超声处理后剩余污泥性质变化及分析.pdf

超声处理后剩余污泥性质变化及分析 ＊ 曹秀芹 陈 唐 臣 欧阳利 北京建筑工程学院城建系, 北京 100044 摘要 主要研究超声处理后剩余污泥性质的变化, 探讨了污泥上清液中SCOD、BOD、TN、TP 以及污泥耗氧速率 OUR 等 随超声时间和声能密度的变化, 尤其是对进一步的污泥处理处置的影响进行分析。 研究表明, 超声处理后的污泥结合 到污水处理工艺中可以实现污泥隐性生长而达到污泥减量的目的; 或者为污泥进一步处理处置提供了有利条件。 关键词 污泥上清液 污泥好氧速率 超声时间 声能密度 污泥处理处置 污泥减量 ＊北京市教育委员会科技发展项目 2002KJ064 1 引言 高的生物污泥产量是污水生物处理工艺存在的 弊端之一 。目前世界各国均针对污泥问题展开广泛 研究 。研究热点问题之一即是如何加速生物污泥的 分解, 以降低污泥处理处置的费用, 并减轻对环境造 成的二次污染。本研究为超声波技术对污泥的分解 作用以及经超声波处理后活性污泥性质的变化以及 对污泥进一步的处理处置的影响。 2 试验简介 在实验中超声波发生装置采用 881 型超声乳 化、强化处理 机, 反应器为 玻璃容器 有效 容积 250 mL , 试验装置如图 1 所示。试验用污泥取自高 碑店 污 水 处 理 厂 的 曝 气 池 , 其 浓 度 MLSS 2 517 mg L 。 研究中在其它实验条件保持一致的情况 下 即每次试验时超声探头所处的位置 、搅拌的速度 等保持一致 ,采用不同的超声时间和声能密度,主要 通过分析污泥上清液中各种组分的变化可以看出超 声波对细胞分解的程度; 并通过研究污泥好氧速率 OUR 的变化来分析污泥活性的变化情况 。 图 1 静态试验装置图 3 试验结果及分析 3. 1 污泥上清液SCODCr与 BOD5的变化 污泥经超声处理后, 污泥絮体被分解 ,絮体尺寸 变小, 同时不溶解的 COD 转变为溶解态 COD, 这从图 2 可以看出 。随着超声时间的延长,SCOD TCOD 的值 在逐渐提高 ,而且这种变化是非常明显的 。在没有超 声波作用 时, SCODCr TCODCr只有 0. 16, 但是 经过 30 min的超声处理后 ,SCODCr TCODCr提高到了 0. 7 左 右,最高达到了 0. 8。这样就为后续的污泥进一步处 理处置创造了有利的条件 。同时从图 2 也可以看出 声能密度对于溶解性 COD的提高不是很明显 。不论 是对于 1 min 的超声处理还是对于 30 min 的超声处 理,声能密度变化时 SCODCr TCODCr的提高都不是很 明显 ,所以从经济角度,使用较低的声能密度即可 。 图 2 SCODCr TCODCr随超声时间的变化 经超声波作用后污泥固态 COD 转变为溶解态 COD,这部分溶解态 COD 从图 3 可以看出其 BOD5 SCODCr的提高受超声时间的影响很大。经过 10 min 的超声处理 , BOD5 SCODCr由最初的 0. 03 提高到了 0. 40左右 , 约提高 12 倍 ,即意味着经过 10 min 的超 声处理后,SCODCr的可生物降解性能显著提高 。试验 结果表明, 超声波起到显著的溶胞作用。即经超声波 作用后 ,污泥分解, 细胞壁破裂 , 胞内物质释放, 同时 释放出的胞内物质进一步转化为可生物降解物质 ,因 84 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 图 3 BOD5 SCODCr随超声时间的变化 此,若使这种超声波处理后的污泥进一步排至生化反 应池中 ,与污水一起进行好氧处理, 这种胞内物质恰 好作为一种“自产底物”供微生物生长, 实现隐性生 长,使整个系统达到污泥减量的目的; 若排至污泥处 理系统进行厌氧消化 ,分解后的污泥大大加速污泥水 解过程 ,促进污泥厌氧消化进程, 而降低处理系统的 基建和运行费用 。 如果释放出的胞内物质没有进一步转化为可生 物降解物质, 微生物便不能利用这部分底物实现生 长,为此, 在理论上可能整个污水处理系统的污泥减 量效果更明显, 但是这部分底物会从系统的出水排出 并使出水水质出现不同程度的下降 。 3. 2 污泥上清液中氮、 磷的变化 随着污泥分解、胞内物质释放, 伴随 SCODCr的增 加,上清液中氮 、 磷浓度也发生显著变化 。图 4、5、6 描述了声能密度为 0. 5 W mL 时污泥上清液中氮、磷 的变化规律。 图 4 污泥上清液各种氮浓度随超声时间的变化 图5 污泥上清液TN 随超声时间的变化 从图 4 可以看出 ,氨氮随着超声时间的延长略有 提高 ,但变化不大 。有机氮变化较为显著 ,并有大幅 提高 ,这进一步说明超声波空化作用产生的剪切力使 细胞破碎释放出了胞内物质, 尤其是含氮化合物如蛋 白质和氨基酸的释放 。从硝态氮的变化规律可以看 出,硝态氮的增长也较快 ,说明超声波空化作用除引 起机械剪切力外 ,也产生一定数量的自由基 ,这种高 活性的自由基将一部分有机氮氧化为硝态氮 ,这是硝 态氮提高的直接原因 。 图 6 污泥上清液 TP 随超声时间的变化 图5、 6 分别反应污泥上清液中总氮 、 总磷的变化 规律 ,两者均有明显增加 。