1、INDu盯RIALWATERWASTEWATER 工业用水与废水 剩余污泥处理技术进展 牛樱，陈季华 (东华大学，上海 200051) _。 。 。-。一 7c 摘要：系统舟绍了目前剩余污泥处理技术的一些进展，着重叙述了湿式氧化法、生物处理法、厌氧消化与 热干燥等处理剩余污泥的技术，并对各种方法的优、缺点厦使用范围进行了详细的探讨 、， 苎键 ： 要 ；堡叁墼些兰曼氧消化；干燥；反 器 I l I居 、 寺豆茅遗辰 歪 霹 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：ldo9 2455(2ooo一O00403 New Developments of Residual Sludge Trea
2、tment Technology NIU Ying，CHEN Jihua Abstract：New developments of residual sludge treatment technoloare introduced in this paper，Technologies for the treatnxetlt of residual Mudge，suchwetprocess oxidation，bioogical process，anaerobic digestion，hot d哪ngere are described in particularDetailed discussio
3、ns are made on the advantagesdisadvantages as well as application scopes of various methads Key words：sludge：Wet-pocess oxidation；biochemical treatment；drying；reactor 据不完全统计，全国污水排放量为447410 d，不同规模，不同程度的城市污水厂有100多 座。每天所产生的污泥量约为污水处理量的0 5 一JO，数量十分惊人。如果污泥处理不当，极易造 成二次柯染。研究技术上先进，经济上台理的污泥 处理方法是十分重要的。本文就目前国内
4、外一些剩 余污泥的处理方法以及研究发展方向作一介绍。 1 湿式氧化法(WO法) 湿式氧化法是一种物理一化学法。这种方法在 高温下(临界温度为150一370)和一定压力下用 来处理高浓度有机废水和不易生化的废水是十分有 效的。由于剩余擂泥在物质结构上与高浓度有机废 水十分相似，因此这种方法也可用于处理剩余污泥： 用WO法处理剩余污泥，反应温度对总COD 的降解效果影响很大。在300和30 min的停留 时间下，总COD可去除80，反应温度对剩余污 泥氧化作用的影响大于活性污泥中溶解氧浓度的变 化对湿式氧化效果的影响 I。在特定的温度和压力 下，总COD要变成可溶性有机物主要依赖于氧化 时间 0。
5、由于剩余污泥是由大量的细菌群组成，它在 高温下能够比较容易水解，从细胞中释放出大量可 溶性有机物，在300以上并氧化3O min以后，除部 分可溶性COD被氧化成CO：和H 0外，剩余可溶 收稿13期：20000614 基金项目：国家经贸委项目经贸委改【1997】 I9一(5 d 性有机物成分都是以乙酸和其它有机酸为主的难分 解有机物 。在这一过程中，82的COD降解【其中 75被氧化，7转化成可溶性有机物)，J 8的COD 以非溶性形式存在；70以上的MISS被去除，且使 MLVSS MLSS的比率明显降低。反应中灰分并没有 发生化学反应，它的减少是由于本身被溶解进人溶 液中所致。经处理后的
