超聲波-臭氧破解污水處理剩余污泥技術淺析

劉惠萍，劉心中

（1.福建省環境保護產業協會，福州 350108；2.福建工程學院生態環境與城市建設學院，福州 350108）

超聲波-臭氧破解污水處理剩余污泥技術淺析

劉惠萍1，劉心中2

（1.福建省環境保護產業協會，福州 350108；2.福建工程學院生態環境與城市建設學院，福州 350108）

污水處理剩余污泥的處理與處置是我國和世界面臨的重要環境課題。文章簡介了一些污泥破解技術及其應用現狀，分析了該技術存在的問題，著重探討了超聲波-臭氧聯合破解污泥的初步研究，為解決污泥問題提供一條切實可行的新途徑，實現真正的低成本零污泥排放。

剩余污泥；超聲波；臭氧；破解

1 前言

隨著工業生產和城市化的發展，工業廢水與生活污水的排放量日益增多，與此相應以活性污泥為主流的污水處理過程中，污泥的產出量也迅速增加。大量積累的污泥，不僅占用土地，而且其中的有害成分如重金屬、病原菌、寄生蟲、有機污染物及臭氣等，都成為影響城市環境衛生的重要原因，如果處理不當，排放后會對環境造成嚴重的污染。本文簡介了一些污泥破解技術及其應用現狀，主要介紹了超聲波-臭氧聯合破解污泥的初步研究。

臭氧作為強氧化劑，廣泛用于飲用水和污水處理，近年來也成為污泥減量化的重要手段；然而臭氧的利用率低，運行成本較高，如何提高其利用率已成為研究熱點。近年來超聲波也因其低能耗、高效率的高級氧化特性成為污泥溶胞研究熱點。因此，對臭氧、超聲波這兩種具有代表性的溶胞工藝在污泥減量化方面的研究和探索，具有理論依據和應用前景。

2 污水處理剩余污泥破解技術的研究進展

污泥破解技術可以溶出胞內物質，增加水相中可降解有機物的含量，大大縮短污泥厭氧消化的時間，縮小厭氧消化池的體積，從而使操作管理簡單；污泥破解程度較大時，可以終止污泥中微生物的活性，使污泥不經厭氧消化，直接達到穩定化，破解后污泥量也可減少。可以看出，污泥破解利于污泥的穩定化、減量化。幾種污泥破解技術的原理及研究現狀簡介見下表。

以上的污泥破解技術中，化學方法需要投加大量藥劑，投加量控制復雜；加熱法易造成反應器的腐蝕，污泥量較大時，操作管理復雜；機械方法破解效果最好，但能耗較大，其中超聲波技術設備最為簡單，比較容易推廣。因此，本文主要研究超聲波-臭氧破解剩余污泥。

3 超聲波-臭氧破解剩余污泥

3.1 超聲波法破解污泥的原理

超聲波破解污泥的主要途徑有：1）水力剪切力的機械作用；2）進入空化氣泡的水蒸汽分子，在超聲作用下生成自由基H·和HO·；3）N2存在時，空化氣泡內的N2發生熱分解反應，生成自由基N·；4）O2存在時，空化氣泡內的O2發生熱分解反應，生成自由基O·；5）揮發性疏水物質的熱分解作用；6）在超聲波破解污泥過程中，污泥溫度升高，污泥微生物細胞升溫后，細胞膜中的受熱易分解的脂類溶解，使膜產生小孔，細胞內含物流出[3]，導致污泥破解，水相中溶解性化學需氧量（SCOD）增加。由于污泥中揮發性疏水物質含量甚微，所以可忽略第5種反應途徑。

幾種污泥主要破解技術的介紹

3.2 臭氧氧化法破解污泥的原理

臭氧（O3）是一種強氧化劑，具有較強的殺傷力，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，細胞溶解釋放有機物質到水中，而這些自產底物可重新被用于生物代謝，這樣部分有機碳的重復利用將會導致污泥產量的減少。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。

3.3 超聲波-臭氧破解剩余污泥的原理

根據以上對污泥破解技術的分析，結合超聲波破解污泥和臭氧破解污泥的優點，本文主要介紹超聲波-臭氧破解剩余污泥的新技術。黃慧、朱世云等人[6]研究了臭氧、超聲波及其組合工藝對剩余污泥的破解作用，考察了反應時間、臭氧流量、超聲功率對污泥破解效果的影響。研究表明：臭氧流量為7L/min時破解效果最好，反應40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分別比反應前提高了586%、178%、522%和1781%；超聲功率為800 W時破解效果最好，反應40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分別比反應前提高了812%、404%、286%和682%；在超聲波-臭氧聯合作用下，臭氧流量7 L/min、超聲功率800W下反應40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分別比反應前提高了925%、208%、815%和1946%。結果表明，超聲波能強化臭氧對污泥破解的效果。其實驗裝置如圖1、圖2、圖3。

聯合技術對污泥的破解效果大于單獨臭氧氧化降解效果。超聲波強化臭氧污泥破解效果主要是由于超聲波的空化和機械破解作用，一方面加強了O3的傳質速率和分解速率；另一方面促進了O3分解產生自由基，如羥基自由基，具有更強的氧化能力。

超聲波和臭氧聯合處理法增加了超聲波部分的費用，但明顯提高了臭氧的利用率，降低了臭氧單元的處理費用；同時達到同樣的破解效果，所需的處理時間縮短，因此處理成本比單獨臭氧處理有明顯優勢。

圖1 臭氧反應裝置

圖2 超聲波反應裝置

圖3 超聲波-臭氧反應裝置

4 結論

在臭氧和超聲波的作用下，不僅將污泥破解，而且將難降解的有機物氧化為易降解有機物，提高其可生化性。將破解的污泥回流到生物反應系統中，被微生物二次利用，可達到污泥減量的目的。

對于污泥破解技術的研究今后應主要集中在降低污泥處理成本，盡可能地提高污泥的破解率。另外，應該將現有的破解污泥的手段和其它技術優化組合形成低成本、操作穩定的集成技術，為解決污泥問題提供一條切實可行的新途徑，實現真正的低成本零污泥排放。

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Ultrasonic-ozone Solves Residual Sludge Technology in Sewage Treatment

LIU Hui-ping1,LIU Xin-zhong2
(1.Fujian Association of Environmental Protection Industry,Fuzhou 350108; 2.Institute of Eco-environment and Urban Construction of Fujian Engineering College,Fuzhou 350108,China)

The paper presents the solving technology of sludge and its application status; analyzes the existing problems of the technology; probes into the pilot study to solve the sludge by ultrasonic-ozone and provides a true and feasible new route to solve the sludge problems,and to realize the low cost and zero sludge discharge.

residual sludge; ultrasonic; ozone; solve

X703

B

1006-5377（2015）06-0055-03