臭氧对石化污水处理剩余污泥破解减量效应研究
2014-09-29唐梓阳乔峰陈慧张毅
唐梓阳+乔峰+陈慧+张毅
摘 要：通过不同臭氧投加量下剩余污泥破解试验，研究臭氧破解对剩余污泥特性的影响。结果表明：随着臭氧投氧化时间增加，污泥上清液中SCOD、滤饼含水率呈先上升后下降趋势，在臭氧氧化时间为12h时，SCOD达到最高水平，为1918mg/L，滤饼含水率最低，只有52.2%；但污泥比阻随着臭氧氧化时间延长呈先下降后上升趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最低，污泥比阻为1.15×1012m/Kg。
关键词：臭氧；生物膜破解；减量；剩余污泥
BL公司SH车间污泥处理一直是困扰公司环境治理的老大难问题。其年剩余污泥总量达到3000t（100%干泥）。目前，脱水后的污泥含水率仍高达80%以上，降低剩余污泥含水率迫在眉睫。臭氧具有强杀伤力，它能够渗入细胞壁从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡，溶出胞内物质（包括水分），减少污泥体积，臭氧氧化进行污泥破解由于其破解效率高、不产生有害副产品等特点受到越来越多学者的关注，被认为最有可能率先实现大规模工业化的污泥减量技术。
目前大多数试验利用臭氧破解作用于曝气池活性污泥或者回流污泥，通过污泥改性实现剩余污泥源头减量。本试验利用臭氧作用于剩余污泥，考察污泥性状变化规律，实现石油化工废水中含水率99%以上的剩余污泥经一次性常温深度脱水降至含水率60%以下，可直接卫生填埋。
1 试验装置及分析方法
1.1 试验装置
污泥臭氧氧化试验装置如图1所示，主要由纯氧罐、臭氧发生器、搅拌器及反应器组成。纯氧经流量计进入臭氧发生器，在高压电场作用下产生臭氧，臭氧通过反应器底部的曝气头与活性污泥接触反应，反应器顶部安装调速搅拌器，以打碎反应过程中产生的泡沫。反应器采用有机玻璃制作，内径19.8cm，外径21.6cm，高84cm。
图1 试验装置示意图
1.2 试验分析方法
SCOD：重铬酸钾法测定；MLSS、MLVSS、滤饼含水率：重量法测定；臭氧浓度：碘量法测定。
1.3 试验原材料
试验所用污泥取自SH车间浓缩池剩余污泥，含水率≥87%，MLSS范围为105.0±20g/L，MLVSS范围为55.0±10g/L。
2 结果与讨论
2.1 臭氧破解对污泥上清液中SCOD的影响
污泥上清液中SCOD变化是表征污泥臭氧破解效果的重要指标，其随臭氧投加量的变化情况如图2所示。
图2 臭氧投加量对污泥上清液中SCOD的影响
由图2可以看出，随着臭氧化臭氧投加量的增加，污泥上清液中SCOD呈上升趋势，这是因为臭氧有很强的氧化性以及杀菌消毒能力。由于臭氧将污泥中的细菌杀死，细胞膜破裂，使得污泥中有机物含量增多，因此其SCOD的值也增加。但当臭氧氧化时间为12h时达到最大值，继续增加臭氧投加量，SCOD呈下降趋势，主要原因是过剩的臭氧将部分SCOD氧化分解。
2.2 臭氧破解对污泥比阻的影响
污泥的比阻（r）是评价污泥脱水性能好坏的重要指标。根据相关研究，比阻值大于l×1013m/Kg时为难易脱水污泥，比阻值小于l×1011m/Kg时为容易脱水污泥，比阻在（3.93～8.83）×1012m/Kg之间的属脱水性能中等；1×1011～3.93×1012m/Kg之间属比较容易脱水。
通过时间控制臭氧的投加量进行比阻试验，得到实验数据如表1所示。
表1 不同臭氧投加量对污泥比阻的影响
污泥比阻随着臭氧投加量的增加先减小后又缓慢增加。在氧化臭氧氧化时间为12h时达到最低，此时的污泥比阻为1.15×1012m/Kg，将脱水难剩余污泥转变成脱水比较容易的改性污泥；从比阻角度分析，在臭氧氧化时间为12h的情况下，能将污泥的脱水性能提高33倍多，大大改善了剩余污泥脱水性能。在臭氧氧化时间小于12h时，随着投加量的增大比阻快速减小；当氧化时间大于12h时污泥比阻随投加量进一步增加而随之呈增大趋势。这说明了最佳臭氧氧化时间为12h，在臭氧氧化时间小于12h区域内臭氧对污泥菌胶团胞外亲水性有机膜层进行破解，到氧化时间在12h附近，达到最佳破解效果；随后投加量富余，富余量对污泥颗粒有机大分子进行分解，打碎污泥颗粒，使得其粒径大大减小，导致污泥比阻呈上升趋势。
