新MG电子app
热门标签: ppp 酒店 老年公寓 公共服务 电商 太阳能 医院 天然气 教育

以超声波破解剩余污泥为碳源强化污水脱氮

相关会员
err

  • 资料价格: 5
  • 文件类型:pdf
  • 资料大小:421.9 KB
  • 上传时间:2019-09-18 17:44:43
  • 标签:剩余污泥; 超声波; 响应曲面法; BOD5 ; 反硝化; 外加碳源
  • 下载?#38382;?/span> 0


(7天内重复下载不累计消耗积分)

针对污水厂生物脱氮碳源不足和剩余污泥难以处置的问题,?#25945;?#20102;利用超声波处理后的剩余污泥作为生物脱氮
外加碳源的可行性。研究采用三因素三水平?#21335;?#24212;曲面分析法,考察了超声波声能密度、时间和 pH 对剩余污泥可生
化性( BOD5 ) 的影响,?#33539;?#20102;超声波破解剩余污泥的最佳工艺条件。结果表明: 在超声波声能密度为 2. 0 W/mL,超声
波时间为 40 min 和 pH= 7. 0 的条件下,剩余污泥 ρ( BOD5 ) 为 2195 mg /L,增加为原来( 88 mg /L) 的 24. 9 倍,大大增强
了其可生化性。超声波破解前后剩余污泥的大肠菌群检测结果证明,超声波破解也可将致病菌灭活,使剩余污泥无害
化。在以 3 种剩余污泥产物为外加碳源的反硝化实验中,利用最佳?#38382;?#26465;件下处理的剩余污泥为碳源时反硝化效果
最好,反应仅进行 14 h,ρ( NO
3 -N) 从 108 mg /L 迅速降至 3 mg /L,去除率达到 95%以上,NH
+
4 -N 几乎无积累,整个反硝
化过程完成仅需 24 h,表明采用优化后的超声波预处理条件可以?#34892;?#25552;升以剩余污泥为碳源的反硝化效果。
关键词: 剩余污泥; 超声波; 响应曲面法; BOD5 ; 反硝化; 外加碳源
DOI: 10. 13205 /j.hjgc.201903009
ULTRASOUND TREATMENT OF EXCESS SLUDGE AS CARBON SOURCE TO STRENGTHEN
DENITRIFICATION OF WASTEWATER
ZHAO Wei,CHEN Nan,LIU Yong-jie,PENG Tong,FENG Chuan-ping
( School of Water Resources and Environment,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)
Abstract: The insufficient carbon source for biological denitrification and difficult disposal of excess sludge are two common
problems in wastewater plants. This study explored the feasibility of using excess sludge treated under optimized ultrasonic
condition as additional carbon source for biological denitrification. The response surface methodology of three factors and three
levels was used to investigate the effects of ultrasound energy density,ultrasonic time and pH on BOD5 . The optimum
conditions of ultrasonic treatment for excess sludge were confirmed. The optimum BOD5 concentration achieved 2195 mg /L at
the ultrasonic sound energy density of 2. 0 W/mL,ultrasonic time of 40 minutes and pH of 7. 0,which was 24. 9 times as
much as the BOD5 concentration of untreated sludge. The biodegradability was greatly improved. The detection of the coliforms
including E.coli before and after ultrasonic crack showed that these pathogenic bacteria in sludge could be killed by ultrasonic
crack,which made the remaining sludge harmless. In the denitrification experiments using three product of the sludge as
additional carbon source,denitrification was the best for excess sludge treated under the best parameters. ρ( NO
3 -N) was
reduced from 108 to 3 mg /L in only 14 hours. It took only 14 hours to complete the entire denitrification process,and the
