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        江苏铭盛环境

        剩余污泥强化厌氧消化预处置技术

        文章出处:未知发表时间:2021-12-07 13:34:01


         

         

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          随同城镇化和工业化步伐的加快,我国生活和工业污水处产业得到了快速开展,污水处置才能和技术都在不时提升。但是,污泥处置带来的问题逐步显现出来,详细表现若污水处置厂未经妥善处置的污泥随意堆放,将会使污染物以污泥的方式向环境中转化,会形成公开水、地表水等水体的二次污染,同时,污泥中所包含的能源也会形成糜费,因而,关于其包含能源的回收,厌氧消化技术是一条十分重要的途径。

         

          固然污泥对环境具有危害性,但由于其含有大量的有机物和营养元素,因而成为污泥资源化应用的重要保证。现有常规的厌氧消化技术很难有较高的沼气转化效率(普通在30%~45%),主要是由于厌氧细菌在水解酸化阶段难以毁坏污泥细菌的细胞壁以及木质纤维素构造。于是,各种污泥预处置办法应运而生,主要目的就是毁坏污泥中细菌的细胞壁及木质纤维素构造以释放出细胞中存在的有机物、糖类、蛋白质等,所以,提升污泥溶胞效率是强化污泥厌氧消化的关键。

         

          1、剩余污泥的性质

         

          剩余污泥的含水率极高,未经处置的污泥含水率可达97%~99%,其成分组成还存在脂肪类、蛋白质、纤维素、腐殖质等。此外,还含有大量的微生物、有毒有机物、重金属、无机物等。其中,脂肪类、蛋白质、多糖等属于易于厌氧消化降解的物质,可顺利地在产甲烷菌的生化作用下转化成为甲烷;但其中的木质纤维素、腐殖质类及污泥本身的生物细胞则难以被厌氧消化所合成。因而,目前剩余污泥预处置的研讨主要集中在两方面,一方面是探究大幅度降低剩余污泥含水率的可能办法;另一方面则是找寻适合的办法对剩余污泥实行预处置,以改动难降解物质的构造及使细胞破碎,释放出细胞内可代谢的物质,进而提升厌氧消化环节沼气的产量、甲烷的转化效率,并减少消化池的体积和停留时间,以及污泥最终处置的量。

         

          在污泥处置阶段,污泥脱水效率的上下将极大地影响污泥的处置量,是后续实行污泥保送、消化和综合应用的重要保证。普通包括重力浓缩、机械脱水、干化、冻融脱水等处置办法,也有一些新办法在不时被人们研讨,例如,外表活性剂和生物沥滤的联用、改性玉米芯粉的运用等。实践上这些办法之中有些办法关于强化厌氧消化环节同样具有很大的协助。而特地针对强化厌氧消化环节的预处置则包含有物理预处置、化学预处置、生物预处置等,其中有些办法还与其他办法联用作为结合预处置。

         

          2、剩余污泥预处置研讨

         

          2.1 机械预处置

         

          运用机械设备预处置污泥普通具有构造简单,运用便当,不产生难降解有机物等优点。研讨较多的有高压均质法、旋转球磨法、溶胞离心法等。高压均质法是污泥在极高压力下,通常在几十兆帕,低速进入均质机,在其中忽然降低压力,招致污泥在压差下产生极强的冲击力,在猛烈的紊动和空化作用下,污泥部分温度升高,使得污泥细胞破碎。旋转球磨法是应用球磨机高速转动,钢制小球搅拌、碰撞污泥,产生剪切力来使得污泥构造发作改动。高压均质法、旋转球磨、溶胞离心等需求运用大型设备,且设备维修等较不便当,虽已有应用,但破解效率与其他办法比拟偏低。由于剩余污泥含水率极高,机械法所产生的能量被不用要的耗费,招致其毁坏污泥絮体和微生物细胞通常不充沛。因而,机械办法的缺陷能够经过与其他预处置办法相分离而补偿。SunYuxiao等应用水力旋流器和碱(pH=11)结合预处置取得了良好的效果,VFA增加了23.75%,甲烷产量增加了32.28%

         

          2.2 物理预处置

         

