隨同城鎮(zhèn)化和工業(yè)化步伐的加快,我國生活和工業(yè)污水處理產(chǎn)業(yè)得到了快速開展,污水處置才能和技術(shù)都在不時提升。但是,污泥處置帶來的問題逐步顯現(xiàn)出來,詳細表現(xiàn)若污水處置廠未經(jīng)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(huán)境中轉(zhuǎn)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(guān)于其包含能源的回收,厭氧消化技術(shù)是一條十分重要的途徑。
固然污泥對環(huán)境具有危害性,但由于其含有大量的有機物和營養(yǎng)元素,因而成為污泥資源化應(yīng)用的重要保證?,F(xiàn)有常規(guī)的厭氧消化技術(shù)很難有較高的沼氣轉(zhuǎn)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(zhì)纖維素構(gòu)造。于是,各種污泥預(yù)處置辦法應(yīng)運而生,主要目的就是毀壞污泥中細菌的細胞壁及木質(zhì)纖維素構(gòu)造以釋放出細胞中存在的有機物、糖類、蛋白質(zhì)等,所以,提升污泥溶胞效率是強化污泥厭氧消化的關(guān)鍵。
1、剩余污泥的性質(zhì)
剩余污泥的含水率極高,未經(jīng)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(zhì)、纖維素、腐殖質(zhì)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(zhì)、多糖等屬于易于厭氧消化降解的物質(zhì),可順利地在產(chǎn)甲烷菌的生化作用下轉(zhuǎn)化成為甲烷;但其中的木質(zhì)纖維素、腐殖質(zhì)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(yù)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(yù)處置,以改動難降解物質(zhì)的構(gòu)造及使細胞破碎,釋放出細胞內(nèi)可代謝的物質(zhì),進而提升厭氧消化環(huán)節(jié)沼氣的產(chǎn)量、甲烷的轉(zhuǎn)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(xù)實行污泥保送、消化和綜合應(yīng)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(lián)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(guān)于強化厭氧消化環(huán)節(jié)同樣具有很大的協(xié)助。而特地針對強化厭氧消化環(huán)節(jié)的預(yù)處置則包含有物理預(yù)處置、化學(xué)預(yù)處置、生物預(yù)處置等,其中有些辦法還與其他辦法聯(lián)用作為結(jié)合預(yù)處置。
2、剩余污泥預(yù)處置研討
2.1 機械預(yù)處置
運用機械設(shè)備預(yù)處置污泥普通具有構(gòu)造簡單,運用便當,不產(chǎn)生難降解有機物等優(yōu)點。研討較多的有高壓均質(zhì)法、旋轉(zhuǎn)球磨法、溶胞離心法等。高壓均質(zhì)法是污泥在極高壓力下,通常在幾十兆帕,低速進入均質(zhì)機,在其中忽然降低壓力,招致污泥在壓差下產(chǎn)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(zhuǎn)球磨法是應(yīng)用球磨機高速轉(zhuǎn)動,鋼制小球攪拌、碰撞污泥,產(chǎn)生剪切力來使得污泥構(gòu)造發(fā)作改動。高壓均質(zhì)法、旋轉(zhuǎn)球磨、溶胞離心等需求運用大型設(shè)備,且設(shè)備維修等較不便當,雖已有應(yīng)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(chǎn)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(jīng)過與其他預(yù)處置辦法相分離而補償。SunYuxiao等應(yīng)用水力旋流器和堿(pH=11)結(jié)合預(yù)處置取得了良好的效果,VFA增加了23.75%,甲烷產(chǎn)量增加了32.28%。
2.2 物理預(yù)處置
剩余污泥物理預(yù)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(guī)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(jīng)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(jīng)過諸多的研討發(fā)現(xiàn),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(chǎn)生難降解物質(zhì),以至毒性物質(zhì)(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(nèi)外許多工程上得到應(yīng)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(zhuǎn)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(yōu)點開端逐步替代常規(guī)的熱解法,還易與其他辦法實行結(jié)合運用。倪曉堂等研討比擬了幾種敏化劑結(jié)合微波和微波-過氧化氫的污泥處置效果發(fā)現(xiàn),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(jié)合運用途理市政污泥,首先應(yīng)用600W微波輻射180s,在0V~1.2V電壓下,系統(tǒng)甲烷產(chǎn)量、SCOD、VSS均有顯著提升,與對照組相比分別提升了89.4%、56.9%和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(lián)用為方向。