2.3 臭氧破解对污泥滤饼含水率的影响
不同臭氧投加量破解条件下，污泥滤饼含水率如表2所示。
表2 臭氧投加另对污泥滤饼含水率的影响
从表2中可知，开始时随臭氧投加时间的延长，污泥滤饼的含水率逐渐降低，在臭氧处理时间为12h时，污泥脱水效果是较佳，滤饼含水率最低，为52.15%，相较于未处理的滤饼含水率68.9%下降了16.73个百分点。但从表1中也可看到臭氧投加量过大会导致污泥的含水率反而上升。这是因为臭氧投加量过大后会使污泥絮体变细，沉降性能变差，从而体现为滤饼的含水率上升。因此，臭氧投加量有一最佳值。
2.4 污泥形态分析
采用显微镜观察发现剩余污泥菌胶团结构紧密，且有大量的原后生物，详见图3。对剩余污泥在氧化破膜前后的形态进行了电镜扫描，结果如图4。从图4（a）可见，污泥在破解前菌胶体表面有一层类似粘状物质将多个小颗粒连接包裹起来，形成了结构紧密较为完整的整体，这就导致了污泥中的毛细水、附着水和内部水难以用普通的压滤方法脱除，从而最终使得污泥的滤饼含水率偏高[1]。经破解后，污泥整体包覆膜被打破，结构趋于疏散，细长而光滑，见图4（b）。分析认为，由于臭氧对污泥菌团外层有机膜破坏，而对内的有机物分解很少。这说明了低臭氧投加量下，只破坏膜层结构和键能低的水合键，从而破坏了污泥的亲水力，改善了污泥菌胶团脱水性能[2]。
（a）污泥外观×50 （b）变形虫属×100
（c）钟虫属×100 （d）纤毛虫属×100
图3 剩余污泥显微镜观察
3 结束语
3.1 由于臭氧的强氧化，活性污泥中的细菌被杀死分解，细胞膜破裂，使得污泥中有机物含量增多，因此随着臭氧投加量的增加，SCOD的值逐渐增加，当臭氧氧化时间为12h时达到最大值。
3.2 臭氧破解对剩余污泥比阻有较大影响，污泥比阻呈先增加后下降的趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最低，污泥比阻为1.15×1012m/Kg。
3.3 臭氧破解后污泥滤饼含水率呈现下降后增加趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最小值，滤饼含水率为52.15%，相较于未处理的滤饼含水率68.9%下降了16.73个百分点。
参考文献
[1]邱超，刘汉湖.臭氧破解对剩余污泥性质的影响[J].中国给水排水，2012，28（9）：89-91.
[2]赵玉鑫，尹军.污泥臭氧氧化破解历程研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2010，27（6）：759-763.endprint
摘 要：通过不同臭氧投加量下剩余污泥破解试验，研究臭氧破解对剩余污泥特性的影响。结果表明：随着臭氧投氧化时间增加，污泥上清液中SCOD、滤饼含水率呈先上升后下降趋势，在臭氧氧化时间为12h时，SCOD达到最高水平，为1918mg/L，滤饼含水率最低，只有52.2%；但污泥比阻随着臭氧氧化时间延长呈先下降后上升趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最低，污泥比阻为1.15×1012m/Kg。
关键词：臭氧；生物膜破解；减量；剩余污泥
BL公司SH车间污泥处理一直是困扰公司环境治理的老大难问题。其年剩余污泥总量达到3000t（100%干泥）。目前，脱水后的污泥含水率仍高达80%以上，降低剩余污泥含水率迫在眉睫。臭氧具有强杀伤力，它能够渗入细胞壁从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡，溶出胞内物质（包括水分），减少污泥体积，臭氧氧化进行污泥破解由于其破解效率高、不产生有害副产品等特点受到越来越多学者的关注，被认为最有可能率先实现大规模工业化的污泥减量技术。
