污泥减量化水处理技术的研究进展
摘 要: 针对污泥处理处置过程中的环境问题和经济问题,从基于微生物隐性生长、代谢解偶联、微型动物捕食和维持代谢等方面阐述了污泥减量化水处理技术的的研究进展,介绍了相关工艺的原理和特点,并指出了其研究的发展方向和应用前景。
关键词: 污泥减量; 隐性生长; 解偶联; 微型动物捕食; 维持代谢
传统的污泥处理是先经过浓缩、稳定脱水等预处理后,再进行土地利用、卫生填埋和焚烧等最终处置。但上述方法投资和运行费用巨大,约占污水厂总运行费用的40% ~65%。针对污泥处理过程中的环境问题和经济效益,20世纪90年代提出了剩余污泥减量化的概念。污泥减量化是使整个污水处理系统在保证污水处理效能的前提下,采用适当的物理、化学、生物等方法,使向外排放的生物量达到最少,从而实现从“源头”上减少污泥的产量。目前污泥减量化技术已经成为国内外的研究热点。
1 基于微生物隐性生长的污泥减量技术
微生物基于自身细胞溶解产物的生长方式称为隐性生长。整个过程包含了溶胞和生长,其中溶胞为限制步骤。因此,溶胞效率的提高能够导致污泥产量的减少。利用各种物理、化学等溶胞技术,使细菌能够迅速死亡并分解成为基质再次被其他细菌所利用,是污泥减量过程中广为应用的手段。
1·1 臭氧氧化污泥减量技术
臭氧是一种十分活泼的氧化剂,可与污泥中的化合物发生直接或间接反应。同时,臭氧还能氧化污泥中不易水解的大分子物质。臭氧氧化污泥减量是基于使部分活性污泥变成二氧化碳和水、部分溶解成可生物降解的有机物从而被生物降解,通过投加臭氧甚至能建立污泥零排放系统。为了减少剩余污泥的产量,Yasui等[1、2]把臭氧氧化引入到传统的活性污泥系统中,试验结果表明,部分回流污泥由臭氧氧化后回流到曝气池,可使剩余污泥量减少40% ~60%。金瑞洪等[3]利用SBR和污泥臭氧化及回流装置组成污水处理系统,当臭氧投加量为0. 05 gO3/gSS且污泥回流量为0. 4 L/(L·d)时,污泥表观产率可接近零,且系统对COD的去除率、污泥沉降性能未发生明显变化。Lee等[4]在低温下将活性污泥工艺和臭氧氧化工艺组合,通过优化臭氧氧化率和频率,在112 d内实现了污泥的“零排放”。
在传统的污泥减量系统中,污泥中的碳虽可以被臭氧氧化成CO2,但是氮和磷却因臭氧氧化作用而溶解在污泥上清液中,并在系统中积累,导致出水氮、磷浓度升高。针对这一问题,Dytczak等[5]将采用A/O—SBR工艺中的部分污泥经臭氧氧化后重新回流到系统中,并利用臭氧氧化污泥释放的额外碳使系统反硝化效率提高了60%。Saktaywin等[6]则针对系统中磷积累问题进行了积极探索,并开发出一个集污泥减量与磷回收于一体的新型污水处理系统,该系统包括传统的A/O除磷工艺、污泥臭氧化接触反应器和磷回收工艺等3个子系统;通过数学模拟,对该系统达到稳定运行时的各物质进行了物料平衡分析,证明该工艺是可行的,可在减少污泥量的同时实现磷的回收。
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