在剩余污泥中,超聲波(>20kHz的聲波)作用下構(gòu)成的空化氣泡解體決裂招致水體超高的流速經(jīng)過污泥固體外表,產(chǎn)生了超高速的射流。這種射流產(chǎn)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(xué)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(yīng)用。但也面臨著耗能較大的問題,需求尋覓適合的參數(shù)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(jié)果標明,相同能耗下雙頻(20kHz+25kHz)超聲波明顯優(yōu)于單頻(20kHz或25kHz)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(gòu)造,產(chǎn)生“電穿孔”,這些都能夠促使污泥細胞破碎,溶出胞內(nèi)有機物,同時,電弧的作用也會毀壞污泥自身的絮體構(gòu)造,產(chǎn)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(xué)預(yù)處置
污泥化學(xué)預(yù)處置法中大致有堿處置法、臭氧氧化、電化學(xué)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(yù)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(xù)的污泥處置很多時分都要重新調(diào)整pH值,大量的耗費藥劑,同時也會產(chǎn)生腐蝕設(shè)備的不良影響,目前研討主要與其他辦法結(jié)合運用。
臭氧也能夠作為污泥預(yù)處置當中毀壞微生物細胞構(gòu)造的氧化劑,可以提升剩余污泥厭氧發(fā)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(gòu)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(fā)揮的毀壞細胞膜(壁)的作用不明顯,O3會優(yōu)先與污泥中胞外的復(fù)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(chǎn)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(xù)時間40min,厭氧消化45d,最終電化學(xué)法的產(chǎn)氣量、甲烷的占比都要優(yōu)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(xué)氧化,經(jīng)過原子力顯微鏡可察看到電解后污泥菌膠團絮狀構(gòu)造被毀壞,變?yōu)椴灰?guī)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(gòu)造,并釋放出大量的有機物。
也有學(xué)者思索到氧化劑藥品的大量運用不經(jīng)濟,尋覓一些工業(yè)上的廢料,ZanFeixiang等應(yīng)用亞硫酸鹽對微生物細胞壁的毀壞作用,用工業(yè)中多見的亞硫酸鹽廢液對剩余污泥實行預(yù)處置,結(jié)果標明,污泥的水解率提升了1.7倍和甲烷生成勢提升了1.2倍。
2.4 生物預(yù)處置
生物預(yù)處置是指應(yīng)用微生物相關(guān)技術(shù)對污泥實行預(yù)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(zhì)需求大量參加,少量參加即可獲得良好效果,對后續(xù)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(guān)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(zhì),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(jié)語
關(guān)于強化厭氧消化環(huán)節(jié)的污泥預(yù)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(shù)與工程應(yīng)用還有一定間隔。
1)機械法處置污泥主要依托的就是設(shè)備運轉(zhuǎn)構(gòu)成的剪切力或壓差,運轉(zhuǎn)費用過高,且設(shè)備維護量大,整體上不如物理預(yù)處置法。目前研討方向為如何優(yōu)化設(shè)備參數(shù)或改動設(shè)備結(jié)構(gòu)來提升破解效率,或是分離其他辦法作為現(xiàn)有處置設(shè)備的提標改造。
2)物理預(yù)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(jié)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(yīng)以降低能耗為重點,例如,尋覓合適的可循環(huán)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(xué)處置法需求大量藥劑,對設(shè)備存在腐蝕,也不宜直接進入?yún)捬跸h(huán)節(jié),以至可能會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì),需求再對污泥實行調(diào)整,例如,酸堿法在處置完成后需求重新調(diào)整污泥pH值。在尋覓適合的化學(xué)藥劑上,可嘗試運用某些對細胞有毀壞作用的工業(yè)廢料去研討。
4)生物預(yù)處置運用生物酶具有其他辦法沒有的優(yōu)點,如,不需求大型專用設(shè)備,不需求高溫,不需求過酸或過堿的條件,不產(chǎn)生二次污染。今后研討方向應(yīng)在不同類型酶的搭配組合,以及最佳的投加量和相應(yīng)的反響條件,另外,關(guān)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(yè)的開展。
5)由于單獨的一種預(yù)處置辦法局限性較大,具有明顯的缺陷,因而結(jié)合多種預(yù)處置辦法發(fā)揮各自的優(yōu)點也是將來研討的一個方向,應(yīng)以不同辦法的主次搭配和相關(guān)參數(shù)的選取肯定來降低能耗為研討重點。
6)關(guān)于工程應(yīng)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(yù)處置效果的優(yōu)劣評價,在能耗的比擬上依然較少。今后可將預(yù)處置環(huán)節(jié)與厭氧消化環(huán)節(jié)統(tǒng)籌研討(耗能和產(chǎn)能),作為一個整體去思索。