目前大多数试验利用臭氧破解作用于曝气池活性污泥或者回流污泥，通过污泥改性实现剩余污泥源头减量。本试验利用臭氧作用于剩余污泥，考察污泥性状变化规律，实现石油化工废水中含水率99%以上的剩余污泥经一次性常温深度脱水降至含水率60%以下，可直接卫生填埋。
1 试验装置及分析方法
1.1 试验装置
污泥臭氧氧化试验装置如图1所示，主要由纯氧罐、臭氧发生器、搅拌器及反应器组成。纯氧经流量计进入臭氧发生器，在高压电场作用下产生臭氧，臭氧通过反应器底部的曝气头与活性污泥接触反应，反应器顶部安装调速搅拌器，以打碎反应过程中产生的泡沫。反应器采用有机玻璃制作，内径19.8cm，外径21.6cm，高84cm。
图1 试验装置示意图
1.2 试验分析方法
SCOD：重铬酸钾法测定；MLSS、MLVSS、滤饼含水率：重量法测定；臭氧浓度：碘量法测定。
1.3 试验原材料
试验所用污泥取自SH车间浓缩池剩余污泥，含水率≥87%，MLSS范围为105.0±20g/L，MLVSS范围为55.0±10g/L。
2 结果与讨论
2.1 臭氧破解对污泥上清液中SCOD的影响
污泥上清液中SCOD变化是表征污泥臭氧破解效果的重要指标，其随臭氧投加量的变化情况如图2所示。
图2 臭氧投加量对污泥上清液中SCOD的影响
由图2可以看出，随着臭氧化臭氧投加量的增加，污泥上清液中SCOD呈上升趋势，这是因为臭氧有很强的氧化性以及杀菌消毒能力。由于臭氧将污泥中的细菌杀死，细胞膜破裂，使得污泥中有机物含量增多，因此其SCOD的值也增加。但当臭氧氧化时间为12h时达到最大值，继续增加臭氧投加量，SCOD呈下降趋势，主要原因是过剩的臭氧将部分SCOD氧化分解。
2.2 臭氧破解对污泥比阻的影响
污泥的比阻（r）是评价污泥脱水性能好坏的重要指标。根据相关研究，比阻值大于l×1013m/Kg时为难易脱水污泥，比阻值小于l×1011m/Kg时为容易脱水污泥，比阻在（3.93～8.83）×1012m/Kg之间的属脱水性能中等；1×1011～3.93×1012m/Kg之间属比较容易脱水。
通过时间控制臭氧的投加量进行比阻试验，得到实验数据如表1所示。
表1 不同臭氧投加量对污泥比阻的影响
污泥比阻随着臭氧投加量的增加先减小后又缓慢增加。在氧化臭氧氧化时间为12h时达到最低，此时的污泥比阻为1.15×1012m/Kg，将脱水难剩余污泥转变成脱水比较容易的改性污泥；从比阻角度分析，在臭氧氧化时间为12h的情况下，能将污泥的脱水性能提高33倍多，大大改善了剩余污泥脱水性能。在臭氧氧化时间小于12h时，随着投加量的增大比阻快速减小；当氧化时间大于12h时污泥比阻随投加量进一步增加而随之呈增大趋势。这说明了最佳臭氧氧化时间为12h，在臭氧氧化时间小于12h区域内臭氧对污泥菌胶团胞外亲水性有机膜层进行破解，到氧化时间在12h附近，达到最佳破解效果；随后投加量富余，富余量对污泥颗粒有机大分子进行分解，打碎污泥颗粒，使得其粒径大大减小，导致污泥比阻呈上升趋势。
2.3 臭氧破解对污泥滤饼含水率的影响
不同臭氧投加量破解条件下，污泥滤饼含水率如表2所示。
表2 臭氧投加另对污泥滤饼含水率的影响
从表2中可知，开始时随臭氧投加时间的延长，污泥滤饼的含水率逐渐降低，在臭氧处理时间为12h时，污泥脱水效果是较佳，滤饼含水率最低，为52.15%，相较于未处理的滤饼含水率68.9%下降了16.73个百分点。但从表1中也可看到臭氧投加量过大会导致污泥的含水率反而上升。这是因为臭氧投加量过大后会使污泥絮体变细，沉降性能变差，从而体现为滤饼的含水率上升。因此，臭氧投加量有一最佳值。
2.4 污泥形态分析
采用显微镜观察发现剩余污泥菌胶团结构紧密，且有大量的原后生物，详见图3。对剩余污泥在氧化破膜前后的形态进行了电镜扫描，结果如图4。从图4（a）可见，污泥在破解前菌胶体表面有一层类似粘状物质将多个小颗粒连接包裹起来，形成了结构紧密较为完整的整体，这就导致了污泥中的毛细水、附着水和内部水难以用普通的压滤方法脱除，从而最终使得污泥的滤饼含水率偏高[1]。经破解后，污泥整体包覆膜被打破，结构趋于疏散，细长而光滑，见图4（b）。分析认为，由于臭氧对污泥菌团外层有机膜破坏，而对内的有机物分解很少。这说明了低臭氧投加量下，只破坏膜层结构和键能低的水合键，从而破坏了污泥的亲水力，改善了污泥菌胶团脱水性能[2]。