这是胞内物质释放的必然 结果 。但这部分污泥上清液如再返回污水处理系统, 尤其是以营养物去除为主要目标的处理系统 ,势必增 加处理的负担。 3. 3 污泥OUR的变化 超声波作用后 ,污泥絮体被粉碎 , 污泥活性也随 之变化 。如图 7 所示 ,污泥耗氧速率 OUR 不论在何 种声能密度下, 随着超声时间的增加都会经历一个峰 值,经过此峰值后迅速下降。造成这种现象的原因是 由于在开始短时间内超声波将污泥絮体打碎 ,尺寸变 小,污泥的比表面积增大 ,而此时细菌并没有死亡 ,所 以OUR有所提高 。在 5 min 后OUR达到峰值后迅速 降低 ,OUR 这种显著下降是由于细菌大量死亡引起 的。因此若为了达到污泥减量的目的但又保证处理 系统的效果 ,系统中超声波作用主要是针对系统正常 运行时拟排放的剩余污泥部分 。 图 7 OUR 随超声时间的变化 从图 7可以看出 ,超声波作用 20 min 后 OUR 降 低到比原污泥的还要低, 介于 0～ 0. 2 mg minL 之间, 此时1gMLSS耗氧速率值为0 ～ 3mg h , 而一般泥龄 85 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 为 25 d 的氧 化 沟 中, 1 g MLSS 耗 氧 速率 值 为 3～ 5 mg h, 可见污泥已经达到较好的稳定效果 。 4 结论 1 经超声处理后 ,污泥性质发生变化 ,污泥絮体 被分解, 胞内物质释放。污泥上清液中 SCOD、氮、磷 等大幅上升,同时胞内释放物质具有良好的生化降解 性能 ,这一方面为系统的污泥减量或污泥进一步处理 处置创造条件, 另一方面也可能给污水处理系统增加 氮、 磷负荷而影响出水水质。 2 超声处理后污泥活性发生变化, 污泥好氧速 率OUR随着超声时间的增加短时间内达到峰值, 然 后开始显著下降 。至 20 min 后 1 g MLSS 耗氧速率值 为 0 ～ 3 mg h。这一现象表明经超声作用不同时间 后,污泥先是被粉碎, 尺寸变小 , 比表面积加大 ,活性 增加 ; 继而污泥中的细胞被杀死,污泥活性显著降低, 污泥稳定化程度随之提高 。 3 从试验分析结果可以看出不同声能密度作用 下SCODCr TCODCr、 BOD5 SCODCr、 OUR影响区别不大, 所以从经济角度而言 ,使用较低的声能密度即可。 参考文献 1 C. P Chu etc . Observations On changes in ultrasonically treated waste- activated sludge. Water Research,2001. 35 4 1038～ 1046. 2 曹秀芹, 陈, 欧阳利, 唐臣. 剩余污泥的超声处理试验研究. 中国 给水排水, 2003. 19 130 58～ 60. 3 曹秀芹, 陈. 超声波技术在污泥处理中的研究及发展. 环境工程, 2002. 20 4 23～ 25. 4 王凯军, 王晓惠, 李宝林. 城市污水污泥稳定性问题和试验方法探 讨. 给水排水, 2002. 28 5 5～ 8. 5 Low E W, Chase H A.Reducing production of excess biomass during wastewater treatment . Water Research, 1999. 33 5 1119～ 1132. 作者通讯处 曹秀芹 100044 北京建筑工程学院城建系给水排水 教研室 电话 010 68322128 E -mail caoxiuqinbicea. edu. cn 2005- 03-10 收稿 热轧浊循环水处理的中试研究 唐卫军 首钢技术研究院资环所, 北京 100041 肖 波 杨家宽 华中科技大学环境学院, 武汉 430074 李增朴 首钢技术研究院资环所, 北京 100041 摘要 应用处理量 8 m3 h 的压紧式改性纤维球压力过滤器, 对某钢铁厂热轧浊循环水进行处理。 结果表明, 采用纤 维球过滤能有效的去除热轧浊循环水中的油类和悬浮物 SS, 过滤后的出水中油含量能降低到 1. 8～ 4. 5 mg L, 去除 率达到 84. 5, 悬浮物 SS 最高 9. 5 mg L, 平均 5. 04 mg L, 去除率达到 88. 77, 满足该厂要求热轧循环用水油含量 ≤5 mg L, 悬浮物≤10 mg L 的要求。 关键词 热轧 含油废水 纤维球滤料 悬浮物 1 引言 钢铁工业热轧浊循环水主要来自出炉辊道、 轧机 前后工作辊 、 四辊轧机、矫直机前辊 、分段剪后辊道、 矫直机矫直辊身冷却和高压水除鳞等冷却用水。其 中含有较多的润滑油脂 , 粗、细氧化铁皮 , 泥砂等杂 质。在运行过程中极易形成油泥堵塞管道,降低冷却 效果 ,导致滤料失效 。 某钢铁厂热轧水处理二次沉淀池设计处理水量 8 436 m 3 h, 进水悬浮物 ≤250 mg L , 出水 油含量 ≤ 20 mg L 、 悬浮物 ≤ 80 mg L , 目前 , 进入一次铁皮坑 的浊循环水含油超过了原设计值,造成二沉池入口含 油量偏高, 这样造成砂滤罐滤料板结 、 更换周期缩短。 