研究臭氧化污泥回流對(duì)出水水質(zhì)及污泥性質(zhì)的影響
活性污泥法因其處理效果好、易管理等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用很廣泛的污水處理技術(shù)，但該技術(shù)在凈化污水的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥。據(jù)資料顯示，截至2018年6月底，全國(guó)污泥年產(chǎn)量已達(dá)到5000萬(wàn)t（含水率為80%），預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)的污泥年產(chǎn)量將達(dá)到6000~9000萬(wàn)t（含水率為80%）。如何實(shí)現(xiàn)污泥減量化，并降低污泥的外排體積，已經(jīng)成為了今后污水處理行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。
由于臭氧氧化污泥原位減量技術(shù)具有臭氧氧化的能力強(qiáng)、微生物細(xì)胞破解的效率高、反應(yīng)的副產(chǎn)物少、能改善污泥沉降性等特點(diǎn)，成為了研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。
本文從臭氧污泥原位減量化的技術(shù)原理著手，分析了臭氧氧化污泥原位減量的主要影響因素以及臭氧化污泥回流對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望，以期為污泥原位減量技術(shù)的工程應(yīng)用提供參考。
1、臭氧氧化污泥原位減量作用機(jī)理
臭氧氧化處理污泥的過(guò)程主要有污泥解絮、溶胞和礦化3個(gè)階段。
1.1 污泥解絮階段
臭氧投入初期，即污泥解絮階段，臭氧主要起到分散污泥絮體的作用。
污泥絮體是由胞外聚合物結(jié)合在一起的微生物聚集體，臭氧可能導(dǎo)致胞外聚合物發(fā)生破壞，從而使得微生物更容易被臭氧氧化，同時(shí)提高了污泥的可生物降解性。
1.2 溶胞階段
隨著臭氧的持續(xù)投入，進(jìn)入溶胞階段。該階段臭氧從菌膠團(tuán)外部開(kāi)始向內(nèi)逐漸進(jìn)行大面積溶胞，污泥開(kāi)始減量，其減量幅度能達(dá)到總減量的50%~70%，是減量的主要貢獻(xiàn)階段。
1.3 礦化階段
當(dāng)污泥體系中的微生物基本死亡時(shí)，臭氧的氧化目標(biāo)轉(zhuǎn)向上清液的溶出物，從而進(jìn)人礦化階段，開(kāi)始對(duì)溶出的有機(jī)物進(jìn)行礦化分解，約有1/3的污泥氧化成CO2、NO3、H20等無(wú)機(jī)物，從而使得污泥減量。
經(jīng)臭氧氧化后，污泥回流到生化系統(tǒng)中，系統(tǒng)微生物利用衰亡微生物溶解產(chǎn)物進(jìn)行隱形生長(zhǎng)，臭氧氧化污泥溶解-隱性生長(zhǎng)的連續(xù)循環(huán)導(dǎo)致了污泥的凈減少。
臭氧氧化污泥原位減量的原理如圖1所示。
臭氧氧化污泥的過(guò)程如圖2所示。
2、臭氧氧化對(duì)污泥減量化的影響因素分析
2.1 臭氧投加量
臭氧投加量是影響污泥減量化的主要因素。一般來(lái)說(shuō)，污泥減少量會(huì)在某個(gè)范圍內(nèi)（10~200mg0/gSS）與臭氧投加量成正比。
潘艷萍等人研究結(jié)果表明，在54mg0/gSS和80mg0/gSS2個(gè)臭氧投加量下，懸浮固體（SS）
減量率分別為36.5%和64.5%，揮發(fā)性懸浮固體（VSS）減量率分別為41.4%和70.8%，污泥減量效果明顯。
汪魯?shù)热送ㄟ^(guò)半連續(xù)式實(shí)驗(yàn)也得到了相似的結(jié)論，隨著臭氧投加量的增加（0~154mg0/gSS），污泥的細(xì)胞溶解率逐漸增大，由0增加到26%，污泥濃度（MLSS）逐漸減小。
然而，大量的細(xì)胞溶解并不是影響污泥減量的很重要的因素。在低臭氧投加量（11mg 0/g MLSS）下，雖然細(xì)胞溶解程度較輕（3%），仍有大量的大分子和營(yíng)養(yǎng)物釋放到上清液中。
王瑞民等人的研究結(jié)果也證明了這一觀點(diǎn)，即使臭氧投加量為10mgO/gMLSS時(shí)，仍可在保證化學(xué)需氧量（COD）和氨氮處理效果的基礎(chǔ)上，達(dá)到明顯的污泥減量效果。
臭氧投加量的增加，對(duì)污泥減量的促進(jìn)作用存在一個(gè)很佳值。當(dāng)達(dá)到很佳值時(shí)，繼續(xù)增加臭氧投加量，對(duì)污泥減量作用的提高不明顯，甚至可能會(huì)產(chǎn)生副作用。
