脉冲放电强化臭氧污泥减量的研究

研究与开发化工设计通讯ResearchandDevelopmentChemicalEngineeringDesignCommunications·144·第45卷第2期2019年2月化工生产废水处理过程中产生一定量的生化污泥，被定义为危险废弃物，交给第三方有资质的企业处理费用高达每吨几千元，这些污泥需要焚烧处置，为降低处置成本，需要实现污泥减量。国内外关于生化污泥减量的有关研究指出，由于菌胶团网络的稳定作用导致脱水困难，特别是细胞壁保护的原因很难把含水率降低到50%以下[1]。本文提出一种利用脉冲放电强化臭氧处理污泥的方法，实验结果表明，不仅可以极大降低含水率，而且可以破坏细胞壁，减少污泥中生物固体量，切实实现生化污泥减量。1脉冲放电强化臭氧处理污泥技术方案简介1.1臭氧氧化破解污泥技术的优缺点强化隐性生长是可实现污泥减量的方式之一，其中要实现隐性生长首先要对污泥进行破解，污泥破解的方法有很多，如高温溶解、超声波处理、微波辐射、臭氧氧化、酸溶、碱溶、热溶以及各方法的联合使用等。臭氧氧化促进污泥减量的技术是近年来受到广泛关注的一种污泥减量技术，其最大优点是破解污泥、污泥溶解效率高，氧化后的污泥混合液易于生物降解[2]。臭氧破解污泥过程如图1所示。通过向污泥中投加臭氧，破环细菌的细胞壁和细胞膜，将其氧化为细胞碎片，细胞破碎后，细胞内物质（蛋白质、核酸）流出，进而被降解，最终实现污泥减量。细胞质细胞壁细胞壁及膜裂解细胞质释放物维持代谢隐性生长再利用CO2细胞膜污泥新污泥臭氧氧化O3图1臭氧破解污泥过程示意图臭氧处理污泥减量技术，尽管效果较好，但是存在明显缺陷——处置费用较高，需要研究降低处理费用的新方法。借鉴臭氧污水处理技术的相关研究，需要降低臭氧发生器的电耗、提高气相臭氧浓度、强化臭氧传质、催化臭氧反应。受脉冲放电强化臭氧处理废水的方法[3]启发，尝试利用该方法进行处理污泥的实验研究。1.2高压脉冲放电对污泥的作用在水中高压脉冲放电时，电极间存在较强的脉冲电场，同时会产生巨大的冲击波、强烈的紫外辐射，这些效应不仅强化臭氧的传质和反应过程，也会影响、杀灭微生物细胞。有关研究指出，细胞膜受电场作用可被击穿而产生电穿孔，随脉冲放电强度增强和放电次数增多，穿孔越来越大，越来越多，细胞内物质会流出。另一方面，污泥中的菌胶团，是活性污泥絮体中的重要组成部分。污泥脱水困难的原因主要是污泥中菌胶团网络的稳定作用，这些菌胶团很难被机械作用破坏，而且污泥微生物细胞壁的刚性结构阻碍了胞内易降解物质的释放。但是，由于脉冲放电产生液电效应，强烈的冲击波脉冲产生巨大的剪切力，将污泥菌胶团解体成小颗粒并释放胞外聚合物。因此，高压脉冲放电技术处理污泥可以起到以下作用：①对微生物细胞事先破壁，使细胞内的水流出；②打碎菌胶团，使得污泥便于挤压出水。1.3技术原理首先，高压脉冲放电技术通过细胞破壁及打碎菌胶团实现污泥脱水，而臭氧氧化同样能够使得细菌细胞破碎，流失水分，从这方面讲两种技术机理相似；其次，高压脉冲放电过程能够将电能转换成热能、光能、力能以及声能等多种形式的能量，这些能量对于细胞壁击穿都具有显著效果，而且细胞破壁后更易于实现臭氧的氧化。因此为提高臭氧氧化污泥的效果，降低臭氧工艺的运行成本，可以实现高压脉冲放电技术与臭氧氧化技术协同处理污泥，实现减量。2脉冲放电强化臭氧污泥减量实验研究2.1实验装置实验装置示意图见图2，在反应釜内设置电极，与脉冲功率电源相连接，污泥进入反应釜经过处理后流出，臭氧同时通入反应釜对污泥进行联合处理。在反应釜内发生脉冲放电，强大的冲击电流将产生液电效应，在放电通道内产生高能、高密度等离子体。冲击电流将加热放电通道的液体，导致放电通道受热膨胀，产生的压力可达百兆帕，如此巨大的压力压缩周围液体形成强力冲击波。2.2实验结果液电效应强化臭氧处理污泥，不同处理时间性状不同。气味由臭味在30min后变为无味，状态由絮状变为细小颗粒的分散状态，颜色由黑色逐渐变浅，沉降速率递次变快。摘要：利用脉冲放电强化臭氧处理污泥的方法，可以实现大幅度减量。实验结果表明：处理后污泥溶液颜色由黑色逐渐变浅，沉降递次变快；可生化性明显提高，BOD5/COD可达0.5；对比单独臭氧处理，在同样实现污泥减量约48%时，该方法可节约处理费用40%。关键词：脉冲放电；臭氧；污泥减量中图分类号：TU992文献标志码：A文章编号：1003–6490（2019）02–0144–02StudiesonSludgeReductionwithOzoneEnhancedbyPulseDischargeYangZhi-gang，ZhuLi-wang，YangKai，XuZhenAbstract：Thesludgereductionsignificantlycanbeachievedbyt