脈沖放電強(qiáng)化臭氧污泥減量技術(shù)

　　化工生產(chǎn)廢水處理過程中產(chǎn)生一定量的生化污泥，被定義為危險(xiǎn)廢棄物，交給第三方有資質(zhì)的企業(yè)處理費(fèi)用高達(dá)每噸幾千元，這些污泥需要焚燒處置，為降低處置成本，需要實(shí)現(xiàn)污泥減量。國內(nèi)外關(guān)于生化污泥減量的有關(guān)研究指出，由于菌膠團(tuán)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定作用導(dǎo)致脫水困難，特別是細(xì)胞壁保護(hù)的原因很難把含水率降低到50%以下。本文提出一種利用脈沖放電強(qiáng)化臭氧處理污泥的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不僅可以極大降低含水率，而且可以破壞細(xì)胞壁，減少污泥中生物固體量，切實(shí)實(shí)現(xiàn)生化污泥減量。

　　1、脈沖放電強(qiáng)化臭氧處理污泥技術(shù)方案簡(jiǎn)介

　　1.1 臭氧氧化破解污泥技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　強(qiáng)化隱性生長(zhǎng)是可實(shí)現(xiàn)污泥減量的方式之一，其中要實(shí)現(xiàn)隱性生長(zhǎng)首先要對(duì)污泥進(jìn)行破解，污泥破解的方法有很多，如高溫溶解、超聲波處理、微波輻射、臭氧氧化、酸溶、堿溶、熱溶以及各方法的聯(lián)合使用等。臭氧氧化促進(jìn)污泥減量的技術(shù)是近年來受到廣泛關(guān)注的一種污泥減量技術(shù)，其最大優(yōu)點(diǎn)是破解污泥、污泥溶解效率高，氧化后的污泥混合液易于生物降解。

　　臭氧破解污泥過程如圖1所示。通過向污泥中投加臭氧，破環(huán)細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，將其氧化為細(xì)胞碎片，細(xì)胞破碎后，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、核酸)流出，進(jìn)而被降解，最終實(shí)現(xiàn)污泥減量。

　　臭氧處理污泥減量技術(shù)，盡管效果較好，但是存在明顯缺陷――處置費(fèi)用較高，需要研究降低處理費(fèi)用的新方法。借鑒臭氧污水處理技術(shù)的相關(guān)研究，需要降低臭氧發(fā)生器的電耗、提高氣相臭氧濃度、強(qiáng)化臭氧傳質(zhì)、催化臭氧反應(yīng)。受脈沖放電強(qiáng)化臭氧處理廢水的方法啟發(fā)，嘗試?yán)迷摲椒ㄟM(jìn)行處理污泥的實(shí)驗(yàn)研究。

　　1.2 高壓脈沖放電對(duì)污泥的作用

　　在水中高壓脈沖放電時(shí)，電極間存在較強(qiáng)的脈沖電場(chǎng)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊波、強(qiáng)烈的紫外輻射，這些效應(yīng)不僅強(qiáng)化臭氧的傳質(zhì)和反應(yīng)過程，也會(huì)影響、殺滅微生物細(xì)胞。有關(guān)研究指出，細(xì)胞膜受電場(chǎng)作用可被擊穿而產(chǎn)生電穿孔，隨脈沖放電強(qiáng)度增強(qiáng)和放電次數(shù)增多，穿孔越來越大，越來越多，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)會(huì)流出。

　　另一方面，污泥中的菌膠團(tuán)，是活性污泥絮體中的重要組成部分。污泥脫水困難的原因主要是污泥中菌膠團(tuán)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定作用，這些菌膠團(tuán)很難被機(jī)械作用破壞，而且污泥微生物細(xì)胞壁的剛性結(jié)構(gòu)阻礙了胞內(nèi)易降解物質(zhì)的釋放。但是，由于脈沖放電產(chǎn)生液電效應(yīng)，強(qiáng)烈的沖擊波脈沖產(chǎn)生巨大的剪切力，將污泥菌膠團(tuán)解體成小顆粒并釋放胞外聚合物。

　　因此，高壓脈沖放電技術(shù)處理污泥可以起到以下作用：①對(duì)微生物細(xì)胞事先破壁，使細(xì)胞內(nèi)的水流出;②打碎菌膠團(tuán)，使得污泥便于擠壓出水。

　　1.3 技術(shù)原理

　　首先，高壓脈沖放電技術(shù)通過細(xì)胞破壁及打碎菌膠團(tuán)實(shí)現(xiàn)污泥脫水，而臭氧氧化同樣能夠使得細(xì)菌細(xì)胞破碎，流失水分，從這方面講兩種技術(shù)機(jī)理相似;