（a）污泥外观×50 （b）变形虫属×100
（c）钟虫属×100 （d）纤毛虫属×100
图3 剩余污泥显微镜观察
3 结束语
3.1 由于臭氧的强氧化，活性污泥中的细菌被杀死分解，细胞膜破裂，使得污泥中有机物含量增多，因此随着臭氧投加量的增加，SCOD的值逐渐增加，当臭氧氧化时间为12h时达到最大值。
3.2 臭氧破解对剩余污泥比阻有较大影响，污泥比阻呈先增加后下降的趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最低，污泥比阻为1.15×1012m/Kg。
3.3 臭氧破解后污泥滤饼含水率呈现下降后增加趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最小值，滤饼含水率为52.15%，相较于未处理的滤饼含水率68.9%下降了16.73个百分点。
参考文献
[1]邱超，刘汉湖.臭氧破解对剩余污泥性质的影响[J].中国给水排水，2012，28（9）：89-91.
[2]赵玉鑫，尹军.污泥臭氧氧化破解历程研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2010，27（6）：759-763.endprint
摘 要：通过不同臭氧投加量下剩余污泥破解试验，研究臭氧破解对剩余污泥特性的影响。结果表明：随着臭氧投氧化时间增加，污泥上清液中SCOD、滤饼含水率呈先上升后下降趋势，在臭氧氧化时间为12h时，SCOD达到最高水平，为1918mg/L，滤饼含水率最低，只有52.2%；但污泥比阻随着臭氧氧化时间延长呈先下降后上升趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最低，污泥比阻为1.15×1012m/Kg。
关键词：臭氧；生物膜破解；减量；剩余污泥
BL公司SH车间污泥处理一直是困扰公司环境治理的老大难问题。其年剩余污泥总量达到3000t（100%干泥）。目前，脱水后的污泥含水率仍高达80%以上，降低剩余污泥含水率迫在眉睫。臭氧具有强杀伤力，它能够渗入细胞壁从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡，溶出胞内物质（包括水分），减少污泥体积，臭氧氧化进行污泥破解由于其破解效率高、不产生有害副产品等特点受到越来越多学者的关注，被认为最有可能率先实现大规模工业化的污泥减量技术。
目前大多数试验利用臭氧破解作用于曝气池活性污泥或者回流污泥，通过污泥改性实现剩余污泥源头减量。本试验利用臭氧作用于剩余污泥，考察污泥性状变化规律，实现石油化工废水中含水率99%以上的剩余污泥经一次性常温深度脱水降至含水率60%以下，可直接卫生填埋。
1 试验装置及分析方法
1.1 试验装置
污泥臭氧氧化试验装置如图1所示，主要由纯氧罐、臭氧发生器、搅拌器及反应器组成。纯氧经流量计进入臭氧发生器，在高压电场作用下产生臭氧，臭氧通过反应器底部的曝气头与活性污泥接触反应，反应器顶部安装调速搅拌器，以打碎反应过程中产生的泡沫。反应器采用有机玻璃制作，内径19.8cm，外径21.6cm，高84cm。
图1 试验装置示意图
1.2 试验分析方法
SCOD：重铬酸钾法测定；MLSS、MLVSS、滤饼含水率：重量法测定；臭氧浓度：碘量法测定。
1.3 试验原材料
试验所用污泥取自SH车间浓缩池剩余污泥，含水率≥87%，MLSS范围为105.0±20g/L，MLVSS范围为55.0±10g/L。
2 结果与讨论
2.1 臭氧破解对污泥上清液中SCOD的影响
污泥上清液中SCOD变化是表征污泥臭氧破解效果的重要指标，其随臭氧投加量的变化情况如图2所示。
图2 臭氧投加量对污泥上清液中SCOD的影响
