超声能量对剩余活性污泥特性的影响研究

第*’卷第(期’(年(月环!!境!!科!!学+,-./0,1+,23456.+,6+-7;B*’$,7B(0C9B$’(超声能量对剩余活性污泥特性的影响研究冯新$邓金川’$李碧清$罗刚$雷恒毅*‘广州市污水治理有限责任公司$广州!)(%))’’‘仲恺农业工程学院$广州!)(’’)’*‘中山大学环境科学与工程学院$广州!)(’$)#摘要!采用从(a’%(((I\,IUb中的$个超声能量水平进行活性污泥的破解研究B结果表明$超声波能有效改变污泥特性$破坏污泥絮体结构和细胞壁$使污泥中固体物向液相转变$从而改变污泥的沉降性能和可生化性能B低能量超声波作用污泥时$污泥的沉降速度和上清液浊度能得到明显改善$(((I\,IUb的超声能量使污泥在E)FA8时的最大沉降速度较对照处理增加了&‘)&i(在’E:时的上清液浊度下降了E*‘)’i’而高能量超声波却显著恶化了污泥的沉降速度和上清液浊度$’%(((I\,IUb使污泥最大沉降速度较对照处理下降了*$‘(*i$而上清液浊度增加了(倍B随着超声能量的增加$污泥的颗粒大小显著下降$溶解性固体含量却显著增加$污泥的絮体簇分散现象越明显B污泥的这些特性变化直接依赖于应用的超声能量$并与超声能量具有显著相关性B结果表明$(((I\,IUb是改善污泥沉降性能和降低污泥上清液浊度的最优能量$也是破坏污泥絮体结构的最小能量B污泥的颗粒大小是影响沉降性能和上清液浊度的重要因素$最佳的颗粒大小能使沉降性能和上清液浊度达到最佳B关键词!剩余活性污泥’超声波’破解’污泥特性中图分类号!^$()!文献标识码!3!文章编号!(’)(D**(’(#(D*((ED($收稿日期#’((D’D(’修订日期#’(D()D基金项目#广东省科技计划项目’((%3*%$(’((#作者简介#冯新#$%a#$男$博士$工程师$主要研究方向为污泥处理处置$+DFGA;!R7L?M78K%*BC7F/11%7)+1;4)&E,+(’7/(%&9I+()0%-0E&E7)%&’,)’7,+1\E,)%7)’GE)%*4#*9%=+,Y^A8$_+,Y\A8DC:G8’$4.TADdA8U$4W0YG8U$4+.[@8UDA*‘YG8Ug:75@PGU@2L@G9F@8967B49?B$YG8Ug:7)(%))$6:A8G’’‘Z:78UIGAW8AS@LMA97R3ULAC;9L@G8?+8UA8@@LA8U$YG8Ug:7)(’’)$6:A8G’*‘5C:77;7R+8SAL78F@89G8?5CA@8C@$58XG9DM@8W8AS@LMA9$YG8Ug:7)(’$)$6:A8G#3,)&E7)!5@S@8;9LGM78AC@8@LU;@S@;MLG8UA8URL7F(97’%(((I\,IUbP@L@M@?97?AMA89@ULG9@@JC@MMM;?U@97A8S@M9AUG9@9:@C:G8U@MA8N:MACG;C:GLGC9@LAM9ACMB2:@L@M;9MA8?ACG9@?9:G99:@;9LGM78ACG9A78NL7C@MM?@M9L7MR;7CM9LC9L@$RGCA;A9G9@M9:@9LG8MR@L7RFG99@LA8979:@Gd@7MN:GM@$G8?QL@GIMNC@;;PG;;M$P:AC:RGCA;A9G9@?9:@AFNL7S@F@897RM@99;@GQA;A9G8?QA7?@ULG?GQA;A9B47P;9LGM78AC@8@LUA@MC7;?AFNL7S@9:@M@99;@GQA;A9G8?MN@L8G9G899LQA?A9Bf:@89:@@8@LU7R(((I\,IUbPGMGNN;A@?A8979:@M;?U@$9:@FGJAFG;M@99;A8US@;7CA97RM;?U@G9E)FA8PGMA8CL@GM@?Q&‘)&iG8?9:@MN@L8G9G899LQA?A9G9’E:PGM?