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剩余污泥处理技术进展

       据不完全统计,全国污水排放量为4.747×10**7m³/d,不同规模,不同程度的城市污水厂有100多座。每天所产生的污泥量约为污水处理量的0.5%~1.0%,数量十分惊人。如果污泥处理不当,极易造成二次污染。研究技术上先进,经济上合理的污泥处理方法是十分重要的。本文就目前国内外一些剩余污泥的处理方法以及研究发展方向作一先容。
1湿式氧化法(WO)法
      湿式氧化法是一种物理?化学法。这种方法在高温下(临界温度为150℃~370℃)和一定压力下用来处理高浓度有机废水和不易生化的废水是十分有效的。由于剩余污泥在物质结构上与高浓度有机废水十分相似,因此这种方法也可用于处理剩余污泥。
      用WO法处理剩余污泥,反应温度对总COD的降解效果影响很大。在300℃和30MIN的停留时间下,总COD可去除80%,反应温度对剩余污泥氧化作用的影响大于活性污泥中溶解氧浓度的变化对湿式氧化效果的影响。在特定的温度和压力下,总COD要变成可溶性有机物主要依赖于氧化时间。由于剩余污泥是由大量的细菌群组成,它在高温下能够比较容易水解,从细胞中释放出大量可溶性有机物,在300℃以上并氧化30MIN以后,除部分可溶性COD被氧化CO2和H20外,剩余可溶性有机物成分都是以乙酸和其它有机酸为主的难分解有机物。在这一过程中,82%的COD降解(其中75%被氧化,7%转化成可溶性有机物),18%的COD以非溶性形式存在;70%以上的MLSS被去除,且使MLVSS∶MLSS的比率明显降低。反应中灰分并没有发生化学反应,它的减少是由于本身被溶解进入溶液中所致。经处理后的MLSS极易从混合液中沉淀出来。
      为了使污泥得到进一步的生物处理,目前国外研究的方向大多集中在污泥成分的转化。WO液体中剩余有机物在下临界条件下很难被氧化,最终的产物以乙酸的形式存在,而不是CO2和H2O。乙酸在WO处理中非常难被进一步被氧化,但在厌氧和好氧生物处理过程中十分容易被降解,因此在WO设计中通常选择乙酸的浓度作为动力学参数。活性污泥的组分非常复杂,很难用一个简单的表达式表示,所以在设计WO处理系统中必须使用简化的分析参数,例如MLVSS,可溶性COD,乙酸,甲醛等,这些参数被优化组合后,就有可能使WO系统在最佳条件下运行,并为下一步的生物处理提供最易降解的原料。
      WO法处理城市污水厂活性污泥是十分有效的。但由于是在高温高压下运行,设备复杂,运行和维护费用高,适用于大、中型污水处理厂。
2厌氧消化和热干燥法
      污泥厌氧消化是污泥处理的重要方法之一,在国内外应用较为广泛。厌氧消化利用厌氧微生物的分解作用,使污泥中的有机物分解并趋于稳定。消化过程中可回收能源,但消化后的污泥含水率较高,仍需进一步脱水。
      污泥热干燥法是利用热和压力破坏污泥的胶凝结构,并对污泥进行消毒杀菌。这种方法大大减少了污泥的体积,而且干燥后的剩余污泥能够成为一种有价值的农用肥料。热干燥法最大的缺点是初期投资费用和每日所需能量的费用过高。
      如果将厌氧消化与热干燥法结合起来,在干燥之前先对部分污泥进行厌氧消化,并将热空气用过热蒸汽
      (SHS)?代替来干燥污泥,则投资和用于干燥能量耗费上的费用都将大大减少。从热能的角度分析,厌氧消化和过热蒸汽干燥的结合完全能够实现能量的平衡。利用过热蒸汽干燥之所以具有较高的能量利用率是由于这种方法可进行循环操作,并利用冷却SHS时所释放的热能来维持厌氧消化的操作温度;同时在热干燥之前进行厌氧消化不仅可以将所需干燥的污泥量减少,而且可将所产生的甲烷用来提供干燥所需的热能。热能分析表明,通过控制厌氧消化过程中的停留时间和干燥之前的脱水污泥的固体浓度,干燥所需的热能可完全由消化产生的甲烷气体来满足。一般来讲,通过冷却SHS所获得的能量大于厌氧消化所需的能量,但由于厌氧消化受环境温度影响较大,所以在较冰冷的气候条件下,使用厌氧消化和过热蒸汽干燥相结合的方法处理污泥表现出更大的优势。这两种方法的有效结合充分发挥了厌氧消化和热干燥法各自的特点,实现了能源相互补,但是整个系统设备复杂,初期投资大。
3生物处理法
3.1膜生物反应器
      膜生物反应器是近几年发展起来的一种新型的处理技术。由于膜生物反应器的高截留率并将浓缩液回流到生物反应器内,使反应器中具有很高的微生物浓度和相对较低的污泥负荷并有很长的污泥停留时间,使有机物大部分被降解。从理论上讲,膜生物反应器污泥停留时间可以无限长而避免排泥。据有关资料报道,在错流式膜生物反应器中如果污泥被完全截留,污泥中无机组分没有过大的积累,碳的去除率达90%,凯氏氮被完全硝化。目前英国和日本已将这一技术成功地应用于小型污水厂中。
      膜生物反应器处理污泥目前最大问题是膜的堵塞和膜材料价格。膜的堵塞使污泥的有效渗水率下降,需要采用适当的方法冲洗膜,使膜恢复通透能力。另外膜材料的价格是限制膜生物反应器推广的另一因素,但随着新材料的不断涌现,低价的膜系统的实现将成为可能。例如KUBOTA企业?美国?已研制出耐高温高压的陶瓷平板膜系统,并已进入实用化阶段。
3.2高速生物反应器
      高速生物反应器技术是在利用土壤处理污泥的基础上发展起来的。利用土壤中的微生物处理污泥,由于是系统开放,因而会受到气温和土壤湿度的影响,使土壤利用的时间和区域受到一定的限制。SWEC企业(美国)在80年代开始研制开发高速生物反应器,该技术将污泥的脱水、消化和干化相结合,将土壤处理的整个过程放置在室内一个封闭的循环系统中进行。

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