氧氧化技术在污泥厌氧消化上的应用摘要：厌氧消化化是一种传统统的污泥处理理工艺，不仅仅能使污泥得得到稳定和减减量，还能产产生沼气，回回收部分能源源。但传统的的污泥厌氧消消化只能使污污泥固体总量量减少25～40％，挥发性性固体平均降降解率为455％，挥发性性固体容积负负荷为0.6～1.5kgg/m3.d；在污泥厌厌氧消化工艺艺中适当的结结合入臭氧氧氧化技术，可可以使挥发性性固体平均降降解率提高至至65％，并减少三三分之一至四四分之一的厌厌氧消化池容容积，节约工工程投资，运运行成本略微微降低。关键词：污泥泥分解技术臭氧厌氧消化Title:SewaggeSluudgeDDisinttegrattionUUsingOzonee-AMeethodofEnnhanciingthheAnaaerobiicDiggestioonofSewaggeSluudgeAbstracct:Theeanaeerobiccdigeestionnproccessiisapprovenntechhniqueeforeffecctivesewaggesluudgettreatmment.Howevver,dduringganaeerobicctreaatmentt,asarulleonllyaboout255~40%ofthhetottalsollidsiinsluudgeiisredduced..Thecombiinatioonofanaerrobicsludggediggestioonwitthdissinteggratioonusiingozzoneiisseeenasoneppromissingttechniicalaandecconomiicmetthodoofenhhancinngtheestabbilizaationproceess.TTheteestscconducctedpproviddeeviidenceesofaaninccreaseeinttheavverageedegrradatiionraateofforgaanicmmatterrto665%,aascommpareddto445%inntheconveentionnalsyystem..Thediigesteervollumeccanbeedesiignedtobeerougghlyoone-thhirdssmalleer,whhichhhasasigniificanntimppactoontheetotaalinvvestmeentcoosts.Keywordd:sludgeedisiintegrrationn,ozoone,aanaeroobicddigesttion污水污泥作为污污水处理过程程中的副产物物，由于其数数量巨大及易易腐败的特点点，其减量化化和稳定化技技术研究已越越来越受到人人们的重视。厌氧消化是一种传统的污水污泥处理工艺，不仅能使污泥得到稳定和减量，还能产生沼气，回收部分能源。污泥分解技术（臭氧氧化、超声波分解、热和化学方法）与厌氧消化相结合，能提高厌氧消化的效率，使得污水污泥得到更大程度的稳定化和减量化，因此引起许多研究者的注意。其中，臭氧氧化技术在污泥厌氧消化上的应用，由于在技术和经济上的可行性，尤其得到研究者的关注。1不同污泥泥分解方式的的对比研究Pavlosttathiss和Gosseett【1】的研究指出出，水解是厌厌氧消化的限限制性步骤，污污泥细胞壁的的刚性结构可可以阻碍胞内内易降解物质质的水解。污污泥分解技术术能促进厌氧氧消化的原因因就在于，被被分解污泥的的细胞壁遭到到破坏，使得得细胞壁中的的易降解物质质泄漏出来，并并且能将难降降解的大分子子物质分解成成易降解的小小分子物质，从从而提高了水水解的速率。利用机械力(球球墨机或高压压泵)分解污泥，能能提高污泥厌厌氧消化的速速率，但设备备复杂，运行行成本极高（Dichttletal[2]];WeeemasaandVeerstatte[3]）。InWoookNaan等人[4]的实验验结果表明，经经过机械力处处理的污泥在在厌氧消化池池中的污泥停停留时间从13天降至6天，而VS去除率和产产气量基本维维持不变。