臭氧對石化污水處理剩余污泥破解減量效應研究

唐梓陽+喬峰+陳慧+張毅

摘 要：通過不同臭氧投加量下剩余污泥破解試驗，研究臭氧破解對剩余污泥特性的影響。結果表明：隨著臭氧投氧化時間增加，污泥上清液中SCOD、濾餅含水率呈先上升后下降趨勢，在臭氧氧化時間為12h時，SCOD達到最高水平，為1918mg/L，濾餅含水率最低，只有52.2%；但污泥比阻隨著臭氧氧化時間延長呈先下降后上升趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最低，污泥比阻為1.15×1012m/Kg。

關鍵詞：臭氧；生物膜破解；減量；剩余污泥

BL公司SH車間污泥處理一直是困擾公司環境治理的老大難問題。其年剩余污泥總量達到3000t（100%干泥）。目前，脫水后的污泥含水率仍高達80%以上，降低剩余污泥含水率迫在眉睫。臭氧具有強殺傷力，它能夠滲入細胞壁從而破壞細菌有機體鏈狀結構導致細菌的死亡，溶出胞內物質（包括水分），減少污泥體積，臭氧氧化進行污泥破解由于其破解效率高、不產生有害副產品等特點受到越來越多學者的關注，被認為最有可能率先實現大規模工業化的污泥減量技術。

目前大多數試驗利用臭氧破解作用于曝氣池活性污泥或者回流污泥，通過污泥改性實現剩余污泥源頭減量。本試驗利用臭氧作用于剩余污泥，考察污泥性狀變化規律，實現石油化工廢水中含水率99%以上的剩余污泥經一次性常溫深度脫水降至含水率60%以下，可直接衛生填埋。

1 試驗裝置及分析方法

1.1 試驗裝置

污泥臭氧氧化試驗裝置如圖1所示，主要由純氧罐、臭氧發生器、攪拌器及反應器組成。純氧經流量計進入臭氧發生器，在高壓電場作用下產生臭氧，臭氧通過反應器底部的曝氣頭與活性污泥接觸反應，反應器頂部安裝調速攪拌器，以打碎反應過程中產生的泡沫。反應器采用有機玻璃制作，內徑19.8cm，外徑21.6cm，高84cm。

圖1 試驗裝置示意圖

1.2 試驗分析方法

SCOD：重鉻酸鉀法測定；MLSS、MLVSS、濾餅含水率：重量法測定；臭氧濃度：碘量法測定。

1.3 試驗原材料

試驗所用污泥取自SH車間濃縮池剩余污泥，含水率≥87%，MLSS范圍為105.0±20g/L，MLVSS范圍為55.0±10g/L。

2 結果與討論

2.1 臭氧破解對污泥上清液中SCOD的影響

污泥上清液中SCOD變化是表征污泥臭氧破解效果的重要指標，其隨臭氧投加量的變化情況如圖2所示。

圖2 臭氧投加量對污泥上清液中SCOD的影響

由圖2可以看出，隨著臭氧化臭氧投加量的增加，污泥上清液中SCOD呈上升趨勢，這是因為臭氧有很強的氧化性以及殺菌消毒能力。由于臭氧將污泥中的細菌殺死，細胞膜破裂，使得污泥中有機物含量增多，因此其SCOD的值也增加。但當臭氧氧化時間為12h時達到最大值，繼續增加臭氧投加量，SCOD呈下降趨勢，主要原因是過剩的臭氧將部分SCOD氧化分解。

2.2 臭氧破解對污泥比阻的影響

污泥的比阻（r）是評價污泥脫水性能好壞的重要指標。根據相關研究，比阻值大于l×1013m/Kg時為難易脫水污泥，比阻值小于l×1011m/Kg時為容易脫水污泥，比阻在（3.93～8.83）×1012m/Kg之間的屬脫水性能中等；1×1011～3.93×1012m/Kg之間屬比較容易脫水。

