超声-磁场耦合对污泥好氧消化的影响

陈召沪白 杨陈渝文熊 强

（1重庆市生态环境监测中心 重庆 401147 2重庆市环境科学研究院 重庆 401147 3重庆市大渡口区生态环境监测站 重庆 401147）

1 概述

随着国家对环保要求的日益严格以及城市化进程的加快，污水处理厂迅速增加，如何将污泥进行妥善处理已成为迫在眉睫的问题。目前，国内外对污泥处理处置的研究主要致力于污泥的资源化和减量化方面。超声波处理技术因其在细胞破碎方面具有高效、稳定、清洁、安全等优点，且应用方便，因而在近年来备受关注。本文在超声与磁场的耦合作用下破解污泥，旨在提高污泥脱水性能，最大程度上实现污泥的减量，便于污泥的后续处理，降低能耗，节约成本。

2 实验部分

2.1 实验材料和试剂

试验所用污泥取自于某一污水处理厂曝气池回流污泥井。在SBR系统中首先对接种污泥进行驯化培养，试验用水为人工配制生活污水，水力停留时间为7h，沉降时间为4h。每天定时测量污泥的MLSS、SVI值，并排出一定量的剩余污泥。

主要实验试剂包括试剂葡萄糖、蛋白胨、脲、硫酸铵、硫酸亚铁、碳酸氢钠、硫酸镁、牛肉膏、可溶性淀粉、磷酸二氢钠、碘化钾、硫酸锌、盐酸、过硫酸钾、硫酸、重铬酸钾、硫酸银等。

2.2 主要实验仪器

座式自控电热压力蒸汽灭菌器、多功能电动搅拌器、可见分光光度计、曝气装置、电子天平（两位）、分析天平（四位）、磁力搅拌器、紫外分光光度计、机械式定时器、程控箱式电炉、强力磁铁、超声波细胞粉碎机等。

2.3 实验方法

2.3.1 超声-磁场预处理。超声时间10min，超声声能密度为2W/mL。磁场强度分别为 0Gs、85Gs、120Gs、160Gs和 362Gs的条件下对污泥进行破解。

2.3.2 好氧消化。把经过超声-磁场耦合破解处理的剩余污泥到入锥形瓶中，将锥形瓶置于摇床上，在25℃左右，130r/min的条件下进行好氧消化实验。以未破解的原污泥做对照试验。

2.3.3 监测指标及数据分析。主要指标为MLSS、TCOD、SCOD和氨氮，采用标准方法进行测量；对测得的数据进行整理分析，得出结论。

3 结果与讨论

3.1 消化过程中污泥TCOD的变化

在好氧消化最初阶段空白样品COD降解速度最快，随后COD降解速率变慢（见图1）。这是因为在最初阶段空白样品的活性最大，其好氧消化速度最快，而经过超声-磁场耦合处理的污泥因微生物细胞死亡而导致的活性降低。经过消化最终空白样品COD减少量为56.9%，磁场强度分别为0Gs、85Gs、120Gs、160Gs和362Gs的污泥样品，其COD减少量分别为56.1%、55.5%、58.2%、58.3%、59.8%。其中磁场强度为 120Gs、160Gs和362Gs的污泥样品，其COD减少量均高于单独进行超声预处理的污泥样品，这说明超声-磁场耦合可以改进污泥好氧消化，进而提高处理效率。

3.2 好氧消化过程中污泥SCOD的变化

在整个消化过程中空白样品SCOD随消化时间增加而增加（见图2）。消化初期空白样品中微生物进行内源代谢，生物固体自身溶解，释放出大量的胞内物质，致使SCOD量不断增加。经预处理的污泥样品SCOD在消化初始阶段以较大降解速率降低，在后期阶段开始缓慢增长。这是因为破解预处理时，部分微生物细胞破碎，其胞内物质提前释放出来，所以消化初始阶段污泥中含有很多有机物质供微生物消化利用，而随消化时间推移，微生物不断消耗这部分有机物质。

图2 污泥SCOD随消化时间的变化

3.3 好氧消化过程中污泥氨氮的变化

经过破解处理的污泥样品氨氮均是在消化初始阶段先减小然后再增大；空白样品氨氮一直增大，在消化初始阶段增大的速率较小，随后增长速率较大（见图3）。呈现如此变化的原因是：蛋白质降解过程中脱氨基作用产生了氨氮，但由于pH及溶解氧浓度的原因使得硝化细菌的硝化作用减弱，溶液中的氨氮不能及时的转变成硝态氮，污泥中氨氮逐渐累积。

图3 消化过程中污泥氨氮的变化

图4 好氧消化过程中污泥浓度的变化

3.4 好氧消化过程中污泥浓度的变化

经过11天的好氧消化空白样品污泥浓度减少量为22.5%，而超声—磁场耦合破解磁场强度分别为0Gs、85Gs、120Gs、160Gs和362Gs的污泥样品，其污泥浓度减少量分别为26.9%、36.9%、23.6%、27.4%和29.6%。可以看出来磁场强度为85Gs、160Gs和362Gs的污泥样品的污泥浓度减少量明显高于单独超声破解处理的污泥样品，这说明超声-磁场耦合预处理比单独超声处理可以改进污泥好氧消化，进而可以减小能耗提高处理效率。

结语

超声-磁场耦合破解处理后，在整个消化过程中污泥SCOD与氨氮含量都表现为先减少后增大；经过11天好氧消化，磁场强度为160Gs和362Gs的污泥样品污泥减少量与COD减少量明显高于单独进行超声破解的污泥样品。实验说明超声-磁场耦合处理比单独超声处理更有利于污泥好氧消化，可以降低超声处理成本，有利于超声技术的推广和应用。