@CL@GM@?QE*‘)’i$C7FNGL@?979:@C789L7;B[7P@S@L$:AU:;9LGM78AC@8@LUA@M?@9@LA7LG9@?9:@C:GLGC9@LAM9ACMB2:@FGJAFG;M@99;A8US@;7CA9PGML@?C@?Q*$‘(*iG8?9:@MN@L8G9G899LQA?A9PGMA8CL@GM@?Q(9AF@MA8C7FNGLAM78979:@C789L7;P:@89:@@8@LU?7M@7R’%(((I\,IUbPGMGNN;A@?BfA9:9:@A8CL@GM@MA8;9LGM78AC@8@LUA@M$9:@NGL9AC;@MAg@PGMMAU8ARACG89;?@CL@GM@?$9:@M7;Q;@M7;A?MA8CL@GM@?G8?9:@R;7CC;M9@LM?AMN@LM@?B2:@M@C:G8U@MA8M;?U@C:GLGC9@LAM9ACMP@L@?AL@C9;?@N@8?@89N789:@GF7897R;9LGM78AC@8@LUGNN;A@?B=L9:@LF7L@$9:@M@C:GLGC9@LAM9ACMC7LL@;G9@?MAU8ARACG89;979:@;9LGM78AC@8@LUB(((I\,IUbPGM9:@7N9AFG;@8@LU9:G9AFNL7S@?9:@M@99;@GQA;A9G8?9:@MN@L8G9G899LQA?A9$G8?9:G9?@M9LC9@?9:@R;7CM9LC9L@7RM;?U@B089:@79:@L:G8?$NGL9AC;@MAg@PGMG8AFN7L9G89RGC97LGRR@C9A8UM;?U@M@99;@GQA;A9G8?MN@L8G9G899LQA?A9B2:@7N9AFG;SG;@M;@?97Q@M9M@99;@GQA;A9G8?9LQA?A9BA%IJ+&*,!PGM9@GC9ASG9@?M;?U@’;9LGM78ACG9A78’?AMA89@ULG9A78’C:GLGC9@LAM9ACM!!废水生物处理过程中产生大量的剩余活性污泥$这些污泥的处理处置面临诸多技术问题$处理不当则极易产生二次污染B通常$剩余活性污泥的后端处理方式包括浓缩脱水(厌氧消化和回流至好氧处理系统进行生物再处理B活性污泥的性质和结构导致脱水困难和厌氧消化停留时间较长(消化池体体积庞大和甲烷产量较低等B研究表明)*$污泥的破解能有效地改善脱水性能和提高厌氧消化水解速率$增加甲烷产量$因而破解污泥结构及细胞壁$使污泥絮体结构发生变化$细胞内含物流出进入水相$变难降解的固体性物质为易降解的溶解性物质$对提高活性污泥的后段处理效率显得十分重要B目前$污泥破解技术包括各种处理方法$其中热解)’*(机械破解)**(超声)E*(臭氧氧化))*(酸化)%*(碱解)$*(碱与超声联合应用)&*均进行了研究报道B然而在这些处理方法中$超声和臭氧被认为是对环境无害的处理方法B最近的研究表明超声波是一种(期冯新等!超声能量对剩余活性污泥特性的影响研究破解污泥的有效而最经济)#*的技术手段$能够显著加速厌氧消化过程)(*(提高甲烷产量)$**和改善脱水性能)$’*B超声波处理污泥的目的主要集中在以下*点!一是利用超声波破解污泥物质结构中相当数量的微生物细胞壁$使细胞质和酶得以释放$胞内物质作为自产底物供微生物生长$即利用隐性生长的原理$从而提高生物系统的降解效率$减少系统的污泥产量’二是将被释放出来的细胞质作为补充碳源从厌氧段进入好氧系统$不但提高脱氮除磷的效果$而且为后段的好氧过程提供更多的碳源$使硝化和反硝化同时进行$提高整个生物系统去除60_的能力’三是将常规工艺中难降解的物质转化为易降解物质$提高生物降解率$减少剩余污泥量B各种超声因素对污泥性质的影响也得到研究$如频率)*(时间与密度)*$E*和功率))*$研究内容主要集中在超声时间和密度是如何影响污泥的60_和T0_等)$*$E*$而对超声能量影响活性污泥特性的研究报道较少B因而$本研究分析不同超声能量水平对活性污泥特性变化的影响$以寻求最优化的超声能量$改善污泥的沉降性能和可生化性能BKL材料与方法KOK!