6、MLSS极易从混台液中沉淀 出来。 为了使污泥得到进一步的生物处理，目前国外 研究的方向大多集中在污泥成分的转化。WO液体 中剩余有机物在下临界条件下很难被氧化，最终的 产物以乙酸的形式存在，而不是CO：和H O。乙酸在 WO处理中非常难被进一步被氧化，但在厌氧和好 氧生物处理过程中十分容易被降解，因此在WO设 计中通常选择乙酸的浓度作为动力学参数。活性污 泥的组分非常复杂，很难用一个简单的表达式表 示，所以在设计WO处理系统中必须使用简化的分 析参数，例如MLVSS，可溶性COD，乙酸，甲醛 等，这些参数被优化组台后，就有可能使WO系统 在最佳条件下运行，并为下一步的生物处理提供最 易降解的
7、原料。 WO法处理城市污水厂活性污泥是十分有效 的。但由于是在高温高压下运行 设备复杂，运行和 维普资讯 http:/ 牛樱，陈季华：剩余污泥处理技术进展 维护费用高，适用于大、中型污水处理厂。 2 厌氲消化和热干燥法 污泥厌氧消化是污泥处理的重要方法之一，在 国内外应用较为广泛。厌氧消化利用厌氧微生物 的分解作用，使污泥中的有机物分解并趋于稳定。 消化过程中可回收能源，但消化后的污泥含水率较 高，仍需进一步脱水。 污泥热干燥法是利用热和压力破坏污泥的胶 凝结构，并对污泥进行消毒杀菌 这种方法大大减 少了污泥的体积，而且干燥后的剩余朽泥能够成为 一种有价值的农用肥料。热干燥法最大的缺点是初 期
8、投资费用和每日所需能量的费用过高。 如果将厌氧消化与热干燥法结合起来，在干燥 之前先对部分污泥进行厌氧消化，并将热空气用过 热蒸汽(SHS)代替来干燥污泥，则投资和用于干燥 能量耗费上的费用都将太大减少。从热能的角度分 析，厌氧消化和过热蒸汽干燥的结台完全能够实现 能量的平衡 。利用过热蒸汽干燥之所以具有较高 的能量利用率是由于这种方法可进行循环操作，并 利用冷却SHS时所释放的热能来维持厌氧消化的 操作温度；同时在热干燥之前进行厌氧消化不仅可以 将所需干燥的污泥量减少，而且可将所产生的甲烷用 来提供干燥所需的热能。热能分析表明，通过控制厌 氧消化过程中的停留时间和干燥之前的脱水污泥的 固体浓
9、度，干燥所需的热能可完全由消化产生的甲烷 气体来满足。一般来讲，通过冷却SHS所获得的能量 大于厌氧消化所需的能量，但由于厌氧消化受环境温 度影响较大，所以在较寒冷的气候条件下，使用厌氧 消化和过热蒸汽干燥相结合的方法处理污泥表现出 更大的优势。这两种方法的有效结台充分发挥了厌氧 消化和热干燥法各自的特点，实现了能源相互补，但 是整个系统设备复杂，初期投资大。 3生物处理法 31 膜生物反应器 膜生物反应器是近几年发展起来的一种新型的 处理技术。由于膜生物反应器的高截留率并将浓缩 液回流到生物反应器内，使反应器中具有很高的微 生物浓度和相对较低的污泥负荷并有很长的污泥停 留时间，使有机物大部分
10、被降解。从理论上讲，膜生 物反应器污泥停留时间可以无限长而避免排泥。据 有关资料报道 ，在错流式膜生物反应器中如果污 泥被完全截留，污泥中无机组分役有过大的积累，碳 的去除率达90，凯氏氮被完全硝化。目前英国和 日本已将这一技术成功地应用于小型污水厂中。 膜生物反应器处理污泥目前最大问题是膜的堵 塞和膜材料价格 。膜的堵塞使污泥的有效渗水率下 降，需要采用适当的方法冲洗膜，使膜恢复通透能 力。另外膜材料的价格是限制膜生物反应器推广的另 一因素，但随着新材料的不断涌现，廉价的膜系统的 实现将成为可能。例如Kubotz公司(美国)已研制出耐 高温高压的陶瓷平板膜系统，并已进入实用化阶段 32 高连
11、生物反应器 高速生物反应器技术是在利用土壤处理污泥的 基础上发展起来的。利用土壤中的微生物处理污 泥，由于是系统开放，因而会受到气温和土壤湿度的 影响，使土壤利用的时间和区域受到一定的限制。 SWEC公司(美国)在80年代开始研制开发高速生 物反应器，该技术将污泥的脱水、消化和干化相结 合，将土壤处理的整个过程放置在室内一个封闭的 循环系统中进行。Texaco 经过近二十年的研究开 发，使高速生物反应器技术成熟并得以推广。此项 技术拥有三个专利，整个操作系统是由进料塔、生物 反应器和其它一些循环装置组成。其核心部分是生 物反应器，它是由二个区域组成，上半部分是污泥与 土壤相混和的区域，使污泥负