通過時間控制臭氧的投加量進行比阻試驗，得到實驗數據如表1所示。

表1 不同臭氧投加量對污泥比阻的影響

污泥比阻隨著臭氧投加量的增加先減小后又緩慢增加。在氧化臭氧氧化時間為12h時達到最低，此時的污泥比阻為1.15×1012m/Kg，將脫水難剩余污泥轉變成脫水比較容易的改性污泥；從比阻角度分析，在臭氧氧化時間為12h的情況下，能將污泥的脫水性能提高33倍多，大大改善了剩余污泥脫水性能。在臭氧氧化時間小于12h時，隨著投加量的增大比阻快速減小；當氧化時間大于12h時污泥比阻隨投加量進一步增加而隨之呈增大趨勢。這說明了最佳臭氧氧化時間為12h，在臭氧氧化時間小于12h區域內臭氧對污泥菌膠團胞外親水性有機膜層進行破解，到氧化時間在12h附近，達到最佳破解效果；隨后投加量富余，富余量對污泥顆粒有機大分子進行分解，打碎污泥顆粒，使得其粒徑大大減小，導致污泥比阻呈上升趨勢。

2.3 臭氧破解對污泥濾餅含水率的影響

不同臭氧投加量破解條件下，污泥濾餅含水率如表2所示。

表2 臭氧投加另對污泥濾餅含水率的影響

從表2中可知，開始時隨臭氧投加時間的延長，污泥濾餅的含水率逐漸降低，在臭氧處理時間為12h時，污泥脫水效果是較佳，濾餅含水率最低，為52.15%，相較于未處理的濾餅含水率68.9%下降了16.73個百分點。但從表1中也可看到臭氧投加量過大會導致污泥的含水率反而上升。這是因為臭氧投加量過大后會使污泥絮體變細，沉降性能變差，從而體現為濾餅的含水率上升。因此，臭氧投加量有一最佳值。

2.4 污泥形態分析

采用顯微鏡觀察發現剩余污泥菌膠團結構緊密，且有大量的原后生物，詳見圖3。對剩余污泥在氧化破膜前后的形態進行了電鏡掃描，結果如圖4。從圖4（a）可見，污泥在破解前菌膠體表面有一層類似粘狀物質將多個小顆粒連接包裹起來，形成了結構緊密較為完整的整體，這就導致了污泥中的毛細水、附著水和內部水難以用普通的壓濾方法脫除，從而最終使得污泥的濾餅含水率偏高[1]。經破解后，污泥整體包覆膜被打破，結構趨于疏散，細長而光滑，見圖4（b）。分析認為，由于臭氧對污泥菌團外層有機膜破壞，而對內的有機物分解很少。這說明了低臭氧投加量下，只破壞膜層結構和鍵能低的水合鍵，從而破壞了污泥的親水力，改善了污泥菌膠團脫水性能[2]。

（a）污泥外觀×50 （b）變形蟲屬×100

（c）鐘蟲屬×100 （d）纖毛蟲屬×100

圖3 剩余污泥顯微鏡觀察

3 結束語

3.1 由于臭氧的強氧化，活性污泥中的細菌被殺死分解，細胞膜破裂，使得污泥中有機物含量增多，因此隨著臭氧投加量的增加，SCOD的值逐漸增加，當臭氧氧化時間為12h時達到最大值。

3.2 臭氧破解對剩余污泥比阻有較大影響，污泥比阻呈先增加后下降的趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最低，污泥比阻為1.15×1012m/Kg。

3.3 臭氧破解后污泥濾餅含水率呈現下降后增加趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最小值，濾餅含水率為52.15%，相較于未處理的濾餅含水率68.9%下降了16.73個百分點。

參考文獻

[1]邱超，劉漢湖.臭氧破解對剩余污泥性質的影響[J].中國給水排水，2012，28（9）：89-91.