A.Tieehm等人[5]利用超超声波分解污污泥，使得随随后的污泥厌厌氧消化效率率提高很多，污污泥挥发性固固体的降解率率由21.5%增加到33.7%。林志高等等人【6】的研究表明明，污泥经碱碱预处理后，厌厌氧消化效率率提高，基质质的去除率和和产气量增加加；加碱后，碱碱度会升高，但但不会对系统统内的pH值造成太大大的影响。A.SSchemiinski[[7]等人对对不同的污泥泥分解方式（臭臭氧氧化、超超声波分解、热热和化学方法法）的分解效效率进行了对对比研究,处理对象为为同样的厌氧氧消化污泥，比比较的指标是是有机碳释放放率和在随后后厌氧消化实实验中的挥发发性固体降解解率。就有机机碳释放率而而言，当臭氧氧投加量为0.2gO3/g干污泥时，有有机碳的释放放率达到40%；利用超声声波粉碎污泥泥细胞，有机机碳释放率达达到为10％；在90℃下热解30min时，有机碳碳释放率为15％，在134℃下热解30min时，有机碳碳释放率为30％；利用0.5mool/L的NaOH溶液进行碱碱性水解时，有有机碳释放率率为55％。在随后后厌氧消化实实验中，投加加臭氧的有机机物降解率为为42%，，用NaOH浓度为0.3mool/L处理过的污污泥的挥发性性固体降解率率能达到35％，而用浓浓度为0.5mool/LNNaOH处理过的污污泥的挥发性性固体降解率率仅能达到28％。比较几种不同同的污泥分解解方式，用NaOH碱解污泥能能达到最大的的有机碳释放放率，但碱解解后的污泥中中盐的浓度过过高，对厌氧氧消化有不利利影响；臭氧氧氧化处理过过的污泥在随随后的厌氧消消化实验中能能达到最大的的挥发性固体体降解率。臭氧氧化后污污泥性质的变变化臭氧是一种十分分活泼的氧化化剂，它可与与污泥中的化化合物发生反反应。为了确确定臭氧氧化化后污泥中的的三种主要成成分（蛋白质质、多聚糖和和脂类化合物物）的去向，A.Schheminsski[7]]等人对厌氧氧消化污泥投投加臭氧。在在投量为0.5gOO3/g干污泥时，污污泥中60％的固体有有机组分可以以被转化为可可溶解的物质质。其中污泥泥中的蛋白质质含量可以减减少90％，当臭氧氧与污泥反应应时，蛋白质质从被破坏的的细胞壁中泄泄漏放出来；；释放到污泥泥中的蛋白质质只能被瞬间间检测到，凝凝胶渗透色谱谱分析表明，被被污泥溶液稀稀释的蛋白质质又继续与臭臭氧发生反应应而被分解，由由于氧化分解解反应的速率率很高，因此此在氧化后的的污泥液中测测不出蛋白质质浓度的增加加。大约60％的多聚糖糖溶解进入污污泥液中并被被继续氧化，但但是由于氧化化速率很慢，可可以测出污泥泥液中多聚糖糖浓度的增加加量，而污泥泥中多聚糖浓浓度则随臭氧氧投量的增加加而减少。污污泥中的脂类类减少30％，臭氧与与不饱和脂肪肪酸进行直接接或间接反应应，形成可溶溶于水的短链链片段。当臭臭氧投量为0.38ggO3/g干污泥时，处处置前干污泥泥的蛋白质含含量为16％，处置后后蛋白质含量量为6％。用较低臭氧投量量（通常采用用的臭氧投量量）处理过的的污泥含有大大量羧酸，但但是90％的羧酸为为不挥发性的的，碳链长度度大于17（YasuiiandMiyajji）[8]。而臭臭氧投加量较较高时，能生生成碳酸，所所以此时尽管管PH值降低，但但是VFA值并不升高高。表1是是当臭氧投加加量是0.2gO3/gCOOD时污泥化学学特性的变化化情况，污泥泥样品取自城城市污水厂初初沉污泥和剩剩余污泥的混混合污泥。表1臭氧氧化化预处理（00.2gOO3/gCOOD）前后污泥特特性比较【9】预处理前预处理后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从表1可以看到到，污泥经臭臭氧（0.2gOO3/gCOD）氧化处理理后，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去除率可达64%，而VSS的分解率可可达72%；PH值下降；脱脱水性能恶化化。