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四大技術讓污泥減量,將成為趨勢!

2017/5/27 15:34:29      點擊:
    常規處理剩余污泥的方法是先通過濃縮脫水處理,再經過焚燒、衛生填埋和土地利用等方式對其進行最終處置。但傳統處置方式所需要的資金投入量過高,導致污水處理廠難堪重負。
    由于剩余污泥中含有有害化學物質、細菌、微生物、寄生蟲及重金屬等,處理不當會造成嚴重后果。所以無論是衛生填埋還是焚燒,都會遇到選址困難等問題,同時還存在二次污染的風險。污泥減量技術是解決城市污水剩余污泥問題的重要途徑之一。

      

基于解偶聯的污泥減量技術

    1、化學解偶聯劑
    化學解偶聯劑主要是使細胞膜對 H+ 的阻力降低,細胞膜內外質子濃度降低,進而使得細胞的ATP 合成效率下降,所生成的能量大部分用于產熱,不能有效的使細胞完成合成代謝過程,通過此方式使污泥產量降低。化學解偶聯法應用方便操作簡單,便于應用,只要在原有的工藝上配置加藥裝置即可 。
    主要的化學解偶聯劑 有 :2,4- 二 硝 基 苯 酚(DNP)、3,3',4',5- 四氯水楊酰苯胺(TCS)、2,4,5- 三氯苯酚 (TCP)、五氯苯酚 (PCP)、對硝基苯酚(pNP)、甲酚和氨基酸等。
    化學解偶聯法污泥減量技術優勢明顯,方便使用,但也存在著一些不足,如解偶聯劑的長期使用會使微生物產生馴化作用,失去解偶聯作用。一些解偶聯劑難于降解且含有毒性,加入后導致 COD 上升,并且解偶聯劑經濟成本較高,因此,此技術在實際應有上有一定局限性。

    2、高S0/X0條件下的解偶聯

    在高 S0/X0(化學需氧量 /生物量)值情況下,微生物在分解有機物時產生的 ATP 速率大于合成時消耗 ATP 的速率,引起兩者的解偶聯。目前對于此條件下的污泥減量機理有如下解釋:
    1)、在 S0/X0值高的情況下,跨膜電位降低,合成能量利用率下降;
    2)、高 S0/X0 條件下,微生物改變了原有的代謝途徑,發生了代謝解偶聯,合成代謝能力降低。雖然對高S0/X0 條件下的研究較為深入,但此項技術要求 S0/X0 值大于 8 的時候才能實現解偶聯,而實際污水廠中S0/X0 值一般為 0.01~0.13,因此高 S0/X0 條件下的解偶聯尚不能應用到實際生產中。
    3)、好氧 - 沉淀 - 厭氧工藝(OSA 工藝)
好氧 - 沉淀 - 厭氧(OSA)工藝是在常規活性污泥(CAS)工藝的污泥回流過程中設置一段厭氧處理設施,使微生物在好氧條件下合成的 ATP 在底物匱乏的厭氧環境下只能優先用于生命維持,幾乎沒有多余能量用于生物生長;當污泥再次回流到底物充足的好氧池中,微生物會開始大量的對有機底物進行氧化分解,所生成的能量不會立刻進行細胞物質的合成,而是優先用于合成 ATP 儲備,此過程有效地降低了污泥的增長速率。

    與傳統活性污泥(CAS)工藝對比,此工藝污泥產率降低了 20%~65%。此工藝在提高 COD和總 P 去除率的同時,有效地降低了污泥產生量,同時進一步加強了污泥沉降效果。

    OSA 工藝與其他減量技術相比優勢明顯,從工藝改造的方面看,只需在原有工藝的污泥回流過程中插入厭氧池即可,方便管理,且運行成本進一步較低。此外,OSA 工藝具有污泥產量低、無二次污染等特點。