在现有水处理工艺、设施 、 处理能力的基础上 ,要 提高供水水质难度大 ,主要存在以下几个问题 1 热 轧厂投产至今已 20 多 a, 设备状况较差, 特别是漏油 严重 ,回水中含油量大使水处理难以承受 ; 2 热轧厂 自投产以来 ,陆续进行了一系列的改造 , 生产能力逐 步扩大 ,但能源系统改造始终不能与主体厂同步进 86 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 precipitation with waste Zn-Mn dry battery, waste scrap iron and pyrolusite as raw materials. The results indicate that the leaching rates of Mn, Zn and Fe were 92. 02, 96. 14 and 98. 34, respectively at the condition of temperature 80～ 95℃, the rotate rate 120～ 180r min, and with the amount of H2SO4being 1. 2～ 1. 4 times of its theoretical consumption and the leaching time 3. 0～ 4. 0 h. The average contents of main elements in the co -precipitation powder are Fe 41. 41,Mn 13. 92 and Zn 4. 49, Fe∶ Zn∶ Mn69. 2∶ 23. 3∶ 7. 5, which can meet fully the demands on the preparation of PC30 ferrite. This study intends to provide a theoretical basis for the manufacture process of Mn-Zn ferrite powder; it is also having the important practical significance to the utilization of waste Zn -Mn dry battery. Keywords Zn -Mn waste dry battery; Mn -Zn ferrite co -precipitation powder and reuse of resource TREATMENT OF MEAT -PROCESSING WASTEWATER BY HYDROLYTIC ACIDIFICATION - BIOCONTACT OXIDATION -CHEMICAL PROCESSGu Lijian et al 82 Abstract Meat -processing wastewater is treated by hydrolytic acidification-biocontact oxidation -chemical process with dominant strains. The running results of an actual project show that the water quality of the effluent can meet the standard constantly. The process features less investment, lower cost of running and convenient management etc. Keywords slaughterhouse wastewater, dominant strain, hydrolysis, biocontact oxidation and chemicals CHARACTERISTIC CHANGE AND ANALYSIS OF EXCESS SLUDGE AFTER ULTRASONIC TREATMENTCao Xiuqin et al 84 Abstract Experimental study on characteristic change of excesssludge after ultrasonic treatment is carriedout. The SCOD, BOD, TN andTP in supernatant and OUR of sludge are changed with ultrasonic time and power levels. And the effect of this ultrasonication on sludge disposal is especially analysed. According to this study, either the sludge after ultrasonication is combined with the system of