超聲-磁場耦合對污泥好氧消化的影響

陳召滬白 楊陳渝文熊 強

（1重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 重慶 401147 2重慶市環(huán)境科學研究院 重慶 401147 3重慶市大渡口區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 重慶 401147）

1 概述

隨著國家對環(huán)保要求的日益嚴格以及城市化進程的加快，污水處理廠迅速增加，如何將污泥進行妥善處理已成為迫在眉睫的問題。目前，國內(nèi)外對污泥處理處置的研究主要致力于污泥的資源化和減量化方面。超聲波處理技術(shù)因其在細胞破碎方面具有高效、穩(wěn)定、清潔、安全等優(yōu)點，且應用方便，因而在近年來備受關(guān)注。本文在超聲與磁場的耦合作用下破解污泥，旨在提高污泥脫水性能，最大程度上實現(xiàn)污泥的減量，便于污泥的后續(xù)處理，降低能耗，節(jié)約成本。

2 實驗部分

2.1 實驗材料和試劑

試驗所用污泥取自于某一污水處理廠曝氣池回流污泥井。在SBR系統(tǒng)中首先對接種污泥進行馴化培養(yǎng)，試驗用水為人工配制生活污水，水力停留時間為7h，沉降時間為4h。每天定時測量污泥的MLSS、SVI值，并排出一定量的剩余污泥。

主要實驗試劑包括試劑葡萄糖、蛋白胨、脲、硫酸銨、硫酸亞鐵、碳酸氫鈉、硫酸鎂、牛肉膏、可溶性淀粉、磷酸二氫鈉、碘化鉀、硫酸鋅、鹽酸、過硫酸鉀、硫酸、重鉻酸鉀、硫酸銀等。

2.2 主要實驗儀器

座式自控電熱壓力蒸汽滅菌器、多功能電動攪拌器、可見分光光度計、曝氣裝置、電子天平（兩位）、分析天平（四位）、磁力攪拌器、紫外分光光度計、機械式定時器、程控箱式電爐、強力磁鐵、超聲波細胞粉碎機等。

2.3 實驗方法

2.3.1 超聲-磁場預處理。超聲時間10min，超聲聲能密度為2W/mL。磁場強度分別為 0Gs、85Gs、120Gs、160Gs和 362Gs的條件下對污泥進行破解。

2.3.2 好氧消化。把經(jīng)過超聲-磁場耦合破解處理的剩余污泥到入錐形瓶中，將錐形瓶置于搖床上，在25℃左右，130r/min的條件下進行好氧消化實驗。以未破解的原污泥做對照試驗。

2.3.3 監(jiān)測指標及數(shù)據(jù)分析。主要指標為MLSS、TCOD、SCOD和氨氮，采用標準方法進行測量；對測得的數(shù)據(jù)進行整理分析，得出結(jié)論。

3 結(jié)果與討論

3.1 消化過程中污泥TCOD的變化

在好氧消化最初階段空白樣品COD降解速度最快，隨后COD降解速率變慢（見圖1）。這是因為在最初階段空白樣品的活性最大，其好氧消化速度最快，而經(jīng)過超聲-磁場耦合處理的污泥因微生物細胞死亡而導致的活性降低。經(jīng)過消化最終空白樣品COD減少量為56.9%，磁場強度分別為0Gs、85Gs、120Gs、160Gs和362Gs的污泥樣品，其COD減少量分別為56.1%、55.5%、58.2%、58.3%、59.8%。其中磁場強度為 120Gs、160Gs和362Gs的污泥樣品，其COD減少量均高于單獨進行超聲預處理的污泥樣品，這說明超聲-磁場耦合可以改進污泥好氧消化，進而提高處理效率。

3.2 好氧消化過程中污泥SCOD的變化

在整個消化過程中空白樣品SCOD隨消化時間增加而增加（見圖2）。消化初期空白樣品中微生物進行內(nèi)源代謝，生物固體自身溶解，釋放出大量的胞內(nèi)物質(zhì)，致使SCOD量不斷增加。經(jīng)預處理的污泥樣品SCOD在消化初始階段以較大降解速率降低，在后期階段開始緩慢增長。這是因為破解預處理時，部分微生物細胞破碎，其胞內(nèi)物質(zhì)提前釋放出來，所以消化初始階段污泥中含有很多有機物質(zhì)供微生物消化利用，而隨消化時間推移，微生物不斷消耗這部分有機物質(zhì)。

圖2 污泥SCOD隨消化時間的變化

3.3 好氧消化過程中污泥氨氮的變化

經(jīng)過破解處理的污泥樣品氨氮均是在消化初始階段先減小然后再增大；空白樣品氨氮一直增大，在消化初始階段增大的速率較小，隨后增長速率較大（見圖3）。呈現(xiàn)如此變化的原因是：蛋白質(zhì)降解過程中脫氨基作用產(chǎn)生了氨氮，但由于pH及溶解氧濃度的原因使得硝化細菌的硝化作用減弱，溶液中的氨氮不能及時的轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮，污泥中氨氮逐漸累積。

圖3 消化過程中污泥氨氮的變化

圖4 好氧消化過程中污泥濃度的變化

3.4 好氧消化過程中污泥濃度的變化

經(jīng)過11天的好氧消化空白樣品污泥濃度減少量為22.5%，而超聲—磁場耦合破解磁場強度分別為0Gs、85Gs、120Gs、160Gs和362Gs的污泥樣品，其污泥濃度減少量分別為26.9%、36.9%、23.6%、27.4%和29.6%。可以看出來磁場強度為85Gs、160Gs和362Gs的污泥樣品的污泥濃度減少量明顯高于單獨超聲破解處理的污泥樣品，這說明超聲-磁場耦合預處理比單獨超聲處理可以改進污泥好氧消化，進而可以減小能耗提高處理效率。

結(jié)語

超聲-磁場耦合破解處理后，在整個消化過程中污泥SCOD與氨氮含量都表現(xiàn)為先減少后增大；經(jīng)過11天好氧消化，磁場強度為160Gs和362Gs的污泥樣品污泥減少量與COD減少量明顯高于單獨進行超聲破解的污泥樣品。實驗說明超聲-磁場耦合處理比單獨超聲處理更有利于污泥好氧消化，可以降低超聲處理成本，有利于超聲技術(shù)的推廣和應用。