污泥的性質(zhì)和成分相對(duì)于生活污水更復(fù)雜，受到污水以及處理方式等多因素的影響，剩余污泥處理處置不僅難度大，而且費(fèi)用較高(占污水總處理費(fèi)用的30%〜60%)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期存在“重污水處理，輕污泥處理處置”的傾向，進(jìn)而使得污泥處理處置技術(shù)發(fā)展滯后，嚴(yán)重落后于污水的處理技術(shù)囚。截至2019年2月底，全國(guó)設(shè)市城市累計(jì)建成污水處理廠5500多座，污水處理能力達(dá)2.04x109m3/d，年產(chǎn)生含水量80%的污泥5000多萬噸(不含工業(yè)污泥4000多萬噸)。大量剩余污泥的產(chǎn)生成為世界污水處理廠所必須面對(duì)的棘手問題，而我國(guó)這一問題更為嚴(yán)重。
目前，由于處理處置費(fèi)用高昂以及存在潛在的二次環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)的污泥處理與處置的可持續(xù)性差，人們開始由污泥的末端治理轉(zhuǎn)向源頭控制。近年來，作為源頭控制的污泥原位減量技術(shù)成了研究熱點(diǎn)。超聲波污泥減量的原理即是基于細(xì)胞粉碎后釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供微生物生長(zhǎng)，從源頭控制污泥減量的技術(shù)。本研究以城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥為研究對(duì)象，對(duì)超聲波污泥減量技術(shù)進(jìn)行工程應(yīng)用研究，以考察污泥減量效果及其對(duì)污水廠生化系統(tǒng)的影響。
一、試驗(yàn)裝置與方法
1.1 試驗(yàn)裝置
本研究所采用的超聲波污泥減量裝置如圖1所示，該裝置是由中國(guó)船舶第七一五研究所開發(fā)研制，主要由集裝箱、螺桿泵、切割機(jī)、超聲波處理設(shè)備、控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)組成。超聲波污泥減量裝置裝機(jī)功率15kW，處理污泥量1~5m3/h，污泥破壁率大于2%。
1.2 試驗(yàn)方法
以浙江金華某污水處理廠A區(qū)和B區(qū)兩條平行運(yùn)行的污水處理系統(tǒng)為比較對(duì)象。A區(qū)作為超聲組，部分剩余污泥經(jīng)超聲波作用后返回生化池A區(qū)缺氧段，工藝流程圖見圖2，B區(qū)作為對(duì)照組。通過比較A區(qū)與B區(qū)好氧池出水水質(zhì)，評(píng)價(jià)超聲波污泥減量對(duì)原生化系統(tǒng)的影響。通過比較試驗(yàn)前后污水廠污泥排放量，檢驗(yàn)超聲波污泥減量效果。
1.3 分析方法
污泥上清液COD、TN、TP：泥樣經(jīng)自然沉降12h，取上清液送樣至污水處理廠化驗(yàn)室，稀釋合適倍數(shù)，COD采用快速消解分光光度法檢測(cè)，TN、TP按照國(guó)標(biāo)方法檢測(cè)。
污泥含水率：由水分分析檢測(cè)儀檢測(cè)。
污泥產(chǎn)生量：取自污水處理廠日?qǐng)?bào)表。
二、結(jié)果與討論
2.1 超聲污泥處理后上清液水質(zhì)指標(biāo)的變化
分別取二沉池、濃縮池污泥進(jìn)行超聲波污泥處理預(yù)實(shí)驗(yàn)，超聲功率1kW，處理量0.25m3/h，經(jīng)超聲波處理后污泥上清液的主要水質(zhì)指標(biāo)變化見表E其中處理后2是一次重復(fù)試驗(yàn)。由表1可知，污泥經(jīng)過超聲波處理后，污泥上清液COD、TN、TP均有增加。說明超聲波處理污泥過程產(chǎn)生空化現(xiàn)象，能夠破解污泥中微生物的胞外聚合物、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)以及有機(jī)物殘?bào)w等。大部分超聲破解污泥的研究都發(fā)現(xiàn)污泥的超聲破解過程中有機(jī)物、氮、磷從污泥固相向液相轉(zhuǎn)變同。分析認(rèn)為超聲波對(duì)污泥的作用有三個(gè)方面：其一是將菌膠團(tuán)打散，使其中的可利用物質(zhì)暴露出來；其二是擊破微生物細(xì)胞，使其內(nèi)部物質(zhì)釋放出來，后者可作為碳源和催化劑；其三是將一些難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易降解物質(zhì)。
COD，TN、TP的釋放不但和能量輸入有關(guān)，也和污泥特性有關(guān)。由于濃縮池污泥濃度是二沉池的2~5倍，污泥有部分厭氧作用，變化更為明顯。經(jīng)過超聲波作用后，污泥上清液COD增加幅度差異最大，二沉池污泥增加約20mg/L，濃縮池污泥增加200mg/Lo很明顯，超聲處理濃縮池剩余污泥非常適用于污水處理廠進(jìn)行超聲波污泥減量工程。
2.2 超聲污泥減量對(duì)出水COD的影響