[2]趙玉鑫，尹軍.污泥臭氧氧化破解歷程研究[J].黑龍江大學自然科學學報，2010，27（6）：759-763.endprint

摘 要：通過不同臭氧投加量下剩余污泥破解試驗，研究臭氧破解對剩余污泥特性的影響。結果表明：隨著臭氧投氧化時間增加，污泥上清液中SCOD、濾餅含水率呈先上升后下降趨勢，在臭氧氧化時間為12h時，SCOD達到最高水平，為1918mg/L，濾餅含水率最低，只有52.2%；但污泥比阻隨著臭氧氧化時間延長呈先下降后上升趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最低，污泥比阻為1.15×1012m/Kg。

關鍵詞：臭氧；生物膜破解；減量；剩余污泥

BL公司SH車間污泥處理一直是困擾公司環境治理的老大難問題。其年剩余污泥總量達到3000t（100%干泥）。目前，脫水后的污泥含水率仍高達80%以上，降低剩余污泥含水率迫在眉睫。臭氧具有強殺傷力，它能夠滲入細胞壁從而破壞細菌有機體鏈狀結構導致細菌的死亡，溶出胞內物質（包括水分），減少污泥體積，臭氧氧化進行污泥破解由于其破解效率高、不產生有害副產品等特點受到越來越多學者的關注，被認為最有可能率先實現大規模工業化的污泥減量技術。

目前大多數試驗利用臭氧破解作用于曝氣池活性污泥或者回流污泥，通過污泥改性實現剩余污泥源頭減量。本試驗利用臭氧作用于剩余污泥，考察污泥性狀變化規律，實現石油化工廢水中含水率99%以上的剩余污泥經一次性常溫深度脫水降至含水率60%以下，可直接衛生填埋。

1 試驗裝置及分析方法

1.1 試驗裝置

污泥臭氧氧化試驗裝置如圖1所示，主要由純氧罐、臭氧發生器、攪拌器及反應器組成。純氧經流量計進入臭氧發生器，在高壓電場作用下產生臭氧，臭氧通過反應器底部的曝氣頭與活性污泥接觸反應，反應器頂部安裝調速攪拌器，以打碎反應過程中產生的泡沫。反應器采用有機玻璃制作，內徑19.8cm，外徑21.6cm，高84cm。

圖1 試驗裝置示意圖

1.2 試驗分析方法

SCOD：重鉻酸鉀法測定；MLSS、MLVSS、濾餅含水率：重量法測定；臭氧濃度：碘量法測定。

1.3 試驗原材料

試驗所用污泥取自SH車間濃縮池剩余污泥，含水率≥87%，MLSS范圍為105.0±20g/L，MLVSS范圍為55.0±10g/L。

2 結果與討論

2.1 臭氧破解對污泥上清液中SCOD的影響

污泥上清液中SCOD變化是表征污泥臭氧破解效果的重要指標，其隨臭氧投加量的變化情況如圖2所示。

圖2 臭氧投加量對污泥上清液中SCOD的影響

由圖2可以看出，隨著臭氧化臭氧投加量的增加，污泥上清液中SCOD呈上升趨勢，這是因為臭氧有很強的氧化性以及殺菌消毒能力。由于臭氧將污泥中的細菌殺死，細胞膜破裂，使得污泥中有機物含量增多，因此其SCOD的值也增加。但當臭氧氧化時間為12h時達到最大值，繼續增加臭氧投加量，SCOD呈下降趨勢，主要原因是過剩的臭氧將部分SCOD氧化分解。

2.2 臭氧破解對污泥比阻的影響

污泥的比阻（r）是評價污泥脫水性能好壞的重要指標。根據相關研究，比阻值大于l×1013m/Kg時為難易脫水污泥，比阻值小于l×1011m/Kg時為容易脫水污泥，比阻在（3.93～8.83）×1012m/Kg之間的屬脫水性能中等；1×1011～3.93×1012m/Kg之間屬比較容易脫水。

