超声波-臭氧破解污水处理剩余污泥技术浅析

刘惠萍，刘心中

（1.福建省环境保护产业协会，福州 350108；2.福建工程学院生态环境与城市建设学院，福州 350108）

超声波-臭氧破解污水处理剩余污泥技术浅析

刘惠萍1，刘心中2

（1.福建省环境保护产业协会，福州 350108；2.福建工程学院生态环境与城市建设学院，福州 350108）

污水处理剩余污泥的处理与处置是我国和世界面临的重要环境课题。文章简介了一些污泥破解技术及其应用现状，分析了该技术存在的问题，着重探讨了超声波-臭氧联合破解污泥的初步研究，为解决污泥问题提供一条切实可行的新途径，实现真正的低成本零污泥排放。

剩余污泥；超声波；臭氧；破解

1 前言

随着工业生产和城市化的发展，工业废水与生活污水的排放量日益增多，与此相应以活性污泥为主流的污水处理过程中，污泥的产出量也迅速增加。大量积累的污泥，不仅占用土地，而且其中的有害成分如重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物及臭气等，都成为影响城市环境卫生的重要原因，如果处理不当，排放后会对环境造成严重的污染。本文简介了一些污泥破解技术及其应用现状，主要介绍了超声波-臭氧联合破解污泥的初步研究。

臭氧作为强氧化剂，广泛用于饮用水和污水处理，近年来也成为污泥减量化的重要手段；然而臭氧的利用率低，运行成本较高，如何提高其利用率已成为研究热点。近年来超声波也因其低能耗、高效率的高级氧化特性成为污泥溶胞研究热点。因此，对臭氧、超声波这两种具有代表性的溶胞工艺在污泥减量化方面的研究和探索，具有理论依据和应用前景。

2 污水处理剩余污泥破解技术的研究进展

污泥破解技术可以溶出胞内物质，增加水相中可降解有机物的含量，大大缩短污泥厌氧消化的时间，缩小厌氧消化池的体积，从而使操作管理简单；污泥破解程度较大时，可以终止污泥中微生物的活性，使污泥不经厌氧消化，直接达到稳定化，破解后污泥量也可减少。可以看出，污泥破解利于污泥的稳定化、减量化。几种污泥破解技术的原理及研究现状简介见下表。

以上的污泥破解技术中，化学方法需要投加大量药剂，投加量控制复杂；加热法易造成反应器的腐蚀，污泥量较大时，操作管理复杂；机械方法破解效果最好，但能耗较大，其中超声波技术设备最为简单，比较容易推广。因此，本文主要研究超声波-臭氧破解剩余污泥。

3 超声波-臭氧破解剩余污泥

3.1 超声波法破解污泥的原理

超声波破解污泥的主要途径有：1）水力剪切力的机械作用；2）进入空化气泡的水蒸汽分子，在超声作用下生成自由基H·和HO·；3）N2存在时，空化气泡内的N2发生热分解反应，生成自由基N·；4）O2存在时，空化气泡内的O2发生热分解反应，生成自由基O·；5）挥发性疏水物质的热分解作用；6）在超声波破解污泥过程中，污泥温度升高，污泥微生物细胞升温后，细胞膜中的受热易分解的脂类溶解，使膜产生小孔，细胞内含物流出[3]，导致污泥破解，水相中溶解性化学需氧量（SCOD）增加。由于污泥中挥发性疏水物质含量甚微，所以可忽略第5种反应途径。

几种污泥主要破解技术的介绍

3.2 臭氧氧化法破解污泥的原理

臭氧（O3）是一种强氧化剂，具有较强的杀伤力，它能够渗入细胞壁从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡，细胞溶解释放有机物质到水中，而这些自产底物可重新被用于生物代谢，这样部分有机碳的重复利用将会导致污泥产量的减少。臭氧氧化进行污泥破解由于其破解效率高、不产生有害副产品等特点受到越来越多学者的关注。

3.3 超声波-臭氧破解剩余污泥的原理

根据以上对污泥破解技术的分析，结合超声波破解污泥和臭氧破解污泥的优点，本文主要介绍超声波-臭氧破解剩余污泥的新技术。黄慧、朱世云等人[6]研究了臭氧、超声波及其组合工艺对剩余污泥的破解作用，考察了反应时间、臭氧流量、超声功率对污泥破解效果的影响。研究表明：臭氧流量为7L/min时破解效果最好，反应40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分别比反应前提高了586%、178%、522%和1781%；超声功率为800 W时破解效果最好，反应40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分别比反应前提高了812%、404%、286%和682%；在超声波-臭氧联合作用下，臭氧流量7 L/min、超声功率800W下反应40min，SCOD、NH3-N、TN和TP分别比反应前提高了925%、208%、815%和1946%。结果表明，超声波能强化臭氧对污泥破解的效果。其实验装置如图1、图2、图3。

联合技术对污泥的破解效果大于单独臭氧氧化降解效果。超声波强化臭氧污泥破解效果主要是由于超声波的空化和机械破解作用，一方面加强了O3的传质速率和分解速率；另一方面促进了O3分解产生自由基，如羟基自由基，具有更强的氧化能力。

超声波和臭氧联合处理法增加了超声波部分的费用，但明显提高了臭氧的利用率，降低了臭氧单元的处理费用；同时达到同样的破解效果，所需的处理时间缩短，因此处理成本比单独臭氧处理有明显优势。

图1 臭氧反应装置

图2 超声波反应装置

图3 超声波-臭氧反应装置

4 结论

在臭氧和超声波的作用下，不仅将污泥破解，而且将难降解的有机物氧化为易降解有机物，提高其可生化性。将破解的污泥回流到生物反应系统中，被微生物二次利用，可达到污泥减量的目的。

对于污泥破解技术的研究今后应主要集中在降低污泥处理成本，尽可能地提高污泥的破解率。另外，应该将现有的破解污泥的手段和其它技术优化组合形成低成本、操作稳定的集成技术，为解决污泥问题提供一条切实可行的新途径，实现真正的低成本零污泥排放。

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[6] 黄慧，朱世云，寇青青，等.超声波-臭氧破解剩余污泥技术的初步研究[J].环境科学与技术，2011，34（6）：141-143.

Ultrasonic-ozone Solves Residual Sludge Technology in Sewage Treatment

LIU Hui-ping1,LIU Xin-zhong2
(1.Fujian Association of Environmental Protection Industry,Fuzhou 350108; 2.Institute of Eco-environment and Urban Construction of Fujian Engineering College,Fuzhou 350108,China)

The paper presents the solving technology of sludge and its application status; analyzes the existing problems of the technology; probes into the pilot study to solve the sludge by ultrasonic-ozone and provides a true and feasible new route to solve the sludge problems,and to realize the low cost and zero sludge discharge.

residual sludge; ultrasonic; ozone; solve

X703

B

1006-5377（2015）06-0055-03