臭氧氧化污泥碳源回收利用技术可行性研究

摘要

目前，污水处理厂面临污泥产量大、处理处置难和脱氮除磷效率低两大问题，污泥细胞破壁技术可以同时实现污泥减量和内碳源回收，因而一直是近年来研究的热点。其中，臭氧氧化技术因具有氧化效果好、无二次污染等优点而被广泛应用于污水处理厂。臭氧污泥氧化技术能够达到很好的污泥减量效果，同时，污泥破解过程中产生大量有机物质，因而可以对其进行回收利用以补充脱氮除磷系统碳源的不足。
　　本文通过中试试验和小试试验研究了污泥臭氧氧化技术，重点考察了臭氧-A/A/O组合工艺运行效果，详细深入研究了污泥臭氧氧化过程，通过对臭氧氧化污泥进行优化处理改善了污泥混合液中碳源可生化性，提高了将臭氧氧化污泥作为内碳源进行回收利用的可行性。通过研究，本课题主要得出如下主要结论：
　　（1）经过两个多月运行调试，中试A/A/O工艺启动成功，系统进水水量、污泥浓度、污泥沉降性能等指标都达到设计要求而且保持稳定。A/A/O工艺稳定运行期间，系统对COD、NH3-N、TN和TP平均去除率分别为82％、93%、49%和20.5%，出水COD和NH3-N浓度满足城市污染物排放标准一级A标准，而出水中TN和TP浓度难以达到标准要求。进水碳源严重不足、碳氮磷比例低是影响A/A/O工艺脱氮除磷效率的主要原因。
　　（2）中试A/A/O工艺与臭氧氧化技术相结合，臭氧对回流污泥连续氧化并直接投加到生化池中。采用低臭氧投加量，取得较好的污泥破解效果好，平均△COD/平均△TN=23，平均△COD/平均△TP=91，高于进水中碳与氮磷的比值COD/TN=3.5、COD/TP=25。臭氧氧化污泥直接回流到生化池中，改善了污泥的沉降性能，降低了系统发生污泥膨胀的可能性，对生化池溶解氧（DO）浓度没有影响，但是导致生化池表面产生很厚的泡沫，组合工艺COD和NH3-N去除率没有明显变化。同时，组合系统TN和TP的去除率也没有得到提高。
　　（3）大量碳源回流到生化池中并没有改善系统脱氮除磷效率，主要原因可能有三个方面：一是增加了臭氧氧化污泥回流支路后，导致系统水力停留时间（HRT）明显缩短；二是虽然产生了大量有机物质，但是这些有机物质的可生化性可能不好，在较短的HRT内，无法被微生物迅速利用；第三，尽管臭氧氧化污泥回流到生化池后并没有导致系统DO浓度明显变化，但仍然可能给微生物生存的微环境造成冲击和干扰。
　　（4）臭氧投加量较低时，臭氧主要破坏污泥絮体，导致其结构松散，表面出现大量不规则孔，絮体内部细菌被分散到污泥液相中，增加了臭氧和细菌接触氧化的概率。当臭氧投加量为11～90mgO3/gMLSS时，细菌微生物数目迅速降低，污泥混合液中有机物质快速增加，说明此时污泥混合液中有机物的增加主要来自于微生物细胞的破解。臭氧投加量大于90mgO3/gMLSS时，细菌数目基本稳定不变，而污泥中有机质增加速度也明显降低。
　　（5）污泥臭氧氧化过程中，臭氧利用率与污泥中基质类型有关。当污泥水相中以微生物有机质为主时，臭氧利用率较低；当以大分子有机物为主时，臭氧利用率较高。当臭氧投加量较高，而臭氧利用率也较高时，说明臭氧主要氧化大分子有机物质而不是微生物细胞。有机质比溶出率随臭氧投加量先增加后减小，比溶出率越大，说明单位质量臭氧氧化污泥产生的有机质越多。因此，单从能量利用率角度考虑，应该选择比溶出率最大的臭氧投加量进行污泥破解以回收碳源，节省能耗。
　　（6）臭氧投加量较低的氧化污泥经过24h静置后，主要是污泥上清液中的悬浮性颗粒有机物和溶解性大分子有机物发生水解作用，SCOD明显增加，而TN、TP、蛋白质和多糖等指标增加不明显；当臭氧投加量较高时，污泥静置24h后，有机物和部分微生物细胞都发生了水解作用，导致污泥上清液中TN和蛋白质也明显增加。污泥混合液中DO浓度随着静置时间增加逐渐降低，24h后由初始浓度30mg/L左右降低到7mg/L以下。有机碳源大量增加和DO浓度明显降低，说明臭氧氧化污泥静置水解后有利于进行碳源回收利用。
　　（7）对污泥混合液中有机物质可生化性研究发现，臭氧投加量越高，产生的碳源可生化性越好，碳氮比值和碳磷比值也越高。然而，臭氧氧化污泥静置水解后，臭氧投加量为60mgO3/gMLSS时的污泥混合液中有机质浓度显著增加，可生化性也明显改善，与其他投加量臭氧氧化污泥相比，水解后混合液中TOC、BOD以及VFAs增加最多。
　　（8）臭氧投加量增加，则成本升高。通过对污泥中有机质含量和可生化性对比分析可知，采用较低臭氧投加量60mgO3/gMLSS，对臭氧氧化后污泥简单静置水解的方式进行碳源回收更加经济有效。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

第一节 城市污水处理厂脱氮除磷技术

第二节 城市污水处理厂污泥破壁碳源回收技术

第三节 臭氧氧化污泥破解技术的研究进展

第四节 研究目的、意义和主要内容

第二章 臭氧氧化技术对A/A/O工艺的影响

第一节 概述

第二节 中试试验设计和分析方法

第三节 结果与讨论

第四节 小结

第三章 臭氧氧化活性污泥过程的研究

第一节 概述

第二节 实验材料

第三节 实验与分析方法

第四节 结果与讨论

第五节 小结

第四章 臭氧氧化污泥静置水解研究

第一节 概述

第二节 实验材料与方法

第三节 结果与讨论

第四节 小结

第五章 臭氧氧化污泥碳源可生化性研究

第一节 概述

第二节 实验材料与方法

第三节 结果与讨论

第四节 小结

第六章 结论与建议

第一节 结论

第二节 建议

参考文献

致谢

个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果