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    江蘇銘盛環境

    剩余污泥強化厭氧消化預處置技術

    文章出處:未知發表時間:2021-12-07 13:34:01


     

     

    圖片6 

      隨同城鎮化和工業化步伐的加快,我國生活和工業污水處產業得到了快速開展,污水處置才能和技術都在不時提升。但是,污泥處置帶來的問題逐步顯現出來,詳細表現若污水處置廠未經妥善處置的污泥隨意堆放,將會使污染物以污泥的方式向環境中轉化,會形成公開水、地表水等水體的二次污染,同時,污泥中所包含的能源也會形成糜費,因而,關于其包含能源的回收,厭氧消化技術是一條十分重要的途徑。

     

      固然污泥對環境具有危害性,但由于其含有大量的有機物和營養元素,因而成為污泥資源化應用的重要保證?,F有常規的厭氧消化技術很難有較高的沼氣轉化效率(普通在30%~45%),主要是由于厭氧細菌在水解酸化階段難以毀壞污泥細菌的細胞壁以及木質纖維素構造。于是,各種污泥預處置辦法應運而生,主要目的就是毀壞污泥中細菌的細胞壁及木質纖維素構造以釋放出細胞中存在的有機物、糖類、蛋白質等,所以,提升污泥溶胞效率是強化污泥厭氧消化的關鍵。

     

      1、剩余污泥的性質

     

      剩余污泥的含水率極高,未經處置的污泥含水率可達97%~99%,其成分組成還存在脂肪類、蛋白質、纖維素、腐殖質等。此外,還含有大量的微生物、有毒有機物、重金屬、無機物等。其中,脂肪類、蛋白質、多糖等屬于易于厭氧消化降解的物質,可順利地在產甲烷菌的生化作用下轉化成為甲烷;但其中的木質纖維素、腐殖質類及污泥本身的生物細胞則難以被厭氧消化所合成。因而,目前剩余污泥預處置的研討主要集中在兩方面,一方面是探究大幅度降低剩余污泥含水率的可能辦法;另一方面則是找尋適合的辦法對剩余污泥實行預處置,以改動難降解物質的構造及使細胞破碎,釋放出細胞內可代謝的物質,進而提升厭氧消化環節沼氣的產量、甲烷的轉化效率,并減少消化池的體積和停留時間,以及污泥最終處置的量。

     

      在污泥處置階段,污泥脫水效率的上下將極大地影響污泥的處置量,是后續實行污泥保送、消化和綜合應用的重要保證。普通包括重力濃縮、機械脫水、干化、凍融脫水等處置辦法,也有一些新辦法在不時被人們研討,例如,外表活性劑和生物瀝濾的聯用、改性玉米芯粉的運用等。實踐上這些辦法之中有些辦法關于強化厭氧消化環節同樣具有很大的協助。而特地針對強化厭氧消化環節的預處置則包含有物理預處置、化學預處置、生物預處置等,其中有些辦法還與其他辦法聯用作為結合預處置。

     

      2、剩余污泥預處置研討

     

      2.1 機械預處置

     

      運用機械設備預處置污泥普通具有構造簡單,運用便當,不產生難降解有機物等優點。研討較多的有高壓均質法、旋轉球磨法、溶胞離心法等。高壓均質法是污泥在極高壓力下,通常在幾十兆帕,低速進入均質機,在其中忽然降低壓力,招致污泥在壓差下產生極強的沖擊力,在猛烈的紊動和空化作用下,污泥部分溫度升高,使得污泥細胞破碎。旋轉球磨法是應用球磨機高速轉動,鋼制小球攪拌、碰撞污泥,產生剪切力來使得污泥構造發作改動。高壓均質法、旋轉球磨、溶胞離心等需求運用大型設備,且設備維修等較不便當,雖已有應用,但破解效率與其他辦法比擬偏低。由于剩余污泥含水率極高,機械法所產生的能量被不用要的耗費,招致其毀壞污泥絮體和微生物細胞通常不充沛。因而,機械辦法的缺陷能夠經過與其他預處置辦法相分離而補償。SunYuxiao等應用水力旋流器和堿(pH=11)結合預處置取得了良好的效果,VFA增加了23.75%,甲烷產量增加了32.28%。

     

      2.2 物理預處置

     

