劉惠萍，劉心中

（1.福建省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會，福州 350108；2.福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福州 350108）

超聲波-臭氧破解污水處理剩余污泥技術(shù)淺析

劉惠萍1，劉心中2

（1.福建省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會，福州 350108；2.福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)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(huán)境課題。文章簡介了一些污泥破解技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了該技術(shù)存在的問題，著重探討了超聲波-臭氧聯(lián)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(xiàn)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(yè)生產(chǎn)和城市化的發(fā)展，工業(yè)廢水與生活污水的排放量日益增多，與此相應(yīng)以活性污泥為主流的污水處理過程中，污泥的產(chǎn)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(jī)污染物及臭氣等，都成為影響城市環(huán)境衛(wèi)生的重要原因，如果處理不當(dāng)，排放后會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。本文簡介了一些污泥破解技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，主要介紹了超聲波-臭氧聯(lián)合破解污泥的初步研究。

臭氧作為強(qiáng)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(yùn)行成本較高，如何提高其利用率已成為研究熱點(diǎn)。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(diǎn)。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(jù)和應(yīng)用前景。

2 污水處理剩余污泥破解技術(shù)的研究進(jìn)展

污泥破解技術(shù)可以溶出胞內(nèi)物質(zhì)，增加水相中可降解有機(jī)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(jīng)厭氧消化，直接達(dá)到穩(wěn)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(wěn)定化、減量化。幾種污泥破解技術(shù)的原理及研究現(xiàn)狀簡介見下表。

以上的污泥破解技術(shù)中，化學(xué)方法需要投加大量藥劑，投加量控制復(fù)雜；加熱法易造成反應(yīng)器的腐蝕，污泥量較大時，操作管理復(fù)雜；機(jī)械方法破解效果最好，但能耗較大，其中超聲波技術(shù)設(shè)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(jī)械作用；2）進(jìn)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(nèi)的N2發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成自由基N·；4）O2存在時，空化氣泡內(nèi)的O2發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成自由基O·；5）揮發(fā)性疏水物質(zhì)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(xì)胞升溫后，細(xì)胞膜中的受熱易分解的脂類溶解，使膜產(chǎn)生小孔，細(xì)胞內(nèi)含物流出[3]，導(dǎo)致污泥破解，水相中溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）增加。由于污泥中揮發(fā)性疏水物質(zhì)含量甚微，所以可忽略第5種反應(yīng)途徑。

幾種污泥主要破解技術(shù)的介紹

3.2 臭氧氧化法破解污泥的原理

臭氧（O3）是一種強(qiáng)氧化劑，具有較強(qiáng)的殺傷力，它能夠滲入細(xì)胞壁從而破壞細(xì)菌有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌的死亡，細(xì)胞溶解釋放有機(jī)物質(zhì)到水中，而這些自產(chǎn)底物可重新被用于生物代謝，這樣部分有機(jī)碳的重復(fù)利用將會導(dǎo)致污泥產(chǎn)量的減少。臭氧氧化進(jìn)行污泥破解由于其破解效率高、不產(chǎn)生有害副產(chǎn)品等特點(diǎn)受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。

3.3 超聲波-臭氧破解剩余污泥的原理

根據(jù)以上對污泥破解技術(shù)的分析，結(jié)合超聲波破解污泥和臭氧破解污泥的優(yōu)點(diǎn)，本文主要介紹超聲波-臭氧破解剩余污泥的新技術(shù)。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(yīng)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(yīng)40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分別比反應(yīng)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(yīng)40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分別比反應(yīng)前提高了812%、404%、286%和682%；在超聲波-臭氧聯(lián)合作用下，臭氧流量7 L/min、超聲功率800W下反應(yīng)40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分別比反應(yīng)前提高了925%、208%、815%和1946%。結(jié)果表明，超聲波能強(qiáng)化臭氧對污泥破解的效果。其實驗裝置如圖1、圖2、圖3。

聯(lián)合技術(shù)對污泥的破解效果大于單獨(dú)臭氧氧化降解效果。超聲波強(qiáng)化臭氧污泥破解效果主要是由于超聲波的空化和機(jī)械破解作用，一方面加強(qiáng)了O3的傳質(zhì)速率和分解速率；另一方面促進(jìn)了O3分解產(chǎn)生自由基，如羥基自由基，具有更強(qiáng)的氧化能力。

超聲波和臭氧聯(lián)合處理法增加了超聲波部分的費(fèi)用，但明顯提高了臭氧的利用率，降低了臭氧單元的處理費(fèi)用；同時達(dá)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(dú)臭氧處理有明顯優(yōu)勢。

圖1 臭氧反應(yīng)裝置

圖2 超聲波反應(yīng)裝置

圖3 超聲波-臭氧反應(yīng)裝置

4 結(jié)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(jī)物氧化為易降解有機(jī)物，提高其可生化性。將破解的污泥回流到生物反應(yīng)系統(tǒng)中，被微生物二次利用，可達(dá)到污泥減量的目的。

對于污泥破解技術(shù)的研究今后應(yīng)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(yīng)該將現(xiàn)有的破解污泥的手段和其它技術(shù)優(yōu)化組合形成低成本、操作穩(wěn)定的集成技術(shù)，為解決污泥問題提供一條切實可行的新途徑，實現(xiàn)真正的低成本零污泥排放。

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[6] 黃慧，朱世云，寇青青，等.超聲波-臭氧破解剩余污泥技術(shù)的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（6）：141-143.

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