四大技术让污泥减量,将成为趋势!

2017/5/27 15:34:29      点击:
    常规处理剩余污泥的方法是先通过浓缩脱水处理,再经过焚烧、卫生填埋和土地利用等方式对其进行最终处置。但传统处置方式所需要的资金投入量过高,导致污水处理厂难堪重负。
    由于剩余污泥中含有有害化学物质、细菌、微生物、寄生虫及重金属等,处理不当会造成严重后果。所以无论是卫生填埋还是焚烧,都会遇到选址困难等问题,同时还存在二次污染的风险。污泥减量技术是解决城市污水剩余污泥问题的重要途径之一。

      

基于解偶联的污泥减量技术

    1、化学解偶联剂
    化学解偶联剂主要是使细胞膜对 H+ 的阻力降低,细胞膜内外质子浓度降低,进而使得细胞的ATP 合成效率下降,所生成的能量大部分用于产热,不能有效的使细胞完成合成代谢过程,通过此方式使污泥产量降低。化学解偶联法应用方便操作简单,便于应用,只要在原有的工艺上配置加药装置即可 。
    主要的化学解偶联剂 有 :2,4- 二 硝 基 苯 酚(DNP)、3,3',4',5- 四氯水杨酰苯胺(TCS)、2,4,5- 三氯苯酚 (TCP)、五氯苯酚 (PCP)、对硝基苯酚(pNP)、甲酚和氨基酸等。
    化学解偶联法污泥减量技术优势明显,方便使用,但也存在着一些不足,如解偶联剂的长期使用会使微生物产生驯化作用,失去解偶联作用。一些解偶联剂难于降解且含有毒性,加入后导致 COD 上升,并且解偶联剂经济成本较高,因此,此技术在实际应有上有一定局限性。

    2、高S0/X0条件下的解偶联

    在高 S0/X0(化学需氧量 /生物量)值情况下,微生物在分解有机物时产生的 ATP 速率大于合成时消耗 ATP 的速率,引起两者的解偶联。目前对于此条件下的污泥减量机理有如下解释:
    1)、在 S0/X0值高的情况下,跨膜电位降低,合成能量利用率下降;
    2)、高 S0/X0 条件下,微生物改变了原有的代谢途径,发生了代谢解偶联,合成代谢能力降低。虽然对高S0/X0 条件下的研究较为深入,但此项技术要求 S0/X0 值大于 8 的时候才能实现解偶联,而实际污水厂中S0/X0 值一般为 0.01~0.13,因此高 S0/X0 条件下的解偶联尚不能应用到实际生产中。
    3)、好氧 - 沉淀 - 厌氧工艺(OSA 工艺)
好氧 - 沉淀 - 厌氧(OSA)工艺是在常规活性污泥(CAS)工艺的污泥回流过程中设置一段厌氧处理设施,使微生物在好氧条件下合成的 ATP 在底物匮乏的厌氧环境下只能优先用于生命维持,几乎没有多余能量用于生物生长;当污泥再次回流到底物充足的好氧池中,微生物会开始大量的对有机底物进行氧化分解,所生成的能量不会立刻进行细胞物质的合成,而是优先用于合成 ATP 储备,此过程有效地降低了污泥的增长速率。

    与传统活性污泥(CAS)工艺对比,此工艺污泥产率降低了 20%~65%。此工艺在提高 COD和总 P 去除率的同时,有效地降低了污泥产生量,同时进一步加强了污泥沉降效果。

    OSA 工艺与其他减量技术相比优势明显,从工艺改造的方面看,只需在原有工艺的污泥回流过程中插入厌氧池即可,方便管理,且运行成本进一步较低。此外,OSA 工艺具有污泥产量低、无二次污染等特点。