由图2可以看出，随着臭氧化臭氧投加量的增加，污泥上清液中SCOD呈上升趋势，这是因为臭氧有很强的氧化性以及杀菌消毒能力。由于臭氧将污泥中的细菌杀死，细胞膜破裂，使得污泥中有机物含量增多，因此其SCOD的值也增加。但当臭氧氧化时间为12h时达到最大值，继续增加臭氧投加量，SCOD呈下降趋势，主要原因是过剩的臭氧将部分SCOD氧化分解。
2.2 臭氧破解对污泥比阻的影响
污泥的比阻（r）是评价污泥脱水性能好坏的重要指标。根据相关研究，比阻值大于l×1013m/Kg时为难易脱水污泥，比阻值小于l×1011m/Kg时为容易脱水污泥，比阻在（3.93～8.83）×1012m/Kg之间的属脱水性能中等；1×1011～3.93×1012m/Kg之间属比较容易脱水。
通过时间控制臭氧的投加量进行比阻试验，得到实验数据如表1所示。
表1 不同臭氧投加量对污泥比阻的影响
污泥比阻随着臭氧投加量的增加先减小后又缓慢增加。在氧化臭氧氧化时间为12h时达到最低，此时的污泥比阻为1.15×1012m/Kg，将脱水难剩余污泥转变成脱水比较容易的改性污泥；从比阻角度分析，在臭氧氧化时间为12h的情况下，能将污泥的脱水性能提高33倍多，大大改善了剩余污泥脱水性能。在臭氧氧化时间小于12h时，随着投加量的增大比阻快速减小；当氧化时间大于12h时污泥比阻随投加量进一步增加而随之呈增大趋势。这说明了最佳臭氧氧化时间为12h，在臭氧氧化时间小于12h区域内臭氧对污泥菌胶团胞外亲水性有机膜层进行破解，到氧化时间在12h附近，达到最佳破解效果；随后投加量富余，富余量对污泥颗粒有机大分子进行分解，打碎污泥颗粒，使得其粒径大大减小，导致污泥比阻呈上升趋势。
2.3 臭氧破解对污泥滤饼含水率的影响
不同臭氧投加量破解条件下，污泥滤饼含水率如表2所示。
表2 臭氧投加另对污泥滤饼含水率的影响
从表2中可知，开始时随臭氧投加时间的延长，污泥滤饼的含水率逐渐降低，在臭氧处理时间为12h时，污泥脱水效果是较佳，滤饼含水率最低，为52.15%，相较于未处理的滤饼含水率68.9%下降了16.73个百分点。但从表1中也可看到臭氧投加量过大会导致污泥的含水率反而上升。这是因为臭氧投加量过大后会使污泥絮体变细，沉降性能变差，从而体现为滤饼的含水率上升。因此，臭氧投加量有一最佳值。
2.4 污泥形态分析
采用显微镜观察发现剩余污泥菌胶团结构紧密，且有大量的原后生物，详见图3。对剩余污泥在氧化破膜前后的形态进行了电镜扫描，结果如图4。从图4（a）可见，污泥在破解前菌胶体表面有一层类似粘状物质将多个小颗粒连接包裹起来，形成了结构紧密较为完整的整体，这就导致了污泥中的毛细水、附着水和内部水难以用普通的压滤方法脱除，从而最终使得污泥的滤饼含水率偏高[1]。经破解后，污泥整体包覆膜被打破，结构趋于疏散，细长而光滑，见图4（b）。分析认为，由于臭氧对污泥菌团外层有机膜破坏，而对内的有机物分解很少。这说明了低臭氧投加量下，只破坏膜层结构和键能低的水合键，从而破坏了污泥的亲水力，改善了污泥菌胶团脱水性能[2]。
（a）污泥外观×50 （b）变形虫属×100
（c）钟虫属×100 （d）纤毛虫属×100
图3 剩余污泥显微镜观察
3 结束语
3.1 由于臭氧的强氧化，活性污泥中的细菌被杀死分解，细胞膜破裂，使得污泥中有机物含量增多，因此随着臭氧投加量的增加，SCOD的值逐渐增加，当臭氧氧化时间为12h时达到最大值。
3.2 臭氧破解对剩余污泥比阻有较大影响，污泥比阻呈先增加后下降的趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最低，污泥比阻为1.15×1012m/Kg。
3.3 臭氧破解后污泥滤饼含水率呈现下降后增加趋势，在臭氧氧化时间为12h时达到最小值，滤饼含水率为52.15%，相较于未处理的滤饼含水率68.9%下降了16.73个百分点。
参考文献
[1]邱超，刘汉湖.臭氧破解对剩余污泥性质的影响[J].中国给水排水，2012，28（9）：89-91.
[2]赵玉鑫，尹军.污泥臭氧氧化破解历程研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2010，27（6）：759-763.endprint