通過時間控制臭氧的投加量進行比阻試驗，得到實驗數據如表1所示。

表1 不同臭氧投加量對污泥比阻的影響

污泥比阻隨著臭氧投加量的增加先減小后又緩慢增加。在氧化臭氧氧化時間為12h時達到最低，此時的污泥比阻為1.15×1012m/Kg，將脫水難剩余污泥轉變成脫水比較容易的改性污泥；從比阻角度分析，在臭氧氧化時間為12h的情況下，能將污泥的脫水性能提高33倍多，大大改善了剩余污泥脫水性能。在臭氧氧化時間小于12h時，隨著投加量的增大比阻快速減小；當氧化時間大于12h時污泥比阻隨投加量進一步增加而隨之呈增大趨勢。這說明了最佳臭氧氧化時間為12h，在臭氧氧化時間小于12h區域內臭氧對污泥菌膠團胞外親水性有機膜層進行破解，到氧化時間在12h附近，達到最佳破解效果；隨后投加量富余，富余量對污泥顆粒有機大分子進行分解，打碎污泥顆粒，使得其粒徑大大減小，導致污泥比阻呈上升趨勢。

2.3 臭氧破解對污泥濾餅含水率的影響

不同臭氧投加量破解條件下，污泥濾餅含水率如表2所示。

表2 臭氧投加另對污泥濾餅含水率的影響

從表2中可知，開始時隨臭氧投加時間的延長，污泥濾餅的含水率逐漸降低，在臭氧處理時間為12h時，污泥脫水效果是較佳，濾餅含水率最低，為52.15%，相較于未處理的濾餅含水率68.9%下降了16.73個百分點。但從表1中也可看到臭氧投加量過大會導致污泥的含水率反而上升。這是因為臭氧投加量過大后會使污泥絮體變細，沉降性能變差，從而體現為濾餅的含水率上升。因此，臭氧投加量有一最佳值。

2.4 污泥形態分析

采用顯微鏡觀察發現剩余污泥菌膠團結構緊密，且有大量的原后生物，詳見圖3。對剩余污泥在氧化破膜前后的形態進行了電鏡掃描，結果如圖4。從圖4（a）可見，污泥在破解前菌膠體表面有一層類似粘狀物質將多個小顆粒連接包裹起來，形成了結構緊密較為完整的整體，這就導致了污泥中的毛細水、附著水和內部水難以用普通的壓濾方法脫除，從而最終使得污泥的濾餅含水率偏高[1]。經破解后，污泥整體包覆膜被打破，結構趨于疏散，細長而光滑，見圖4（b）。分析認為，由于臭氧對污泥菌團外層有機膜破壞，而對內的有機物分解很少。這說明了低臭氧投加量下，只破壞膜層結構和鍵能低的水合鍵，從而破壞了污泥的親水力，改善了污泥菌膠團脫水性能[2]。

（a）污泥外觀×50 （b）變形蟲屬×100

（c）鐘蟲屬×100 （d）纖毛蟲屬×100

圖3 剩余污泥顯微鏡觀察

3 結束語

3.1 由于臭氧的強氧化，活性污泥中的細菌被殺死分解，細胞膜破裂，使得污泥中有機物含量增多，因此隨著臭氧投加量的增加，SCOD的值逐漸增加，當臭氧氧化時間為12h時達到最大值。

3.2 臭氧破解對剩余污泥比阻有較大影響，污泥比阻呈先增加后下降的趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最低，污泥比阻為1.15×1012m/Kg。

3.3 臭氧破解后污泥濾餅含水率呈現下降后增加趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最小值，濾餅含水率為52.15%，相較于未處理的濾餅含水率68.9%下降了16.73個百分點。

參考文獻

[1]邱超，劉漢湖.臭氧破解對剩余污泥性質的影響[J].中國給水排水，2012，28（9）：89-91.