试验材料活性污泥取自广州市大坦沙污水处理厂$该厂采用3’D0活性污泥处理工艺$处理容量每天))万F*废水B取样点设在二沉池的回流管路上$采用敞口塑料桶装活性污泥后即刻转移至实验室并在使用前储藏于Es的塑料瓶中B污泥经充分混匀后进行超声处理$在短时间内完成各项性质指标测定$以避免污泥样品在长时间内发生细胞与絮体结构变化B污泥样品基本性质见表B表KL污泥基本性质#2GQ;@!6:GLGC9@LAM9ACM7R9:@A8A9AG;M;?U@MGFN;@N[总固体25#OFU,4b挥发性固体-5#OFU,4b总溶解性固体2_5#OFU,4b含水率Oi%‘%%E*$$j#&)))j&$E#Ej%#&‘)%j(‘(#数值为平均值j标准误KOM!试验方法KOMOK!超声装置!超声破解仪由广州可达超声仪器设备有限公司提供$该仪器由发生器(换能器及超声探头*部分组成$其中探头的钛合金圆柱体直径’(FF$长度*)FFB仪器工作频率’(I[g$可调功率)((a’(((fBKOMOM!污泥破解方法本研究采用从(a’%(((I\,IUb中的$个超声能量进行污泥破解研究$以分析超声能量对污泥破解效果的影响B将)((F4活性污泥置于(((F4烧杯中$超声波处理前充分混匀$然后将超声探头浸于污泥液面下(FF处)E*$通过调节作用时间向污泥输入不同的超声能量B超声能量定义为超声功率7#与作用时间#的乘积再除去污泥体积Q#与总固体浓度25(#的乘积$见式#B每超声能量处理重复*次$结果以平均值及标准误表示$采用5V55‘)‘(#分析各指标的相关性B另外$污泥破解过程中没有控制污泥温度和N[)%*BOM=7,Q,25(#KOMON!污泥特性测定将((F4超声波处理前后的污泥样品混匀置于口直径为’$FF的量筒中$记录一定时间内的污泥沉降高度计算污泥沉降速度M@99;A8US@;7CA9#B超声波处理前后污泥自由沉降’E:后$根据标准方法)$*分析污泥上清液浊度B污泥粒径大小采用45DN7N%激光粒度分析仪测定01+6公司$中国#$该仪器分析粒径范围为(‘’a’((F$累积体积分数及平均粒径自动计算显示B本研究测定的污泥粒径结果采用削减直径69_AGF@9@L#?N’)(?N)((?N$)及?N#(表示$其意义表示为相应体积分数的污泥颗粒数量的粒径大小B污泥总固体25#(挥发性固体-5#及总溶解性固体2_5#均用标准方法分析)$*B2_5增长率V2_5#定义为超声波处理前后污泥中的2_5差值与污泥原样中2_5的比值$见式’#B相似的定义方法也应用于上清液中的,[cED,(,0b*D,(蛋白质及碳水化合物BV2_5^#=2_55b2_55(2_55(t((i’#!!活性污泥超声波处理后$立即进行絮体结构观察B吸取约F4污泥样品$均匀分布于显微镜载玻片上$在,AI78+C;ANM@A)(上观察并拍照絮体结构B)((*环!!境!!科!!学*’卷ML结果与讨论MOK!污泥特性变化MOKOK!沉降速度在常规活性污泥控制中$污泥沉降速度5-#通常是衡量污泥沉降能力的重要指标$对控制污泥膨胀起重要的指示作用B过去的研究表明)&*$污泥沉降过程中的壁效应将影响沉降性能$但在同等条件下比较不同的5-时$这种效应是可以忽略的B图是超声能量对污泥沉降速度的影响B从图可知$污泥沉降速度在前:内迅速增加$E)FA8时的沉降速度达到最大$而后迅速下降B不同的超声能量产生不同的污泥沉降速度$)((I\,IUb和(((I\,IUb的超声能量作用污泥时$其沉降速度在E)FA8时分别为)‘%’FF,:和)$‘EEFF,:$较对照分别增加了%‘)%i和&‘)&iB因此