removal efficiency exceeded 95%. And there was little accumulation of NH
+
4 - N. In summary,the optimized ultrasonic
pretreatment conditions can effectively enhance the denitrification efficiency of excess sludge as carbon source.
Keywords: excess sludge; ultrasound treatment; response surface methodology; BOD5 ; denitrification; additional carbon
source
* 国家自然科学基金( 51578519) 。
收稿日期: 2018-08-10
0 引 言
生物脱氮过程中的碳源不足和剩余污泥的减量
化、无害化处置是城市污水处理厂运行中的两大难
[1-2]
。如果将剩余污泥作为生物脱氮的有机碳源,
不仅可以减少外加碳源的投加,节省运行成本,而且
还能够实现剩余污泥的资源化和稳定化,从而减少剩第 3 期 赵 薇,等: 以超声波破解剩余污泥为碳源强化污水脱氮
余污泥的处理费用。以污治污,变废为宝,使其成为
国内外研究的热点
[3-4]
为了使剩余污泥中的有机?#23454;?#20197;充分利用,需要
对污泥进行预处理,破坏污泥的絮体结构和污泥微生
物?#21335;?#32990;壁,使污泥微生物细胞内和胞外聚合物中的
有机物质释放出来
[5]
。研究表明,超声波、微波、热
水解和臭氧氧化?#30830;?#27861;均对微生物细胞有破壁效
[6-7]
。王晓霞等
[8]
采用超声波法、酸碱法和加热处
理 3 种方法处理污泥,得出采用超声波法处理污泥最
有利于污泥减量和污泥微生物细胞破壁。污泥微生
物破壁后释放出的有机物可用作碳源,为了进一?#25945;?
究超声波破解污泥后有机物的变化情况,蒋 建 国
[9]
和 Zielewicz
[10]
?#25945;?#20102;超声波破解前后污泥上清
液 SCOD( 溶解性 COD) 的变化,发现超声波后 SCOD
明显增加,但是?#25945;值牟问?#36739;少。为了更全面地了解
超声波破解污泥后污泥性?#23454;?#21464;化,王怡等
[11]
?#25945;?
了超声波破解污泥后 SCOD 和 MLVSS 的变化,结果
表明,在超声波声能密度为 1. 2 W /mL,作用时间 10
min,水解为 48 h 后,SCOD 增加了 1. 96 倍,污泥减量
为原来的 50%,可以看出 SCOD 增加效果并不明显,
破解产物提供的可利用碳源很少,另外水解过程造成
的耗时长和占地面积大也?#26723;?#20102;其实用性。
超声波破解污泥在国内外研究得已经比较深入,
但在最优处理?#38382;?#26041;面尚未得到明确结论,并且处理
剩余污泥目的多是污泥减量化,对污泥资源化的研究
则相对较少。先前研究中常用 SCOD 来表征处理的
效果
[6,12]
,但是真正能评价剩余污泥中有机物可生化
性( 污泥中可以真正可被微生物利用的有机物) 的指
标是 BOD5
[13-14]
。因此,为了得出超声波破解剩余污
泥的最佳?#38382;?#26412;研究采用响应曲面法,以超声波声
能密度、时间和 pH 为控制?#38382;?#20197; BOD5 为响应指
标,对工艺进行优化,使破解后的污泥更好地为反硝
化菌所利用,实现剩余污泥资源化。研究还考察了剩
余污泥在超声波破解前后包括大肠?#21496;?#22312;内的大肠
菌群等致病菌存在情况,以评价超声波处理后剩余污
泥的无害化程度,为剩余污泥的资源化、稳定化和无
害化处理提供借鉴和参考。
1 实验部分
1. 1 实验材料
1. 1. 1 剩余污泥来源
本研究所使用的剩余污泥取?#21592;本┦行?#23478;河污
水处理厂。污泥取回后,先用 80 ?#21487;?#36807;滤,去除污泥
中的悬浮颗粒,在 4 ℃条件下静置沉淀 24 h 后,弃去
上清液,将获得的浓缩污泥保存于 4 ℃冰箱?#23567;?#27745;泥
基本性质如表 1 所示。
表 1 剩余污泥基本性质
Table 1 Characteristics of the excess sludge sample mg /L( pH 除外)
?#38382;?pH 值 ρ( SCOD) ρ( TCOD) ρ( BOD5 ) ρ( MLVSS) ρ( 溶解性蛋白质) ρ( 溶解性总糖)
平均值 6. 8±0. 1 387±10 15968±80 88±5 17400±100 10. 2±0. 5 6. 3±1. 0
1. 1. 2 模拟废水和接种污泥
采用人工配制的模拟废水,研究以剩余污泥作为
反硝化碳源的性能。模拟废水组成为: ρ( KH2PO4 ) =
44 mg /L,ρ( NaNO3 ) = 303. 6 mg /L,ρ( NO
3 -N) = ( 100±
5) mg /L。
反硝化实验接种污泥取自肖家河污水处理厂,接种
前经培养?#33322;?#34892;富集培养反硝化细菌,所用培养液配方
表参考文献[5],并根据实验进行调整,即添加 NaNO3、
葡萄糖和 KH2PO4,保持培养液 ρ ( COD) 为100 mg/L,
ρ( NO
3-N) 为 100 mg/L,每隔 3 d 更换培养液。实验接
