超聲波—缺氧-好氧污泥減量化機(jī)理與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著城市污水處理量的進(jìn)一步增加，必將會(huì)產(chǎn)生更大量的生活污泥，生活污泥的有效處理與處置已成為城市污水處理廠急需解決的一大難題，研究開(kāi)發(fā)生活污泥處理新技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外環(huán)保界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。本文針對(duì)生活污泥處理中存在的問(wèn)題，有效利用超聲波的特性，將超聲波預(yù)處理技術(shù)與污泥缺氧/好氧消化工藝相結(jié)合，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試和中試試驗(yàn)研究，考察了超聲波預(yù)處理對(duì)污泥缺氧/好氧消化的影響；在此基礎(chǔ)上，研究了超聲波－缺氧/好氧消化工藝實(shí)現(xiàn)污泥減量化的機(jī)理；最后在廣

2、州某城市污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行了污泥超聲波－缺氧/好氧消化工藝示范工程的應(yīng)用研究。
　　 本文首先研究了超聲波溶胞前后對(duì)污泥理化和生化性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，聲能密度對(duì)超聲波預(yù)處理污泥效果影響最顯著，最佳的超聲預(yù)處理參數(shù)組合為：超聲頻率28kHz，聲能密度0.15W/mL，超聲時(shí)間10min。此外，研究還發(fā)現(xiàn)不同濃度的污泥，對(duì)應(yīng)的最佳超聲組合參數(shù)也有所不同。
　　 其次通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試和中試試驗(yàn)，研究了超聲波預(yù)處理對(duì)污泥缺

3、氧/好氧消化的影響。小試試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波－缺氧/好氧消化工藝最佳的停留時(shí)間為12d；中試試驗(yàn)結(jié)果表明，引入超聲處理后，大大縮短了污泥的穩(wěn)定時(shí)間，顯著提高了污泥的消化效率，污泥消化12d就已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，比對(duì)照污泥縮短了8d；經(jīng)過(guò)25d的消化后，TSS、VSS、TN的去除率分別達(dá)到38.32％，50.48％租40.5％，比對(duì)照污泥分別提高了6.72％，8.52％和4.69％。
　　 然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中試對(duì)比試驗(yàn)，研究了污泥超

4、聲波－缺氧/好氧消化對(duì)傳統(tǒng)好氧消化的比較優(yōu)勢(shì)。研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)25d的消化后，超聲波－缺氧/好氧消化污泥TSS和VSS的去除率分別達(dá)到了35.77％和50.02％，比好氧消化污泥分別提高了3.90％和8.99％；超聲波－缺氧/好氧消化污泥穩(wěn)定時(shí)間比好氧消化污泥縮短了近6d；超聲波－缺氧/好氧消化污泥的TN去除率為40.8％，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)好氧消化，并且超聲波－缺氧/好氧消化污泥上清液中氨氮和硝態(tài)氮濃度卻遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)好氧消化，因而降低了上清液

5、回流氨氮和硝態(tài)氮對(duì)污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷壓力。
　　 在工藝條件試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，利用生化分析法和分子生物學(xué)方法，從物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量的傳遞以及反應(yīng)器內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)的演替等方面闡述了超聲波－缺氧/好氧消化工藝實(shí)現(xiàn)污泥減量化機(jī)理。生化分析研究結(jié)果表明，超聲波加快了EPS和蛋白質(zhì)溶出，促進(jìn)了有機(jī)物降解，提高了蛋白酶與脫氫酶活性；同時(shí)超聲污泥ATP的含量比對(duì)照污泥要低，能量在超聲污泥中耗散的速度比對(duì)照污泥快，因此，超聲污泥的TSS和VSS降

6、解比對(duì)照污泥要快，超聲污泥的TSS和VSS去除率大于對(duì)照污泥。
　　 分子生物學(xué)的研究結(jié)果表明，在污泥超聲波－缺氧/好氧消化反應(yīng)器運(yùn)行期間，微生物群落結(jié)構(gòu)和氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生動(dòng)態(tài)演替。微生物群落結(jié)構(gòu)DGGE圖譜的優(yōu)勢(shì)菌種中，發(fā)現(xiàn)了4株在活性污泥消化過(guò)程中起著重要作用的芽孢桿菌(Bacillus)，它們加快了超聲污泥的TSS和VSS降解。氨氧化細(xì)菌DGGE圖譜的優(yōu)勢(shì)菌種中，發(fā)現(xiàn)了6株反硝化菌，它們對(duì)提高反應(yīng)器脫氮效率具有重要

7、作用，其中3株菌屬于假單胞桿菌屬(Pseudomonas)，1株菌屬于德氏食酸菌屬(Acidovorax)，2株菌屬于伯克氏菌屬(Burkholderia)。因此，超聲波促進(jìn)了硝化與反硝化作用，超聲污泥的TN去除率高。Real-time PCR結(jié)果表明，AOB數(shù)量先減少后增加，且AOB數(shù)量與氨氮的濃度有關(guān)，高濃度氨氮有助于AOB數(shù)量的增加。此外，AOB數(shù)量的增加可促進(jìn)氮去除率的提高。
　　 此外，還通過(guò)綠色熒光蛋白菌(GFP)表

8、征溶菌特性的手段，從細(xì)胞轉(zhuǎn)化的角度闡述了超聲波-缺氧/好氧消化的反應(yīng)機(jī)理。研究結(jié)果表明，超聲波-缺氧/好氧消化過(guò)程中的好氧期污泥上清液對(duì)熒光菌胞內(nèi)GFP的釋放具有明顯的促進(jìn)作用；該時(shí)期的污泥上清液具有顯著的溶菌作用，污泥上清液具有的溶菌活性可能主要來(lái)自于污泥胞外水解酶。
　　 在實(shí)驗(yàn)室工藝條件和機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，將超聲波-缺氧/好氧污泥消化工藝應(yīng)用于污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)，考察了該工藝的污泥減量化實(shí)際效果。工程連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月以上，污泥T

9、SS去除率和VSS去除率分別達(dá)到36％和50％，總氮的去除率達(dá)40％。污泥上清液中氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽和TP的含量較低，相應(yīng)的氮負(fù)荷和磷負(fù)荷也較低，回流返回的氮磷量不會(huì)影響污水處理廠出水水質(zhì)。超聲波-缺氧/好氧污泥消化費(fèi)用為0.324-0.389元/m3污水，比傳統(tǒng)好氧消化的要高，但其優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省占地面積，停留時(shí)間更短，處理效果更好。
　　 本研究結(jié)果為生活污泥超聲波-缺氧/好氧消化工藝技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