      剩余污泥物理預處置辦法中研討較多的有熱解法、微波法、超聲波法、聚焦脈沖法等。熱解法是最常規的一種污泥處置手腕,在過去被視為污泥消化前的首選辦法。經過對污泥加熱招致微生物的細胞壁因收縮而決裂,從而使其中的有機物大量釋出,同時也能夠降低污泥黏度并加強脫水率。在熱解法中,最常運用的溫度在80℃~180℃,時間為20min~40min,壓力為600kPa~2500kPa。經過諸多的研討發現,溫度越高,熱解效果越好,但是,過高的溫度(超越200℃)不但會增加能耗同時也會產生難降解物質,以至毒性物質(美拉德反響)。因而,思索到能耗、容積等要素,采用100℃以下的熱解方式較多。整體而言,熱解法開展較為成熟,在國內外許多工程上得到應用,但依然面臨著能耗高、加熱不平均、停留時間久等問題。

     

      微波法是以電磁波轉化為熱能對污泥加熱,因其加熱速度快、處置效果好、操作容易等優點開端逐步替代常規的熱解法,還易與其他辦法實行結合運用。倪曉堂等研討比擬了幾種敏化劑結合微波和微波-過氧化氫的污泥處置效果發現,以二氧化鈦作為敏化劑的微波作用被加強,污泥中C、N、P的釋放均有顯著增加。王晶等將微波與MEC結合運用途理市政污泥,首先應用600W微波輻射180s,在0V~1.2V電壓下,系統甲烷產量、SCOD、VSS均有顯著提升,與對照組相比分別提升89.4%、56.9%39.9%。單運用微波法能夠取得較好的處置效果,但在高能耗多以尋覓適合的敏化劑或與其他辦法聯用為方向。

     

      在剩余污泥中,超聲波(>20kHz的聲波)作用下構成的空化氣泡解體決裂招致水體超高的流速經過污泥固體外表,產生了超高速的射流。這種射流產生的沖擊波可以帶來較強的機械剪切力,同時還伴有一定的熱作用、機械作用和化學作用,細胞壁因而得到破解。超聲波法處置污泥的效果由聲能量密度和處置時間來決議,是能效較高的處置辦法,在國外已有應用。但也面臨著耗能較大的問題,需求尋覓適合的參數和辦法來降低能耗。汪中宇比擬了單頻和雙頻的處置辦法對污泥的處置效果,結果標明,相同能耗下雙頻(20kHz+25kHz)超聲波明顯優于單頻(20kHz25kHz)超聲波的處置效果,且雙頻超聲能量在12000kJ/gTS時,SCOD的溶出率為26.8%,對剰余污泥破解效果及厭氧消化性能的提升最理想。

     

      聚焦脈沖法(FP)是高壓脈沖電場與微生物細胞膜直接作用,毀壞了細胞膜的構造,產生電穿孔,這些都能夠促使污泥細胞破碎,溶出胞內有機物,同時,電弧的作用也會毀壞污泥自身的絮體構造,產生自在基。Rittmann等研討采用聚焦脈沖處置剩余污泥,使得SCOD到達了1.6倍,DOC到達了1.2倍。

     

      2.3 化學預處置

     

      污泥化學預處置法中大致有堿處置法、臭氧氧化、電化學氧化、亞硫酸鹽法、過氧化氫、芬頓試劑等辦法。堿能使污泥中有機顆粒溶脹、纖維成分溶解,招致微生物細胞決裂。堿處置法固然可以到達較好的預處置效果,但是由于處置時都是在pH>10的條件下實行,因而后續的污泥處置很多時分都要重新調整pH值,大量的耗費藥劑,同時也會產生腐蝕設備的不良影響,目前研討主要與其他辦法結合運用。

     