12、荷达到均一化，污泥的 有机部分在这一区域中被生物降解；下半部分是气、 液分离区，使液体不滞留于土壤中，以增加氧的传递 率。高负荷率的污泥通过该系统的处理，污泥中有 机组分将降解7080，悬浮固体浓度去除率达 到4560 相比于其它生物处理技术，该系统所需能量较 少，可以连续运行，并能保持最佳温度以利于微生物 的降解，特别适用于受自然条件限制或土壤湿度大 的污泥处理过程中。相比于普通的好氧和厌氧消 化，高速生物反应器具有反应容积小，运行费用低， 微生物浓度高，系统抗冲击能力强的特点，从沉淀池 排出的5 00030 000 mgL浓度的污泥都可以直接 进人该系统中，而不需要任何的预处理。 由于高速
13、生物反应器是在常温常压下运行，所 以对反应器的构造要求不是很高，材料可以使用碳 钢或PVC，并且安全性能好。该技术在美国得到较快 的发展。 4 污泥减容化技术 污泥减容化是指将污泥(具有生命的有机物)作 5 维普资讯 http:/ INDUSTR1ALwATERWASTEWATER 工业用水与度水 V01 31 No 5 2000 为内能源，将其消灭在废水处理系统中，从而根本上 减少污泥的体积。剩余污泥减容化机理的研究目前 已成为环境科学家的研究热点。13本茬原综合研究 所研究发现 0，在剩余污泥中加碱(初始pH=14)， 然后加热到50100qc，让菌体外多糖物溶解下来， 再用臭氧打开细胞壁
14、，溶解细胞，使原生质释放出 来，作为好氧微生物的营养源，进入废水处理系统中 进行降解。 我国在污泥减容化方面也进行了大量的研究。 东华大学采用水解一酸化技术，在微氧、缺氧环境 下，利用世代繁殖时间短、适应性强的水解产酸细菌 将剩余污泥中细菌菌体外多糖粘质层水解，细菌的 细胞壁打开，细胞中的大分子物质被水解酸化为小 分子物质，然后回到废水处理系统中由好氧菌消化， 最终把剩余污泥转化为co2、H2O、N H1一N等无机 物。由于兼氧微生物群(异养型的产酸细菌)对环境 中氧的要求没有厌氧菌苛刻，所以装置不必密封，另 外该技术仅利用厌氧消化初期的酸化阶段，省去了 甲烷菌代谢的过程，因此污泥的停留时间短
15、，反应池 容积小” 。这种工艺不必采用延时曝气法，而使用 常规的完全混合式活性污泥处理系统就可以完成降 解过程。 该技术应用范围广，对剩余污泥VSSSS比值 太于07的生物污泥均可采用这项技术，并且能耗 省，运行管理方便，在一定程度上可使污泥零排放， 目前已成功的应用于化工、纺织等工业废水处理中 剩余污泥的处理。 5 结束语 近年来欧美和日本等国家很重视污泥处理的研 究，开发了一些新的技术 蚯蚓处理、污泥制油等 ，例如超声处理，臭氧处理， 。在我国，目前剩余污泥的 处理大多以农用为主，但随着工业的发展，污泥数量 13趋庞大、组分愈加复杂，因此有必要发展其他的污 泥处理方法。以上介绍的剩余污混处
16、理方法各有利 弊，污水处理厂应根据其经济和技术实力以及所在 地区的环境生态背景来选择适当的污泥处理技术。 参考文献： 【I】厩军趔建夫湿式氧化处理城市污泥厂活性污泥的研究 同济f学学报，199826l 3)：345348 【21 Y KHAN GK ANDERSON Wet oxidati0n of activated sludge 【J JWa L ReseehI999，33(7 J：16811687 【3】刘庶亲污木污泥的厌氧诮化研究 农业环境保护 1995I4(5 J：231234 【4】J FITZPATRICKs】u【Ig。procing byaembic digestion and
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