[2]趙玉鑫，尹軍.污泥臭氧氧化破解歷程研究[J].黑龍江大學自然科學學報，2010，27（6）：759-763.endprint

摘 要：通過不同臭氧投加量下剩余污泥破解試驗，研究臭氧破解對剩余污泥特性的影響。結果表明：隨著臭氧投氧化時間增加，污泥上清液中SCOD、濾餅含水率呈先上升后下降趨勢，在臭氧氧化時間為12h時，SCOD達到最高水平，為1918mg/L，濾餅含水率最低，只有52.2%；但污泥比阻隨著臭氧氧化時間延長呈先下降后上升趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最低，污泥比阻為1.15×1012m/Kg。

關鍵詞：臭氧；生物膜破解；減量；剩余污泥

BL公司SH車間污泥處理一直是困擾公司環境治理的老大難問題。其年剩余污泥總量達到3000t（100%干泥）。目前，脫水后的污泥含水率仍高達80%以上，降低剩余污泥含水率迫在眉睫。臭氧具有強殺傷力，它能夠滲入細胞壁從而破壞細菌有機體鏈狀結構導致細菌的死亡，溶出胞內物質（包括水分），減少污泥體積，臭氧氧化進行污泥破解由于其破解效率高、不產生有害副產品等特點受到越來越多學者的關注，被認為最有可能率先實現大規模工業化的污泥減量技術。

目前大多數試驗利用臭氧破解作用于曝氣池活性污泥或者回流污泥，通過污泥改性實現剩余污泥源頭減量。本試驗利用臭氧作用于剩余污泥，考察污泥性狀變化規律，實現石油化工廢水中含水率99%以上的剩余污泥經一次性常溫深度脫水降至含水率60%以下，可直接衛生填埋。

1 試驗裝置及分析方法

1.1 試驗裝置

污泥臭氧氧化試驗裝置如圖1所示，主要由純氧罐、臭氧發生器、攪拌器及反應器組成。純氧經流量計進入臭氧發生器，在高壓電場作用下產生臭氧，臭氧通過反應器底部的曝氣頭與活性污泥接觸反應，反應器頂部安裝調速攪拌器，以打碎反應過程中產生的泡沫。反應器采用有機玻璃制作，內徑19.8cm，外徑21.6cm，高84cm。

圖1 試驗裝置示意圖

1.2 試驗分析方法

SCOD：重鉻酸鉀法測定；MLSS、MLVSS、濾餅含水率：重量法測定；臭氧濃度：碘量法測定。

1.3 試驗原材料

試驗所用污泥取自SH車間濃縮池剩余污泥，含水率≥87%，MLSS范圍為105.0±20g/L，MLVSS范圍為55.0±10g/L。

2 結果與討論

2.1 臭氧破解對污泥上清液中SCOD的影響

污泥上清液中SCOD變化是表征污泥臭氧破解效果的重要指標，其隨臭氧投加量的變化情況如圖2所示。

圖2 臭氧投加量對污泥上清液中SCOD的影響

由圖2可以看出，隨著臭氧化臭氧投加量的增加，污泥上清液中SCOD呈上升趨勢，這是因為臭氧有很強的氧化性以及殺菌消毒能力。由于臭氧將污泥中的細菌殺死，細胞膜破裂，使得污泥中有機物含量增多，因此其SCOD的值也增加。但當臭氧氧化時間為12h時達到最大值，繼續增加臭氧投加量，SCOD呈下降趨勢，主要原因是過剩的臭氧將部分SCOD氧化分解。

2.2 臭氧破解對污泥比阻的影響

污泥的比阻（r）是評價污泥脫水性能好壞的重要指標。根據相關研究，比阻值大于l×1013m/Kg時為難易脫水污泥，比阻值小于l×1011m/Kg時為容易脫水污泥，比阻在（3.93～8.83）×1012m/Kg之間的屬脫水性能中等；1×1011～3.93×1012m/Kg之間屬比較容易脫水。