3臭氧氧化化与污泥厌氧氧消化的结合合方式及相关关研究消化罐消化罐臭氧装置进泥出泥图1臭氧氧氧化与厌氧消消化的结合方方式之一（1）对进泥进进行臭氧预处处理（工艺流流程见图1）比利时时的M.WEEEMAES等人【9】对消化罐全全部进泥采用用臭氧预处理理，研究其对对厌氧消化的的影响。污泥泥样品取自城城市污水厂初初沉污泥和剩剩余污泥的混混合污泥。4个污泥样品品中臭氧投加加量分别是0、0.055gO3/gCOOD、0.1gO3/gCOOD、0.2ggO3/gCOOD。将4种污泥样品品（各750ml）分别用250ml的厌氧污泥泥接种，进行行时间为30天的厌氧消消化实验。除除了污泥样品品（臭氧投量量0.2gOO3/gCOD）出现了3天的延迟产产气，其余3种污泥均立立即产气。臭臭氧投加量为为0.1ggO3/gCOD的污泥最终终产气量为未未经臭氧处理理的污泥的1.8倍,产气速率为为未经臭氧处处理的污泥的的2.2倍。臭氧投投量为0.2gOO3/gCOD的污泥不仅仅出现延迟产产气，而且对对污泥厌氧消消化性的提高高效果不明显显。出泥出泥进泥部分污泥臭氧装置消化罐图2臭氧氧氧化与厌氧消消化的结合方方式之二消化罐消化罐消化罐臭氧装置进泥出泥图3臭氧氧氧化与厌氧消消化的结合方方式之三（2）对消化污污泥进行厌氧氧氧化处理（工工艺流程见图图2或图3）由于污污泥中一部分分物质是很容容易被厌氧降降解的，直接接对污泥进行行臭氧分解，臭臭氧很可能会会被消耗在这这部分易降解解物质上。所所以可以让污污泥先进行一一定时间的厌厌氧消化，再再投加臭氧分分解其中难降降解物质和打打开污泥的细细胞壁，然后后将污泥循环环回消化罐继继续消化。A.SSchemiinski【7】等人对消化化过的污泥进进行了厌氧分分解（臭氧投投加量0.3gOO3/g干固体），污污泥中大约40％的有机碳碳被释放到污污泥水中，污污泥水中的DOC升高到了2300mmg/l；在随后的的厌氧消化实实验中污泥的的有机固体降降解率从11％提高到了37％，污泥水水中70％的DOC被降解。4经济可行行性分析从经济角度分析析，在污泥厌厌氧消化工艺艺中适当的结结合臭氧氧化化技术，是一一种非常有前前景的污泥处处理工艺。当当用空气制取取臭氧时，单单位臭氧的耗耗电量为17～22KWhh/kgO33，但污泥厌氧氧消化本身是是产生能源的的，所以整个个系统是有希希望达到一种种能量平衡的的。根据奥地地利VATEECHWAABAG公司的研究究结果[100]，该工艺艺能使污泥的的有机固体平平均降解率从从45％提高到65％，沼气产产量增加30～40％；减少1/3至1/4的厌氧消化化池容积，在在增加臭氧装装置后，投资资建设总费用用减少5％；节约加热热搅拌费用，与与常规的污泥泥厌氧消化相相比，运行费费用略少。若对于一个规模模为20，000m3/d的采用二级级生物处理的的城市污水厂厂，在污泥厌厌氧消化工艺艺中适当的结结合臭氧氧化化技术，臭氧氧投加负荷为为0.06ggO3/gCODD，总投加量19.2kkgO3/h。保守的估估计，臭氧的的投加能将污污泥在消化罐罐中的停留时时间从24天减少到18天，从而使使消化罐的容容积减少1/3，工程总投投资减少5％。当用空空气制取臭氧氧时，单位臭臭氧的耗电量量为17～22KWhh/kgO33，但据估计计利用产生的的沼气发电，能能满足整个污污水厂70%的用电量，再再加上消化罐罐容积减少带带来的加热搅搅拌费用的减减少，所以日日常的运行费费用也会略有有减少。污泥泥量的减少和和稳定程度的的提高还能减减少后续处理理的费用。参考文献：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林志高张守中.废弃活性污污泥加碱预处处理后厌氧消消化的试验研研究.给水排水,19977,23(11):10--157A.Sccheminnski,R.KruullanndD.CC.Hemppel.(22000)..Oxiddativeetreaatmenttofddigesttedseewagesludggewitthozoone.WaterrSc