超声破解对污泥特性的影响机制和零剩余污泥排放工艺的研究

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1、摘要利用超声波对剩余污泥进行破解，可以使污泥胞内外物质溶出进入水相，改变污泥特性，减少污泥固体量，既能促进后续污泥厌氧消化速率，提高生物气产率，也会影响污泥脱水性能，还有可能形成新的零剩余污泥排放处理工艺。本文利用低频(20kHz)探头式超声发生器，破解城市污水厂剩余污泥，研究超声波破解的若干基础理论问题。主要内容有超声破解污泥沥出液的溶出机制，破解后污泥脱水性能变化，并探索将剩余污泥破解后回流至曝气池进行隐性生长实现污泥零排放的可能性。试验结果表明，污泥经超声破解后，沥出液中溶解性COD值、蛋白质、多糖等物质大幅度增加。经试验分析，在本研究中，污泥微

2、生物胞外聚合物(EPS)以及沥出液成分以蛋白质为主。超声破解污泥的前5min，沥出液中蛋白质等物质的含量就超过EPS中对应物质含量。说明经5min的超声作用，不仅污泥絮体中EPS被破坏，而且胞内物质也开始沥出进入水相。应用响应曲面法(RSM)对试验结果进行综合分析得出的蛋白质、DNA变化的等高线可知，随声能密度增加以及时间延长，蛋白质、DNA溶出值增加。当破解时间小于15min时，蛋白质与DNA溶出值随时间增加而均匀增加，为线性溶出规律。当破解时间大于15min时，随时间延长，蛋白质、DNA溶出值增长变化率趋缓。在破解反应初期，污泥絮体解体的同时，其中

3、所含的ca抖、M矿也迅速溶出进入水相。超声破解污泥后，以污泥比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)表征的污泥脱水性能恶化。脱水性能恶化与生物胞内外聚合物的溶出关系密切，大量蛋白质、多糖等生物大分子聚合物进入水相，与水分子结合，提高了污泥的粘性，使污泥过滤性能下降。同时，细小的污泥絮体对水分子的吸附作用改变了污泥中的水分分布，导致污泥中自由水含量下降。虽然EPS被破坏，其挟持水分以及胞内水分均有进入水相，部分间隙水转化为自由水，但是细小污泥絮体颗粒的吸附作用更占优势，最终导致污泥脱水性能恶化。剩余污泥超声破解后重新回流入曝气池进行隐性生长，能实现污泥的零

4、排放。零剩余污泥排放工艺处理生活污水的试验经过lOld稳定运行，除了取样分析，基本没有外排剩余污泥。而对照组在此期间共排放干污泥454．59，其污泥产率为O．56(g污泥COD)／(gCOD)。剩余污泥破解液回流可使进水COD平均值提高约19％，进水易降解COD提高30％。在试验期间生活污水的ss值较低(20～69mg／L)，剩余污泥破解液回流仅使曝气池进水ss值增加了约18％。在进水COD为150～SOOmgn．，SS为20～70mg／L，曝气池污泥负荷为0．06～0．49kgCOD／(kgTS．d)的条件下，零剩余污泥排放工艺出水COD和sS分别为

5、40～90mg，L和O～11mg／L，仅比对照组高5％和20％。剩余污泥破解后回流并没有使曝气池混合液污泥浓度明显增加，但是长时间的运行后，零剩余泥排放系统内的污泥微生物活性有所降低，建议每隔一定时间，对其少量排泥，保证微生物活性。关键词：超声波剩余污泥沥出液胞外聚合物零泥排放ABSTRACTUltrasoundcanbeappliedtodisintegratethewasteactivatedsludge(WAS)，Sothatthesubstancesinsideandoutsidethecellsreleaseintotheliquidphas

6、e，thesludgecharacteristicsischangedandthequantityofsludgeisdecreased．Afterdisintegration，therateofsubsequentanaerobicdigestionandtheproductionrateofbiogasareimproved．Besidesthis，thedewaterabilityofsludgeischangedandnewzerosludgeproductionprocessmaybefound．Inthispaper,theprobetyp

7、eultrasonicreactorwithlowfrequencyisappliedtodisintegratethesludgefromwastewatertreatmentplant．Andthefundamentalresearchiscarriedout．Themaincontentisasfollowing：thesolutionmechanismofreleasedliquidfromultrasonicwasteactivatedsludgedisintegration；thechangeofsludgedewaterabilitybe

8、foreandafterdisintegration；thepossibilityofrecy