      臭氧也能夠作為污泥預處置當中毀壞微生物細胞構造的氧化劑,可以提升剩余污泥厭氧發酵的效率,但投加劑的量難以控制,且不具有特地毀壞細胞壁膜構造的針對性,在氧化毀壞的同時,也會作用于污泥中自身含有的有機物。適量的運用臭氧強氧化性毀壞細胞膜,同時也能夠合成污泥當中的一些大分子有機物,都可利于后期的厭氧消化作用。有研討標明,0.088gO3·g-1~0.1gO3·g-1SS的投加量能夠獲得最大的污泥破解效率。但其面臨的問題是O3耗費量較大,當運用量較小時發揮的毀壞細胞膜()的作用不明顯,O3會優先與污泥中胞外的復原性有機物反響,而非毀壞細菌細胞膜,而過量反響又會影響厭氧消化產甲烷的效果。趙陽等以次氯酸鈉為電解液與污泥混合平均,加電壓20V,持續時間40min,厭氧消化45d,最終電化學法的產氣量、甲烷的占比都要優于堿處置、熱解法、熱堿處置。曾麗等選擇Ti/PbO2電極對污泥實行電化學氧化,經過原子力顯微鏡可察看到電解后污泥菌膠團絮狀構造被毀壞,變為不規則狀,細胞決裂。毛細吸水時間降低了90%以上,標明這一過程有效地氧化了胞外聚合物,毀壞了了細胞膜的構造,并釋放出大量的有機物。

     

      也有學者思索到氧化劑藥品的大量運用不經濟,尋覓一些工業上的廢料,ZanFeixiang等應用亞硫酸鹽對微生物細胞壁的毀壞作用,用工業中多見的亞硫酸鹽廢液對剩余污泥實行預處置,結果標明,污泥的水解率提升1.7倍和甲烷生成勢提升1.2倍。

     

      2.4 生物預處置

     

      生物預處置是指應用微生物相關技術對污泥實行預處置。常見的辦法主要是生物酶法。眾所周知,酶是一種高效催化劑,由于生物酶具有特異性、高效性,因而不像氧化劑、酸、堿等物質需求大量參加,少量參加即可獲得良好效果,對后續處置的不良影響較小,具有很大的開展空間。通常參加蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等來水解污泥中的相關成分。陳偉等研討標明,參加溶菌酶濃度小于20mg/g時僅水解污泥胞外物質,加大酶量能顯著惹起污泥破解。溶菌酶用于原污泥水解效果較好,SCOD/TCOD最高可達28.14%,后又參加蛋白酶與纖維素酶取得了較好的溶胞效果。

     

      3、結語

     

      關于強化厭氧消化環節的污泥預處置,目前研討都以如何可以高效的毀壞細胞壁或溶胞為方向,處置辦法主要集中在上述的幾個方面,從整體效果來看,都有缺乏之處,大多技術與工程應用還有一定間隔。

     

      1)機械法處置污泥主要依托的就是設備運轉構成的剪切力或壓差,運轉費用過高,且設備維護量大,整體上不如物理預處置法。目前研討方向為如何優化設備參數或改動設備結構來提升破解效率,或是分離其他辦法作為現有處置設備的提標改造。

     

      2)物理預處置法中,熱解法已有較多的研討及工程案例,目前研討集中在與其他辦法結合運用的狀況。微波法潛力較大,但也存在能耗較高的問題。今后應以降低能耗為重點,例如,尋覓合適的可循環運用的敏化劑來提升微波的效率,找尋最佳工況,強化厭氧消化效果。

     

      3)化學處置法需求大量藥劑,對設備存在腐蝕,也不宜直接進入厭氧消化環節,以至可能會產生有毒有害物質,需求再對污泥實行調整,例如,酸堿法在處置完成后需求重新調整污泥pH值。在尋覓適合的化學藥劑上,可嘗試運用某些對細胞有毀壞作用的工業廢料去研討。

     

      4)生物預處置運用生物酶具有其他辦法沒有的優點,如,不需求大型專用設備,不需求高溫,不需求過酸或過堿的條件,不產生二次污染。今后研討方向應在不同類型酶的搭配組合,以及最佳的投加量和相應的反響條件,另外,關鍵是要處理如何大量取得低價的生物酶制劑,有賴于生物工業的開展。

     

      5)由于單獨的一種預處置辦法局限性較大,具有明顯的缺陷,因而結合多種預處置辦法發揮各自的優點也是將來研討的一個方向,應以不同辦法的主次搭配和相關參數的選取肯定來降低能耗為研討重點。

     

      6)關于工程應用需求愈加注重能耗及實踐操作等條件,目前研討還集中于預處置效果的優劣評價,在能耗的比擬上依然較少。今后可將預處置環節與厭氧消化環節統籌研討(耗能和產能),作為一個整體去思索。

     


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