          剩余污泥物理预处置办法中研讨较多的有热解法、微波法、超声波法、聚焦脉冲法等。热解法是最常规的一种污泥处置手腕,在过去被视为污泥消化前的首选办法。经过对污泥加热招致微生物的细胞壁因收缩而决裂,从而使其中的有机物大量释出,同时也能够降低污泥黏度并加强脱水率。在热解法中,最常运用的温度在80℃~180℃,时间为20min~40min,压力为600kPa~2500kPa。经过诸多的研讨发现,温度越高,热解效果越好,但是,过高的温度(超越200℃)不但会增加能耗同时也会产生难降解物质,以至毒性物质(美拉德反响)。因而,思索到能耗、容积等要素,采用100℃以下的热解方式较多。整体而言,热解法开展较为成熟,在国内外许多工程上得到应用,但依然面临着能耗高、加热不平均、停留时间久等问题。

         

          微波法是以电磁波转化为热能对污泥加热,因其加热速度快、处置效果好、操作容易等优点开端逐步替代常规的热解法,还易与其他办法实行结合运用。倪晓堂等研讨比拟了几种敏化剂结合微波和微波-过氧化氢的污泥处置效果发现,以二氧化钛作为敏化剂的微波作用被加强,污泥中CNP的释放均有显著增加。王晶等将微波与MEC结合运用途理市政污泥,首先应用600W微波辐射180s,在0V~1.2V电压下,系统甲烷产量、SCODVSS均有显著提升,与对照组相比分别提升89.4%56.9%39.9%。单运用微波法能够取得较好的处置效果,但在高能耗多以寻觅适合的敏化剂或与其他办法联用为方向。

         

          在剩余污泥中,超声波(>20kHz的声波)作用下构成的空化气泡解体决裂招致水体超高的流速经过污泥固体外表,产生了超高速的射流。这种射流产生的冲击波可以带来较强的机械剪切力,同时还伴有一定的热作用、机械作用和化学作用,细胞壁因而得到破解。超声波法处置污泥的效果由声能量密度和处置时间来决议,是能效较高的处置办法,在国外已有应用。但也面临着耗能较大的问题,需求寻觅适合的参数和办法来降低能耗。汪中宇比拟了单频和双频的处置办法对污泥的处置效果,结果标明,相同能耗下双频(20kHz+25kHz)超声波明显优于单频(20kHz25kHz)超声波的处置效果,且双频超声能量在12000kJ/gTS时,SCOD的溶出率为26.8%,对剰余污泥破解效果及厌氧消化性能的提升最理想。

         

          聚焦脉冲法(FP)是高压脉冲电场与微生物细胞膜直接作用,毁坏了细胞膜的构造,产生电穿孔,这些都能够促使污泥细胞破碎,溶出胞内有机物,同时,电弧的作用也会毁坏污泥自身的絮体构造,产生自在基。Rittmann等研讨采用聚焦脉冲处置剩余污泥,使得SCOD到达了1.6倍,DOC到达了1.2倍。

         

          2.3 化学预处置

         

          污泥化学预处置法中大致有碱处置法、臭氧氧化、电化学氧化、亚硫酸盐法、过氧化氢、芬顿试剂等办法。碱能使污泥中有机颗粒溶胀、纤维成分溶解,招致微生物细胞决裂。碱处置法固然可以到达较好的预处置效果,但是由于处置时都是在pH>10的条件下实行,因而后续的污泥处置很多时分都要重新调整pH值,大量的耗费药剂,同时也会产生腐蚀设备的不良影响,目前研讨主要与其他办法结合运用。

         