wastewater treatment to be as a new substrate for microbe, then the reduction of biomass will be achieved;or itwill create the good condition for disposal of this sludge. Keywords supernatant, aerobic rate of sludge, ultrasonic time, power level of sonication, sludge disposal and reduction of sludge PILOT STUDY ON TREATMANT OF TURBID CIRCULATION WATER FOR HOT -ROLLING Tang Weijun et al 86 Abstract Hot -rolling circulationwater in an iron and steel plant is treatd by pressure filter tank filling with modified fiber ball media. The pressure filter tank has a capacity of 8 m3 h to treat the water. The results show that this can remove oil and SS in hot-rolling circulation water effectively. The average treating efficiency of oil and SS is 84. 5 and 88. 77. Oil concentration of water can be decreased to 1. 8 ～ 4. 5 mg L, and SS to 1. 0～ 9. 5 mg L, which meet the needs of hot-rolling circulation water, whose oil concentration must be less than 5 mg L, and SS concentration less than 10 mg L. Keywords hot -rolling , oily wastewater, fiber ball media and SS RESEARCH ON TREATMENT OF PESTICIDE WASTEWATER BY Fe 2-H 2O2OXIDATION Wu Qimo et al 88 Abstract The of Fe2-H2O2has been widely adopting in disposing wastewater, especially it is difficult to be as usual, since it was established by Fenton. The way to pesticide wastewater treatment is mainly introduced, which can create a better condition for disposing such wastewater that can be bio -chemical degradation even more deeper. Finally, treatment of such wastewater synthetically is realized and environment pollution is also decreased. Keywords Fe2 -H2O2, oxidation and pesticide wastewater PRACTICE OF DIOXIN ZERO-DISCHARGE IN FLUE GAS FROM MSW INCINERATION Lu Gang 90 Abstract It is dicussed how to treat flue gasfrommunicipal solidwaste MSWincineration by coal andMSW mixed burning CFB. After its treatment by active -carbon adsorption, semi -dry FGD and FF systems, dioxin emission can almost reach to zero -discharge. Keywords MSW incineration, CFB, dioxin and zero -discharge Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E-mail Addresshjgc mail . yj. cn. net hjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 5,Oct. , 2005