基于隱性生長的污泥減量技術
    隱性生長是指微生物利用細胞溶解后所釋放的產物進行生長的方式。隱性生長過程需要完成 2 個步驟,首先運用相應手段作用于污泥實現溶胞過程,然后將處理后的污泥回流到生物反應器當中促進微生物隱性生長。最終導致污泥產率降低,有效緩解剩余污泥處理問題。此類技術達到預期效果的關鍵點是溶胞過程,目前效果較好的溶胞技術主要有臭氧氧化法、超聲波法等。
    1、臭氧氧化法
    臭氧是極活潑的氧化劑,溶于水后的臭氧氧化能力更強,臭氧對水中的化合物可以產生直接或間接的氧化作用,2種反應同時進行。在臭氧化的環境中,微生物的細胞壁、細胞膜首先受損而導致細胞新陳代謝受阻,臭氧進而穿透細胞膜,影響細胞通透性,最終細胞溶解、死亡。同時,污泥中不易水解的大分子類物質被臭氧氧化分解成可被微生物降解的可溶性的小分子物質。污泥經過臭氧處理后回流到曝氣池中,為微生物代謝分解,從而降低了污泥產量。
    在臭氧溶胞過程的同時,臭氧直接將 1/3 左右的污泥氧化成 CO2、NO3-、H2O 等無機物,進而提高污泥減量效果。
    臭氧處理法效果顯著,甚至能實現污泥零排放。日本的某一生活污水處理廠應用臭氧氧化技術處理污泥,通過近 1 年生產運行,幾乎無剩余污泥產生,實現真正意義的污泥“零排放”。
    污泥的原始濃度和臭氧濃度都對污泥的減量產生影響,隨著臭氧濃度的增加,污泥去除率逐漸升高并最終達到平穩,不再升高。臭氧氧化污泥減量法效果優越,有良好的開發前景。但也存在著臭氧生產投資相對較大、能耗大等缺點。目前國內外臭氧氧化法在應用方面尚處于起步階段,降低生產臭氧的能耗、臭氧投加量和提高水臭氧溶解度等是未來重點發展方向。
    2、超聲波法
    一定頻率的超聲波通過液體傳播時會產生空化作用,空化過程是空化泡的產生、運動和破滅的過程。空化氣泡破滅瞬間,周圍空間產生 5000K高溫、50 MPa 高壓并且產生很高的剪切力,從而破壞污泥絮體,溶解細胞并釋放出胞內物質。目前此項技術的研究重點是超聲波促進污泥減量的影響因素,提高污泥活性脫水性,以及強化好氧、厭氧消化效果。

    超聲波污泥減量處理技術在應用方面歐美國家起步較早,該技術在上世紀 90 年代就被德國和英國的很多大型的污水處理廠安裝并使用,在應用方面較為成熟。在國內,雖然近幾年在此技術上有大量的研究,但在應用領域尚處于起步階段。大量的研究無法與實踐相結合,研究全面但不夠深入,如在作用機理的研究深度方面上與國外差距較大。


基于微型動物捕食作用的污泥減量技術
    生活污水或者有機廢水的生物處理過程相當于一個人工構建的小型生態系統。除了細菌等微生物外,許多微型生物也存在于活性污泥中,如原生動物、后生動物等。其中,原生動物和后生動物在該生態系統食物鏈的最頂端,靠吞食微小生物為生,主要以細菌為主。能量從食物鏈底端進行傳遞,生態系統食物鏈越長,能量損失就越大,進而污泥產生量就越少。因此,通過這個原理就可以達到污泥減量的目的。

    微型動物捕食污泥減量工藝不僅具有運行費用低,能耗少,而且幾乎不產生副產品和無二次污染等特點,因此該工藝是綠色污泥減量技術的典型代表。但微型動物捕食污泥減量工藝對污水中總氮和總磷的去除效率不佳,因此同步脫氮除磷及污泥減量聯合技術是一個重要的研究發展方向。另外,該工藝在污泥減量過程中效率穩定性方面還有待進一步研究。


污泥減量技術發展趨勢
    綜合以上幾種技術,投加化學解偶聯劑方法相對成熟且效果較好,但也存在明顯的缺點。OSA 工藝應用成本較低,工藝簡單,耗能低,無二次污染,適合大型生產,其作用機理有待進一步明確。
    高 S0/X0條件下的解偶聯,要求條件苛刻,適合處理特殊廢水,不適合推廣使用。未來發展趨勢來看,基于隱性生長污泥減量技術潛力巨大,臭氧、超聲波技術處理效果顯著,但在應用方面依然面臨諸多難題,如生產臭氧能耗高,影響因素難以控制等。
因此應將研究重點放在多種污泥減量化技術和不同手段聯合的方向上,不同污泥減量化技術有機組合,形成優勢互補,充分發揮各自技術優點,從而實現經濟和環境效益的最優化。
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