论文部分内容阅读
随着我国城镇化进程的加快和废水处理率的增加,污水处理厂产生的剩余污泥显著增加。由于剩余污泥是由大量的微生物细胞和胞外聚合物结成的含有大量有机物的聚合物。若得不到妥善的处理与处置就会对环境产生严重污染。因此,开发出高效的有工程推广价值的剩余污泥处理技术具有重要意义。针对剩余污泥超声波预处理过程的高能耗现象,本研究提出了厌氧水解-超声波联合破解剩余污泥观点。其最优的组合方案为厌氧水解3d,然后超声波破解10 min。此时,剩余污泥中溶解性有机物(SCOD)和蛋白质浓度分别达到了 3455.9和1713.3 mg/L。该方案厌氧水解可以改变剩余污泥的性质,降低剩余污泥的破解难度;厌氧水解产物可以提高超声波空化效应的强度,从而提高剩余污泥的破解效率,降低超声波的能耗。针对超声波反应器内存在的超声空化效应不均匀现象,且高密度和低密度的超声波可以存在于同一个超声波系统中;本研究提出在厌氧反应器内间断进行超声波处理,可以充分利用超声波的效能,改善剩余污泥生物降解性能的观点。在厌氧处理7d内,其最优的组合方案为超声波作用时间为3min/2d。此时,剩余污泥的SCOD、蛋白质和挥发性有机物(VS)浓度分别达到了 3482.5、2316.7和2690 mg/L(VS去除率为41.6%)。由此可见,厌氧过程间歇超声波破解技术对减少工程应用中能源消耗和提高剩余污泥厌氧消化效率有重大影响。这项工作为超声波破解剩余污泥在工程中的应用奠定了基础。为了实现破解后剩余污泥的高效降解,本研究提出把剩余污泥破解液作为一种高浓度有机废水;采用光合细菌(PSB)及PSB-生物电解池(MEC)降解剩余污泥破解液的方法。在厌氧光照环境下,PSB可以消耗剩余污泥破解液中的有机物质,且PSB比例影响非常显著。当MEC中PSB比例分别为0%、10%、20%和30%,厌氧处理7 d时,剩余污泥破解液中SCOD去除率分别达到62.8%、72.2%、85.4%和88.6%,蛋白质去除率分别达到43.5%、49.2%、61.1%和65.6%。由此可见,PSB和MEC协同作用非常显著。由于剩余污泥破解液的透光性较差,高温条件下微生物体内酶的活性降低及高电压对MEC还原反应影响不明显等,均不能使PSB和MEC协同作用更加显著,反而导致了能量的严重浪费。基于以上发现,本研究提出一个高效的剩余污泥破解及降解过程:采用超声波破解(UD)剩余污泥,采用上流式厌氧污泥床(UASB)降解破解后的剩余污泥,采用MEC的电极电刷代替UASB反应器的三相分离器实现破解后剩余污泥的深度降解。在UD-UASB-MEC系统处理8d后,超声波反应器内的剩余污泥SCOD、蛋白质和VS浓度分别达到476.3、345.9和1280 mg/L;出水的SCOD、蛋白质和VS浓度分别达到427.5、309.1和320～380 mg/L。超声波作用时间,温度和电压均是UD-UASB-MEC系统的关键影响因素:超声波对剩余污泥降解和对三相分离的影响较大;温度对UASB单元和电压对MEC单元的影响都较大。由高通量测序分析知,原始剩余污泥的优势菌群Proteobacteria、Beacteroidetes和Firmicutes分别占据总菌种的68.44%、16.14%和5.97%;经过UD-UASB-MEC系统8 d的处理,污泥的优势菌群中Proteobacteria、Firmicutes和Baceroidetes分别占据总菌种的 31.47%、22.86%和 20.18%。此外,UD-UASB-MEC 系统中菌群丰度较大,系统的结构稳定性较强。总之,UD-UASB-MEC系统可以减少超声波破解污泥的能源消耗,同时加快剩余污泥厌氧降解过程;超声波-生物电解池耦合降解剩余污泥是一种可以工程应用的高效剩余污泥降解技术。