种污泥的 ρ( MLVSS) 约为( 5400±100) mg/L。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 超声波处理实验
用超声波细胞粉碎机( SCIENTZ-950E,宁 波 新
芝) 对剩余污泥进行破解,工作频率为 20 kHz。用超
声波专用烧杯取 400 mL 剩余污泥,放入超声波破碎
细胞破碎仪内,采用实验设定的超声波功率和时间进
行 超 声 波 破 解。 使用冷冻离心机 ( 5430R,
Eppendorf,德国) 于 10000 r /min 下离心破碎剩余污
泥 10 min 后,将上清液置于 4 ℃ 冰箱内保存待测。
除 BOD5 外,所有样品均在 48 h 内完成指标分析。
实验以响应曲面法分析多因素对目标值的影响,
响应 曲 面 法 在 污 泥 处 理 乃 至 环 境 领 域 应 用 很
广
[16-17]
。运用 Box-Behnken 法设计实验,以剩余污泥
破解后的 BOD5 作为目标值,前期通过单因素?#33539;?#30340;
3 个影响因素分别为超声波声能密度、时间和 pH。
以 3 个因素为控制?#38382;?#27599;个实验条件进行 3 组平行
实验,实验结果取 3 组实验平均值。实验因素与水平
设计如表 2 所示。
54环 境 工 程 第 37 卷
表 2 Box-Behnken 实验设计因素及水平
Table 2 Selected variables and levels for the
Box-Behnken test
?#38382;?编码
水平
-1 0 1
声能密度/( W·mL
-1
) A 1. 2 2. 0 2. 8
时间/min B 20 40 60
pH C 4 7 10
1. 2. 2 反硝化实验
为了考察超声波预处理是否增强了剩余污泥作
为外加碳源的效果,用上述响应曲面法得出的最佳参
数处理的剩余污泥、污泥上清液和未经处理的剩余污
泥作为外加碳源,进行反硝化实验。处理条件分别
为: 1) 破解污泥: 剩余污泥在声能密度为 2. 0 W /mL,
超声波时间为 40 min,pH 为 7 的超声波条件下处理
获得( 响应曲面优化得出的最佳处理?#38382;? 。2) 破解
污泥上清液: 上述破解污泥以 10000 r /min 的转速离
心 10 min 后得到的上清液。3) 原污泥: 未经处理的
剩余污泥。
在 3 个相同的锥形瓶中分别加入 25 mL 3 种外
加碳源,控制 C /N≈2( 以 SCOD 计) ,然后接种 5 mL
驯化培养的反硝化菌液,并加入 1 L 模拟废水。用稀
HCl 和 NaOH 溶液调节 pH 值为 7,并用氮气吹脱 10
min 以去除装置中的溶解氧,橡胶塞密封,塞子上方
设有取 样 口。将锥形瓶放置于 150 r /min 的 摇 床
( ZHL-280,太仓市强乐实验设备有限公司) 中,于恒
温 30 ℃ 下培养。每 4 ~ 5 h 各取样 1 次,测定 NO
3 -
N、NO
2 -N、NH
+
4 -N 和 TOC,直至目标污染物 NO
3 -N
和 NO
2 -N 降解到检出限以下。
1. 3 分析方法
分析 指 标 为 TOC、NO
3 - N、NO
2 - N、NH
+
4 - N、
COD、BOD5、pH、蛋白质和多糖,测定方法均参照国家
环保总局发布的标准方法
[18]
。大肠菌群检测使用大
肠菌群/大肠?#21496;?#27979;试片( Petrifilm
TM
,美国) 检测。测
试片上大肠?#21496;?#26174;示为蓝色带气泡,其他大肠菌群为
红色带气泡
[19]
2 实验结果与讨论
2. 1 超声波破解剩余污泥的?#38382;?#20248;化
2. 1. 1 以 BOD5 为评价指标?#21335;?#24212;曲面法实验分析
实验设计及结果如表 3 所示。用 Design Expert
软件?#21592;?3 中的实验数据进行多元线性回归分析和
二项式拟合,各?#38382;?#30340;方差分析如表 4 所示,得到污
泥超声波破解后的 BOD5 模型拟合公式,见式( 1) :
Y = 581. 48056 + 36. 71875A + 21. 88625B +
262. 91389C - 2. 06250AB - 5. 93750AC -
0. 43750BC + 57. 57813A
2
- 0. 15537B
2
16. 04444C
2
( 1)
式中: Y 为 BOD5 的预测值; A、B 和 C 分别代表声能
密度、时间和 pH 的实?#25163;怠?
表 3 实验设计及响应值
Table 3 Experimental design and the response values
试验编号 A B C ρ( BOD5 ) /( mg·L
-1
)
1 0 1 -1 1869
2 -1 0 1 1901
3 0 0 0 2087
4 -1 -1 0 1897
5 1 -1 0 2075
6 0 1 1 1922
7 -1 0 -1 1871
8 -1 1 0 2038
9 1 0 -1 2010
10 0 0 0 2080
11 0 0 0 2050
12 0 0 0 2014
13 0 -1 1 1868
14 0 0 0 2013
15 1 1 0 2084
16 1 0 1 1983
17 0 -1 -1 1710
表 4 BOD5 的回归模型方程方差分析
Table 4 Analysis of ANOVA for th
新MG电子app 甘肃体彩十一选五app 幸运飞艇推荐 老11选5是什么版本 北京pk10专家实时杀号 广东时时彩开彩结果 河北十一选五预测号码 金庸3加强怎么赚钱快 南粤36选7最新开奖 北京快乐8专家计划 湖北十一选五走势图手机版