          臭氧也能够作为污泥预处置当中毁坏微生物细胞构造的氧化剂,可以提升剩余污泥厌氧发酵的效率,但投加剂的量难以控制,且不具有特地毁坏细胞壁膜构造的针对性,在氧化毁坏的同时,也会作用于污泥中自身含有的有机物。适量的运用臭氧强氧化性毁坏细胞膜,同时也能够合成污泥当中的一些大分子有机物,都可利于后期的厌氧消化作用。有研讨标明,0.088gO3·g-1~0.1gO3·g-1SS的投加量能够获得最大的污泥破解效率。但其面临的问题是O3耗费量较大,当运用量较小时发挥的毁坏细胞膜()的作用不明显,O3会优先与污泥中胞外的复原性有机物反响,而非毁坏细菌细胞膜,而过量反响又会影响厌氧消化产甲烷的效果。赵阳等以次氯酸钠为电解液与污泥混合平均,加电压20V,持续时间40min,厌氧消化45d,最终电化学法的产气量、甲烷的占比都要优于碱处置、热解法、热碱处置。曾丽等选择Ti/PbO2电极对污泥实行电化学氧化,经过原子力显微镜可察看到电解后污泥菌胶团絮状构造被毁坏,变为不规则状,细胞决裂。毛细吸水时间降低了90%以上,标明这一过程有效地氧化了胞外聚合物,毁坏了了细胞膜的构造,并释放出大量的有机物。

         

          也有学者思索到氧化剂药品的大量运用不经济,寻觅一些工业上的废料,ZanFeixiang等应用亚硫酸盐对微生物细胞壁的毁坏作用,用工业中多见的亚硫酸盐废液对剩余污泥实行预处置,结果标明,污泥的水解率提升1.7倍和甲烷生成势提升1.2倍。

         

          2.4 生物预处置

         

          生物预处置是指应用微生物相关技术对污泥实行预处置。常见的办法主要是生物酶法。众所周知,酶是一种高效催化剂,由于生物酶具有特异性、高效性,因而不像氧化剂、酸、碱等物质需求大量参加,少量参加即可获得良好效果,对后续处置的不良影响较小,具有很大的开展空间。通常参加蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等来水解污泥中的相关成分。陈伟等研讨标明,参加溶菌酶浓度小于20mg/g时仅水解污泥胞外物质,加大酶量能显著惹起污泥破解。溶菌酶用于原污泥水解效果较好,SCOD/TCOD最高可达28.14%,后又参加蛋白酶与纤维素酶取得了较好的溶胞效果。

         

          3、结语

         

          关于强化厌氧消化环节的污泥预处置,目前研讨都以如何可以高效的毁坏细胞壁或溶胞为方向,处置办法主要集中在上述的几个方面,从整体效果来看,都有缺乏之处,大多技术与工程应用还有一定间隔。

         

          1)机械法处置污泥主要依托的就是设备运转构成的剪切力或压差,运转费用过高,且设备维护量大,整体上不如物理预处置法。目前研讨方向为如何优化设备参数或改动设备结构来提升破解效率,或是分离其他办法作为现有处置设备的提标改造。

         

          2)物理预处置法中,热解法已有较多的研讨及工程案例,目前研讨集中在与其他办法结合运用的状况。微波法潜力较大,但也存在能耗较高的问题。今后应以降低能耗为重点,例如,寻觅合适的可循环运用的敏化剂来提升微波的效率,找寻最佳工况,强化厌氧消化效果。

         

          3)化学处置法需求大量药剂,对设备存在腐蚀,也不宜直接进入厌氧消化环节,以至可能会产生有毒有害物质,需求再对污泥实行调整,例如,酸碱法在处置完成后需求重新调整污泥pH值。在寻觅适合的化学药剂上,可尝试运用某些对细胞有毁坏作用的工业废料去研讨。

         

          4)生物预处置运用生物酶具有其他办法没有的优点,如,不需求大型专用设备,不需求高温,不需求过酸或过碱的条件,不产生二次污染。今后研讨方向应在不同类型酶的搭配组合,以及最佳的投加量和相应的反响条件,另外,关键是要处理如何大量取得低价的生物酶制剂,有赖于生物工业的开展。

         

          5)由于单独的一种预处置办法局限性较大,具有明显的缺陷,因而结合多种预处置办法发挥各自的优点也是将来研讨的一个方向,应以不同办法的主次搭配和相关参数的选取肯定来降低能耗为研讨重点。

         

          6)关于工程应用需求愈加注重能耗及实践操作等条件,目前研讨还集中于预处置效果的优劣评价,在能耗的比拟上依然较少。今后可将预处置环节与厌氧消化环节统筹研讨(耗能和产能),作为一个整体去思索。

         


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