　　其次，高壓脈沖放電過程能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成熱能、光能、力能以及聲能等多種形式的能量，這些能量對(duì)于細(xì)胞壁擊穿都具有顯著效果，而且細(xì)胞破壁后更易于實(shí)現(xiàn)臭氧的氧化。

　　因此為提高臭氧氧化污泥的效果，降低臭氧工藝的運(yùn)行成本，可以實(shí)現(xiàn)高壓脈沖放電技術(shù)與臭氧氧化技術(shù)協(xié)同處理污泥，實(shí)現(xiàn)減量。

　　2、脈沖放電強(qiáng)化臭氧污泥減量實(shí)驗(yàn)研究

　　2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖2，在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置電極，與脈沖功率電源相連接，污泥進(jìn)入反應(yīng)釜經(jīng)過處理后流出，臭氧同時(shí)通入反應(yīng)釜對(duì)污泥進(jìn)行聯(lián)合處理。

　　在反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生脈沖放電，強(qiáng)大的沖擊電流將產(chǎn)生液電效應(yīng)，在放電通道內(nèi)產(chǎn)生高能、高密度等離子體。沖擊電流將加熱放電通道的液體，導(dǎo)致放電通道受熱膨脹，產(chǎn)生的壓力可達(dá)百兆帕，如此巨大的壓力壓縮周圍液體形成強(qiáng)力沖擊波。

　　2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　液電效應(yīng)強(qiáng)化臭氧處理污泥，不同處理時(shí)間性狀不同。氣味由臭味在30min后變?yōu)闊o味，狀態(tài)由絮狀變?yōu)榧?xì)小顆粒的分散狀態(tài)，顏色由黑色逐漸變淺，沉降速率遞次變快。

　　由圖3看出，污泥溶液的COD呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，在反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí)達(dá)到最大值3002mg/L，之后緩慢降低。BOD5隨著臭氧投加量增加而增加，在反應(yīng)60min后基本穩(wěn)定在1000mg/L。隨著臭氧的投加，BOD5/COD由最初的0.27逐漸增加到接近0.5，污泥溶胞產(chǎn)物的可生化性變好。

　　由圖4可以看出，蛋白質(zhì)和多糖在溶液中的濃度在反應(yīng)前期快速上升，蛋白質(zhì)濃度在反應(yīng)60min時(shí)達(dá)到最高值931mg/L，之后呈緩慢下降。多糖在臭氧反應(yīng)60min時(shí)濃度達(dá)到最高1656mg/L，之后平緩降低。臭氧與污泥反應(yīng)過程中，先破壞污泥細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物流出，導(dǎo)致污泥溶液中蛋白質(zhì)和多糖濃度的上升。隨著溶液中有機(jī)物含量的提高，由于臭氧的氧化作用，蛋白質(zhì)和多糖濃度緩慢下降。

　　2.3 單獨(dú)臭氧處理的對(duì)比分析

　　在實(shí)驗(yàn)過程中，單獨(dú)投加臭氧進(jìn)行污泥減量時(shí)，反應(yīng)75min時(shí)，污泥減量48.5%;20kV放電強(qiáng)化條件下，臭氧反應(yīng)45min時(shí)，污泥減量47%，25kV放電強(qiáng)化條件下，污泥減量48.4%;由此可見，實(shí)現(xiàn)相同的減量時(shí)，采用脈沖放電強(qiáng)化對(duì)比單獨(dú)臭氧處理，時(shí)間明顯縮短，放電電壓適當(dāng)提高，效果更明顯。實(shí)際縮短，也就是臭氧的用量減少，在25kV放電強(qiáng)化條件下，達(dá)到同樣的減量效果，可節(jié)約臭氧40%。

　　3、總結(jié)與結(jié)論

　　脈沖放電強(qiáng)化臭氧處理污泥，可以實(shí)現(xiàn)減量，最大減量可接近50%;對(duì)比單獨(dú)臭氧處理，該方法可節(jié)約處理費(fèi)用40%;處理后污泥溶液的BOD5/COD升高，可生化性好，可作為碳源補(bǔ)充回生化池;能夠殺死、降解污泥中的致病菌等有毒有害物質(zhì)，即同時(shí)實(shí)現(xiàn)無害化處理。由此可見，這是一種非常有前途的污泥減量技術(shù)，需要加強(qiáng)有關(guān)工程化研究，早日投入實(shí)際應(yīng)用。(來源：濱海縣環(huán)境保護(hù)局頭罾分局，江蘇濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)沿海工業(yè)園)