水力空化协同臭氧氧化法处理医疗污泥技术研究

文_王子荣 刘美琴 李文波 山西卫安环保科技股份有限公司

医疗污水中所含80%以上的致病微生物及90%以上的寄生虫卵等在污水处理过程中都富集到了污泥中，危害性较大，且医疗污泥作为危险废物其最终委托处置焚烧费用较高，因此开展医疗污水污泥原位减量技术的研究十分必要。

1 研究方法

1.1 国内污泥减量技术研究概况

污泥破壁溶胞预处理技术是目前研究较多的污泥减量技术，主要通过物理法、化学法、生物法以及它们的联合法等，对污泥絮体及微生物细胞进行破壁，使有机物由固相溶出进入液相，再次返回生化系统重新被微生物代谢利用，从而导致污泥产量的减少。国外有学者对臭氧（O3）化污泥减量效果进行研究，发现O3投加量为0.021kgO3/kgTSS时可实现70%的污泥减量效果。国内也有学者采用水力空化－碱联合工艺对剩余污泥破解研究，发现联合法具有协同作用，其效果优于单独处理的效果之和。

1.2 研究思路

将破壁溶胞技术引入到医疗污泥的减量处理，是一条十分有效的医疗污泥处置出路。研究表明碱性条件可引发加速O3发生自由基反应生成·OH，氧化能力更强，但由于O3的传质问题，使得O3的利用效率偏低。本研究引入水力空化技术作为提高O3利用效率的手段和搅拌装置，采用碱解技术、臭氧氧化与水力空化技术联合，通过协同增强作用，研究该工艺对医疗污泥破壁溶出效果。

1.3 实验方法

选取某综合医院医疗污泥作为样品，分别研究不同碱投加量、O3投加量、O3进气浓度、污泥浓度等对污泥破壁减量效果的影响。pH值采用精密pH酸度计侧定，COD采用重铬酸钾消解法测定，TSS、VSS采用重量法测定，NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定，PO43-采用钼酸铵分光光度法测定。

本实验污泥破壁减量效果以污泥上清液的COD浓度表，用rCOD（released COD）表示，其包括传统意义的溶解性COD和细胞破壁释放出的非溶解性COD。

实验采用50L的反应器中进行，量取40L医疗污泥，然后投加NaOH，将水力空化装置置于反应器中，开启水力空化装置和臭氧发生器。在室温下反应一定时间后取样，在4℃下沉淀10min后取上清液用中速滤纸过滤后，进行水质分析，所有实验结果均为3次实验的平均值。

2 实验参数与分析

2.1 污泥来源及指标

污泥取自某综合医院污水处理站污泥池，将其沉淀浓缩24h后，检测其主要性质指标如表1所示。

表1 污泥的主要性质指标 单位：mg/L

2.2 碱投加量的影响

由图1可以看出，随着碱投加量的增加，污泥上清液中的rCOD也大幅度增加，在碱投加量为0.02g/gTSS时，rCOD的增加相对缓慢，而在0.04g/gTSS和0.06g/gTSS时，rCOD的增长幅度较大。60min时，rCOD分别增加了1537mg/L和2338mg/L，此现象表明碱性条件有助于污泥细胞的破解，高pH值不仅能破坏污泥絮体结构，还能够使微生物细胞壁破解，细胞内含物释放溶出，使得污泥上清液中rCOD更高。为保证处理后污泥pH值不会对污泥回流到生化系统被微生物代谢利用及后续处理造成影响，因此确定后续实验碱解的最适投加量为0.02g/gTSS。

图1 碱投加量对污泥上清液rCOD含量的影响

2.3 臭氧投加量及进气浓度的影响

本实验同时采用水力空化协同微碱臭氧氧化联合法对污泥进行破壁溶胞处理，确定碱投加量为0.02g/gTSS，O3进气浓度和投加量通过调节发生器进气源的进气流量和作用时间来控制。随着O3进气浓度的增加，污泥上清液中rCOD的含量也有所增加，该现象说明增大O3进气浓度，由气相融入液相的O3就会增多，与污泥混合液的反应就会越剧烈，污泥破壁效果就越好。进气浓度为17mg/L、34mg/L、51mg/L时，达到rCOD含量最大所需反应时间分别为72min、48min和32min，即进气浓度越大，达到相同的O3投加量所需反应时间越短，污泥破壁效果越好。

该现象说明在微碱（pH＜11）、水力空化条件下，O3的投加显著增强了污泥破壁效果，更多的胞内物质溶出进入液相，这是因为水力空化作用提高了臭氧的传质效率，使得O3的利用率大幅度提高，且在碱性条件下，由于·OH的产生使得O3氧化能力增强，污泥中更多的组分被氧化破解。当O3投加到一定量时，细胞达到最大破解程度，继续增加O3，会矿化部分已经溶出到液相的有机物质，使污泥上清液中rCOD的含量有所减少。

2.4 污泥初始浓度的影响

在碱投加量为0.02g/gTSS，O3进气浓度为51mg/L，水力空化作用条件下，测试污泥初始浓度对污泥破壁溶胞效果的影响。污泥上清液中rCOD的含量随污泥初始浓度的增加而增大，10TSS/L、20TSS/L、30gTSS/L的污泥分别在16min、32min、48min时达到了最大破解效果。

在污泥初始浓度10gTSS/L、20gTSS/L、30gTSS/L时，COD的溶出率分别为23.07%、22.11%、20.41%。由此可知，随着污泥初始浓度的增加，污泥上清液rCOD含量虽呈现增加趋势，但COD溶出率确有一定程度的减少，原因可能是在相同的O3进气浓度下，污泥初始浓度越大，单位质量污泥固体与O3接触的概率减少，降低了O3的破壁溶胞能力，另一方面污泥初始浓度越大，水力空化作用对污泥固体破解作用的能力减弱，使得污泥上清液rCOD溶出率有所降低，破壁效果有所减弱。

2.5 污泥减量效果分析

剩余污泥经破壁处理后，部分固体物质溶出进入液相，污泥固体会有一定的减量，污泥的减量效果可以通过处理前后SS、VSS以及VSS/SS的变化来反映。图2表明，碱解、臭氧与水力空化三者联合处理污泥的TSS、VSS去除率最高，VSS/TSS最小，且在相同O3投加量下，高O3进气浓度的破壁效果最好。污泥经过破壁溶胞处理后，污泥中绝大部分的微生物细胞已被破解，但只有部分有机物进入液相，还有较大部分可被微生物重复利用的有机物质仍滞留在污泥固相中，将被破壁处理的污泥回流到生化系统中，重新被活性污泥代谢利用。污泥絮体结构及微生物细胞壁被破坏，也可表现为微生物被灭活死亡，经检测，污泥中细菌总数和粪大肠杆菌两项指标的数值均减少了95%以上。

图2 不同处理条件下污泥TSS、VSS的变化情况

3 结论与建议

以上研究结果表明微碱（pH＜11）、臭氧氧化、水力空化三者联合处理污泥可实现较好的破壁效果，发挥了很好的协同作用，通过后续的破壁污泥回流可有效减少污泥产量，实现污泥的减量化。建议结合氨氮、总磷等排放标准，进一步分析污泥减量化对医疗废水水质的影响。