通過時間控制臭氧的投加量進行比阻試驗，得到實驗數據如表1所示。

表1 不同臭氧投加量對污泥比阻的影響

污泥比阻隨著臭氧投加量的增加先減小后又緩慢增加。在氧化臭氧氧化時間為12h時達到最低，此時的污泥比阻為1.15×1012m/Kg，將脫水難剩余污泥轉變成脫水比較容易的改性污泥；從比阻角度分析，在臭氧氧化時間為12h的情況下，能將污泥的脫水性能提高33倍多，大大改善了剩余污泥脫水性能。在臭氧氧化時間小于12h時，隨著投加量的增大比阻快速減小；當氧化時間大于12h時污泥比阻隨投加量進一步增加而隨之呈增大趨勢。這說明了最佳臭氧氧化時間為12h，在臭氧氧化時間小于12h區域內臭氧對污泥菌膠團胞外親水性有機膜層進行破解，到氧化時間在12h附近，達到最佳破解效果；隨后投加量富余，富余量對污泥顆粒有機大分子進行分解，打碎污泥顆粒，使得其粒徑大大減小，導致污泥比阻呈上升趨勢。

2.3 臭氧破解對污泥濾餅含水率的影響

不同臭氧投加量破解條件下，污泥濾餅含水率如表2所示。

表2 臭氧投加另對污泥濾餅含水率的影響

從表2中可知，開始時隨臭氧投加時間的延長，污泥濾餅的含水率逐漸降低，在臭氧處理時間為12h時，污泥脫水效果是較佳，濾餅含水率最低，為52.15%，相較于未處理的濾餅含水率68.9%下降了16.73個百分點。但從表1中也可看到臭氧投加量過大會導致污泥的含水率反而上升。這是因為臭氧投加量過大后會使污泥絮體變細，沉降性能變差，從而體現為濾餅的含水率上升。因此，臭氧投加量有一最佳值。

2.4 污泥形態分析

采用顯微鏡觀察發現剩余污泥菌膠團結構緊密，且有大量的原后生物，詳見圖3。對剩余污泥在氧化破膜前后的形態進行了電鏡掃描，結果如圖4。從圖4（a）可見，污泥在破解前菌膠體表面有一層類似粘狀物質將多個小顆粒連接包裹起來，形成了結構緊密較為完整的整體，這就導致了污泥中的毛細水、附著水和內部水難以用普通的壓濾方法脫除，從而最終使得污泥的濾餅含水率偏高[1]。經破解后，污泥整體包覆膜被打破，結構趨于疏散，細長而光滑，見圖4（b）。分析認為，由于臭氧對污泥菌團外層有機膜破壞，而對內的有機物分解很少。這說明了低臭氧投加量下，只破壞膜層結構和鍵能低的水合鍵，從而破壞了污泥的親水力，改善了污泥菌膠團脫水性能[2]。

（a）污泥外觀×50 （b）變形蟲屬×100

（c）鐘蟲屬×100 （d）纖毛蟲屬×100

圖3 剩余污泥顯微鏡觀察

3 結束語

3.1 由于臭氧的強氧化，活性污泥中的細菌被殺死分解，細胞膜破裂，使得污泥中有機物含量增多，因此隨著臭氧投加量的增加，SCOD的值逐漸增加，當臭氧氧化時間為12h時達到最大值。

3.2 臭氧破解對剩余污泥比阻有較大影響，污泥比阻呈先增加后下降的趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最低，污泥比阻為1.15×1012m/Kg。

3.3 臭氧破解后污泥濾餅含水率呈現下降后增加趨勢，在臭氧氧化時間為12h時達到最小值，濾餅含水率為52.15%，相較于未處理的濾餅含水率68.9%下降了16.73個百分點。

參考文獻

[1]邱超，劉漢湖.臭氧破解對剩余污泥性質的影響[J].中國給水排水，2012，28（9）：89-91.

[2]趙玉鑫，尹軍.污泥臭氧氧化破解歷程研究[J].黑龍江大學自然科學學報，2010，27（6）：759-763.endprint