如圖3所示，超聲組與對(duì)照組生化池出水COD變化趨勢(shì)相同，經(jīng)計(jì)算，超聲組平均值為43.67mg/L，對(duì)照組平均值為43.59mg/L。超聲污泥減量對(duì)系統(tǒng)出水COD影響較小的原因：一是污泥經(jīng)超聲處理后，被束縛在微生物細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物被釋放出來，這些有機(jī)物屬于易降解的物質(zhì)，可以直接被微生物利用而降解；二是超聲波可以使大分子有機(jī)物分解成小分子，由不易被生物利用的有機(jī)物變?yōu)橐妆簧锢玫挠袡C(jī)物，有利于污水處理中去除難降解有機(jī)物冋；三是超聲處理過程中未被破碎的細(xì)胞也會(huì)參與對(duì)有機(jī)物COD的去除。基于以上原因，超聲波污泥減量不會(huì)影響系統(tǒng)岀水COD的變化。
2.3 超聲污泥減量對(duì)出水TN的影響
如圖4所示，超聲組與對(duì)照組生化池出水TN變化趨勢(shì)相同，超聲組平均值為9.66mg/L，對(duì)照組平均值為10.62mg/Lo超聲組出水總氮降低的原因可能是此時(shí)的進(jìn)水總氮濃度降低，而進(jìn)水COD濃度基本沒有變化，使得超聲組進(jìn)入缺氧池的碳氮比增加。由于在缺氧段，異養(yǎng)型兼性反硝化菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，反硝化菌利用污水中可降解的有機(jī)物作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體，將回流混合液中的硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮而釋放，從而達(dá)到脫氮的目的[隔。污水中的碳氮比高，則其中可降解有機(jī)物濃度就高，就可以為反硝化過程提供充足的碳源，促進(jìn)反硝化過程的進(jìn)行，脫氮效果就好。在超聲試驗(yàn)組工藝線的缺氧池投加破解污泥，作為碳源以供反硝化菌利用，雖然能提高去除率，但系統(tǒng)仍需要補(bǔ)充乙酸鈉作為碳源，才能滿足反硝化的要求。
2.4 超聲污泥減量對(duì)出水TP的影響
如圖5所示，超聲組與對(duì)照組生化池岀水TP變化趨勢(shì)一致，超聲組平均值為0.28mg/L，對(duì)照組平均值為0.25mg/Lo分析認(rèn)為，磷的去除主要是利用污泥當(dāng)中的聚磷菌微生物，能夠過量地從外部環(huán)境體系攝取磷，并將磷以聚磷酸鹽的形態(tài)貯藏在菌體內(nèi)，形成含磷較高污泥，排出系統(tǒng)外，從而達(dá)到除磷的目的。本研究出水TP影響不大的原因可能是由于超聲污泥回流過程中補(bǔ)充了聚磷菌與反硝化菌生長(zhǎng)所必須的碳源和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使聚磷菌成為優(yōu)勢(shì)菌，提高系統(tǒng)的除磷能力。但超聲污泥回流也會(huì)給系統(tǒng)增加更多的磷，使得污泥中增加的聚磷菌把投加超聲污泥中的磷吸收。超聲污泥減量過程把含磷污泥破碎又回到系統(tǒng)，如果回流比過高，使高磷污泥不能及時(shí)排出反應(yīng)器，從而增加了出水磷濃度。本研究超聲處理剩余污泥的比例為50%，出水均未超出城鎮(zhèn)污水處理廠一類A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
2.5 超聲污泥減量對(duì)污泥產(chǎn)量的影響
本研究試驗(yàn)污泥減量評(píng)價(jià)取上一年同期(即2018年9〜11月)與試驗(yàn)期間(即2019年9〜11月)進(jìn)行對(duì)比(表2)。有機(jī)負(fù)荷是生化產(chǎn)泥的最主要影響因素，通過有機(jī)負(fù)荷比例的修正會(huì)得到相對(duì)比較準(zhǔn)確的結(jié)果。污泥減量率RSP(%)采用如下公式計(jì)算：
式中，為當(dāng)年某期間污泥產(chǎn)量;購(gòu)是前一年同期間污泥產(chǎn)量；s為修正系數(shù)，是前一年同期有機(jī)負(fù)荷與當(dāng)年某期有機(jī)負(fù)荷比值。
本研究中，污水處理廠A區(qū)作為超聲污泥減量試驗(yàn)組，B區(qū)作為對(duì)照，共用污泥脫水系統(tǒng)，A區(qū)超聲組污泥減量率按系統(tǒng)修正減量率的2倍核算。根據(jù)表2的統(tǒng)計(jì)，2019年9〜11月，污水處理廠有機(jī)負(fù)荷為255t，污泥絕干量為114.5t；2018年同期，有機(jī)負(fù)荷184t，污泥絕干量為96.18to經(jīng)計(jì)算修正減量為14.1%，即超聲污泥減量組污泥減量28.2%。
三、結(jié)論
(1)剩余污泥經(jīng)過超聲波處理后，污泥上清液COD、TN、TP均有增加，濃縮池污泥更適合于超聲波污泥減量工程化應(yīng)用。
(2)超聲組與對(duì)照組生化池岀水COD、TN、TP變化趨勢(shì)相同，試驗(yàn)采用50%剩余污泥超聲回流，出水COD.TP略高于對(duì)照組，TN低于對(duì)照組1.0mg/L。超聲污泥減量的同時(shí)，可以為生化系統(tǒng)補(bǔ)充適量的碳源，提高系統(tǒng)脫氮能力。
(3)超聲波污泥減量系統(tǒng)運(yùn)行后，未對(duì)污水處理廠生化系造成影響，超聲波污泥減量28.2%。
(4)超聲波污泥減量不僅減少污泥的產(chǎn)生量，還可以解決污水脫氮除磷過程中碳源不足的問題，其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益顯著。（ >
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