基于隐性生长的污泥减量技术
    隐性生长是指微生物利用细胞溶解后所释放的产物进行生长的方式。隐性生长过程需要完成 2 个步骤,首先运用相应手段作用于污泥实现溶胞过程,然后将处理后的污泥回流到生物反应器当中促进微生物隐性生长。最终导致污泥产率降低,有效缓解剩余污泥处理问题。此类技术达到预期效果的关键点是溶胞过程,目前效果较好的溶胞技术主要有臭氧氧化法、超声波法等。
    1、臭氧氧化法
    臭氧是极活泼的氧化剂,溶于水后的臭氧氧化能力更强,臭氧对水中的化合物可以产生直接或间接的氧化作用,2种反应同时进行。在臭氧化的环境中,微生物的细胞壁、细胞膜首先受损而导致细胞新陈代谢受阻,臭氧进而穿透细胞膜,影响细胞通透性,最终细胞溶解、死亡。同时,污泥中不易水解的大分子类物质被臭氧氧化分解成可被微生物降解的可溶性的小分子物质。污泥经过臭氧处理后回流到曝气池中,为微生物代谢分解,从而降低了污泥产量。
    在臭氧溶胞过程的同时,臭氧直接将 1/3 左右的污泥氧化成 CO2、NO3-、H2O 等无机物,进而提高污泥减量效果。
    臭氧处理法效果显著,甚至能实现污泥零排放。日本的某一生活污水处理厂应用臭氧氧化技术处理污泥,通过近 1 年生产运行,几乎无剩余污泥产生,实现真正意义的污泥“零排放”。
    污泥的原始浓度和臭氧浓度都对污泥的减量产生影响,随着臭氧浓度的增加,污泥去除率逐渐升高并最终达到平稳,不再升高。臭氧氧化污泥减量法效果优越,有良好的开发前景。但也存在着臭氧生产投资相对较大、能耗大等缺点。目前国内外臭氧氧化法在应用方面尚处于起步阶段,降低生产臭氧的能耗、臭氧投加量和提高水臭氧溶解度等是未来重点发展方向。
    2、超声波法
    一定频率的超声波通过液体传播时会产生空化作用,空化过程是空化泡的产生、运动和破灭的过程。空化气泡破灭瞬间,周围空间产生 5000K高温、50 MPa 高压并且产生很高的剪切力,从而破坏污泥絮体,溶解细胞并释放出胞内物质。目前此项技术的研究重点是超声波促进污泥减量的影响因素,提高污泥活性脱水性,以及强化好氧、厌氧消化效果。

    超声波污泥减量处理技术在应用方面欧美国家起步较早,该技术在上世纪 90 年代就被德国和英国的很多大型的污水处理厂安装并使用,在应用方面较为成熟。在国内,虽然近几年在此技术上有大量的研究,但在应用领域尚处于起步阶段。大量的研究无法与实践相结合,研究全面但不够深入,如在作用机理的研究深度方面上与国外差距较大。


基于微型动物捕食作用的污泥减量技术
    生活污水或者有机废水的生物处理过程相当于一个人工构建的小型生态系统。除了细菌等微生物外,许多微型生物也存在于活性污泥中,如原生动物、后生动物等。其中,原生动物和后生动物在该生态系统食物链的最顶端,靠吞食微小生物为生,主要以细菌为主。能量从食物链底端进行传递,生态系统食物链越长,能量损失就越大,进而污泥产生量就越少。因此,通过这个原理就可以达到污泥减量的目的。

    微型动物捕食污泥减量工艺不仅具有运行费用低,能耗少,而且几乎不产生副产品和无二次污染等特点,因此该工艺是绿色污泥减量技术的典型代表。但微型动物捕食污泥减量工艺对污水中总氮和总磷的去除效率不佳,因此同步脱氮除磷及污泥减量联合技术是一个重要的研究发展方向。另外,该工艺在污泥减量过程中效率稳定性方面还有待进一步研究。


污泥减量技术发展趋势
    综合以上几种技术,投加化学解偶联剂方法相对成熟且效果较好,但也存在明显的缺点。OSA 工艺应用成本较低,工艺简单,耗能低,无二次污染,适合大型生产,其作用机理有待进一步明确。
    高 S0/X0条件下的解偶联,要求条件苛刻,适合处理特殊废水,不适合推广使用。未来发展趋势来看,基于隐性生长污泥减量技术潜力巨大,臭氧、超声波技术处理效果显著,但在应用方面依然面临诸多难题,如生产臭氧能耗高,影响因素难以控制等。
因此应将研究重点放在多种污泥减量化技术和不同手段联合的方向上,不同污泥减量化技术有机组合,形成优势互补,充分发挥各自技术优点,从而实现经济和环境效益的最优化。