超聲波—缺氧-好氧污泥減量化機理與應用研究.pdf

1、隨著城市污水處理量的進一步增加，必將會產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，研究開發(fā)生活污泥處理新技術是目前國內外環(huán)保界關注的一個熱點。本文針對生活污泥處理中存在的問題，有效利用超聲波的特性，將超聲波預處理技術與污泥缺氧/好氧消化工藝相結合，通過實驗室小試和中試試驗研究，考察了超聲波預處理對污泥缺氧/好氧消化的影響；在此基礎上，研究了超聲波－缺氧/好氧消化工藝實現(xiàn)污泥減量化的機理；最后在廣

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

3、氧/好氧消化的影響。小試試驗結果表明，超聲波－缺氧/好氧消化工藝最佳的停留時間為12d；中試試驗結果表明，引入超聲處理后，大大縮短了污泥的穩(wěn)定時間，顯著提高了污泥的消化效率，污泥消化12d就已經達到了穩(wěn)定標準，比對照污泥縮短了8d；經過25d的消化后，TSS、VSS、TN的去除率分別達到38.32％，50.48％租40.5％，比對照污泥分別提高了6.72％，8.52％和4.69％。
　　 然后通過實驗室中試對比試驗，研究了污泥超

4、聲波－缺氧/好氧消化對傳統(tǒng)好氧消化的比較優(yōu)勢。研究結果表明，經過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)氮對污水處理系統(tǒng)的負荷壓力。
　　 在工藝條件試驗研究的基礎上，利用生化分析法和分子生物學方法，從物質轉化、能量的傳遞以及反應器內微生物群落結構的演替等方面闡述了超聲波－缺氧/好氧消化工藝實現(xiàn)污泥減量化機理。生化分析研究結果表明，超聲波加快了EPS和蛋白質溶出，促進了有機物降解，提高了蛋白酶與脫氫酶活性；同時超聲污泥ATP的含量比對照污泥要低，能量在超聲污泥中耗散的速度比對照污泥快，因此，超聲污泥的TSS和VSS降

6、解比對照污泥要快，超聲污泥的TSS和VSS去除率大于對照污泥。
　　 分子生物學的研究結果表明，在污泥超聲波－缺氧/好氧消化反應器運行期間，微生物群落結構和氨氧化細菌群落結構均發(fā)生動態(tài)演替。微生物群落結構DGGE圖譜的優(yōu)勢菌種中，發(fā)現(xiàn)了4株在活性污泥消化過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。氨氧化細菌DGGE圖譜的優(yōu)勢菌種中，發(fā)現(xiàn)了6株反硝化菌，它們對提高反應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，超聲波促進了硝化與反硝化作用，超聲污泥的TN去除率高。Real-time PCR結果表明，AOB數(shù)量先減少后增加，且AOB數(shù)量與氨氮的濃度有關，高濃度氨氮有助于AOB數(shù)量的增加。此外，AOB數(shù)量的增加可促進氮去除率的提高。
　　 此外，還通過綠色熒光蛋白菌(GFP)表

8、征溶菌特性的手段，從細胞轉化的角度闡述了超聲波-缺氧/好氧消化的反應機理。研究結果表明，超聲波-缺氧/好氧消化過程中的好氧期污泥上清液對熒光菌胞內GFP的釋放具有明顯的促進作用；該時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自于污泥胞外水解酶。
　　 在實驗室工藝條件和機理研究的基礎上，將超聲波-缺氧/好氧污泥消化工藝應用于污水處理廠現(xiàn)場，考察了該工藝的污泥減量化實際效果。工程連續(xù)運行3個月以上，污泥T

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