分析認(rèn)為臭氧投加量過(guò)大，可能會(huì)生成抑制臭氧或自由基氧化的中間體和副產(chǎn)物，加大臭氧的消耗，削弱臭氧對(duì)溶胞階段釋出有機(jī)物的礦化作用。因此，通過(guò)提高臭氧投加量來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥減量是不可行的，必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定臭氧的很佳投加量。
2.2 臭氧投加方式
當(dāng)臭氧投加量相同時(shí)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整臭氧的投加方式，可以提高污泥的減量率。臭氧投加量由臭氧濃度、流量、接觸時(shí)間3個(gè)因素決定。
Semblante等人的研究顯示，當(dāng)臭氧投加量相同時(shí)，增加臭氧流量（350~940L/h）和降低臭氧濃度（50~150mg/L），可使污泥的上清液中COD升高50%（134~208mg/L），污泥溶胞明顯得到提升。所以，臭氧流量是影響臭氧進(jìn)行氣-液傳質(zhì)的重要因素。
史錦芳等人通過(guò)向污泥中通入臭氧進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著接觸時(shí)間的增加，污泥的溶胞效果得到了改善。反應(yīng)30min時(shí)，污泥的上清液中蛋白質(zhì)的濃度為56.3mg/L，是初始蛋白質(zhì)濃度的4.52倍。這說(shuō)明污泥減量受臭氧濃度、臭氧流量和反應(yīng)時(shí)間的影響。
因此，可以在過(guò)程中通過(guò)控制臭氧發(fā)生器的參數(shù)，以控制系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。
2.3 回流污泥中臭氧化污泥比例有學(xué)者認(rèn)為，臭氧化污泥回流量越大，污泥的減量效果越好。
李順將臭氧氧化后污泥回流至SBR反應(yīng)池的曝氣段，發(fā)現(xiàn)當(dāng)污泥回流量占剩余污泥量的50%、
65%和80%時(shí)，污泥產(chǎn)量分別降低了48.8%、
50.0%和75.6%，隨著污泥回流量的增加，污泥減量效果越好。
也有學(xué)者認(rèn)為污泥回流比存在很佳值。孟昭輝將臭氧氧化后污泥回流到A20系統(tǒng)，當(dāng)污泥的回流比為40%時(shí)，污泥的減量率為38.4%；當(dāng)污泥的回流比為60%時(shí)，污泥的減量效果很好，污泥的減量率達(dá)到47.0%。繼續(xù)增大污泥的回流比至80%
時(shí)，污泥減量率下降到44.7%。
臭氧化污泥在回流污泥中所占比例與回流比共同作用，也會(huì)對(duì)污泥減量產(chǎn)生影響。
Wang等人的研究顯示，將臭氧氧化污泥的比例從10%提高到20%，同時(shí)保持污泥回流比為1/3，使常規(guī)活性污泥的污泥產(chǎn)量降低了約8%。另一方面，將臭氧污泥的比例維持在20%，將污泥回流比從1/3提高到2/3，污泥產(chǎn)量減少了23%。
4、結(jié)論
盡管污泥臭氧減量技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)和市政污水處理廠有所應(yīng)用，對(duì)污泥臭氧減量化的原理也有了較為系統(tǒng)的闡述，但在相關(guān)的應(yīng)用和研究中仍存在一些問(wèn)題。
這些問(wèn)題主要集中在以下方面。
（1）臭氧用于污泥減量的過(guò)程中，反應(yīng)的影響因素還不能完全確定。
（2）對(duì)生化系統(tǒng)的影響存在不確定性，臭氧化污泥回流對(duì)污泥性質(zhì)和出水水質(zhì)造成的影響還不能完全得到控制。
（3）臭氧的利用率和氧化效率有待進(jìn)一步提升。
因此，研究臭氧氧化與其他技術(shù)耦合處理、臭氧投加方式的優(yōu)化、臭氧氧化效率的提高以及控制臭氧化污泥對(duì)生化系統(tǒng)的影響等將是今后的研究方向。
作者：劉艷芳12，高瑋23，婁曉月4，李功4，劉吳的4，李再興12
（1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050018；2.河北省污染防治生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊050018；3.河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北石家莊050018；4.天津市瑞德賽恩水業(yè)有限公司，天津300270）
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