水力空化協(xié)同臭氧氧化法處理醫(yī)療污泥技術(shù)研究

文_王子榮 劉美琴 李文波 山西衛(wèi)安環(huán)保科技股份有限公司

醫(yī)療污水中所含80%以上的致病微生物及90%以上的寄生蟲卵等在污水處理過(guò)程中都富集到了污泥中，危害性較大，且醫(yī)療污泥作為危險(xiǎn)廢物其最終委托處置焚燒費(fèi)用較高，因此開展醫(yī)療污水污泥原位減量技術(shù)的研究十分必要。

1 研究方法

1.1 國(guó)內(nèi)污泥減量技術(shù)研究概況

污泥破壁溶胞預(yù)處理技術(shù)是目前研究較多的污泥減量技術(shù)，主要通過(guò)物理法、化學(xué)法、生物法以及它們的聯(lián)合法等，對(duì)污泥絮體及微生物細(xì)胞進(jìn)行破壁，使有機(jī)物由固相溶出進(jìn)入液相，再次返回生化系統(tǒng)重新被微生物代謝利用，從而導(dǎo)致污泥產(chǎn)量的減少。國(guó)外有學(xué)者對(duì)臭氧（O3）化污泥減量效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)O3投加量為0.021kgO3/kgTSS時(shí)可實(shí)現(xiàn)70%的污泥減量效果。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者采用水力空化－堿聯(lián)合工藝對(duì)剩余污泥破解研究，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合法具有協(xié)同作用，其效果優(yōu)于單獨(dú)處理的效果之和。

1.2 研究思路

將破壁溶胞技術(shù)引入到醫(yī)療污泥的減量處理，是一條十分有效的醫(yī)療污泥處置出路。研究表明堿性條件可引發(fā)加速O3發(fā)生自由基反應(yīng)生成·OH，氧化能力更強(qiáng)，但由于O3的傳質(zhì)問(wèn)題，使得O3的利用效率偏低。本研究引入水力空化技術(shù)作為提高O3利用效率的手段和攪拌裝置，采用堿解技術(shù)、臭氧氧化與水力空化技術(shù)聯(lián)合，通過(guò)協(xié)同增強(qiáng)作用，研究該工藝對(duì)醫(yī)療污泥破壁溶出效果。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

選取某綜合醫(yī)院醫(yī)療污泥作為樣品，分別研究不同堿投加量、O3投加量、O3進(jìn)氣濃度、污泥濃度等對(duì)污泥破壁減量效果的影響。pH值采用精密pH酸度計(jì)側(cè)定，COD采用重鉻酸鉀消解法測(cè)定，TSS、VSS采用重量法測(cè)定，NH4+-N采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，PO43-采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

本實(shí)驗(yàn)污泥破壁減量效果以污泥上清液的COD濃度表，用rCOD（released COD）表示，其包括傳統(tǒng)意義的溶解性COD和細(xì)胞破壁釋放出的非溶解性COD。

實(shí)驗(yàn)采用50L的反應(yīng)器中進(jìn)行，量取40L醫(yī)療污泥，然后投加NaOH，將水力空化裝置置于反應(yīng)器中，開啟水力空化裝置和臭氧發(fā)生器。在室溫下反應(yīng)一定時(shí)間后取樣，在4℃下沉淀10min后取上清液用中速濾紙過(guò)濾后，進(jìn)行水質(zhì)分析，所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為3次實(shí)驗(yàn)的平均值。

2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與分析

2.1 污泥來(lái)源及指標(biāo)

污泥取自某綜合醫(yī)院污水處理站污泥池，將其沉淀濃縮24h后，檢測(cè)其主要性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 污泥的主要性質(zhì)指標(biāo) 單位：mg/L

2.2 堿投加量的影響

由圖1可以看出，隨著堿投加量的增加，污泥上清液中的rCOD也大幅度增加，在堿投加量為0.02g/gTSS時(shí)，rCOD的增加相對(duì)緩慢，而在0.04g/gTSS和0.06g/gTSS時(shí)，rCOD的增長(zhǎng)幅度較大。60min時(shí)，rCOD分別增加了1537mg/L和2338mg/L，此現(xiàn)象表明堿性條件有助于污泥細(xì)胞的破解，高pH值不僅能破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，還能夠使微生物細(xì)胞壁破解，細(xì)胞內(nèi)含物釋放溶出，使得污泥上清液中rCOD更高。為保證處理后污泥pH值不會(huì)對(duì)污泥回流到生化系統(tǒng)被微生物代謝利用及后續(xù)處理造成影響，因此確定后續(xù)實(shí)驗(yàn)堿解的最適投加量為0.02g/gTSS。

圖1 堿投加量對(duì)污泥上清液rCOD含量的影響

2.3 臭氧投加量及進(jìn)氣濃度的影響

本實(shí)驗(yàn)同時(shí)采用水力空化協(xié)同微堿臭氧氧化聯(lián)合法對(duì)污泥進(jìn)行破壁溶胞處理，確定堿投加量為0.02g/gTSS，O3進(jìn)氣濃度和投加量通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)生器進(jìn)氣源的進(jìn)氣流量和作用時(shí)間來(lái)控制。隨著O3進(jìn)氣濃度的增加，污泥上清液中rCOD的含量也有所增加，該現(xiàn)象說(shuō)明增大O3進(jìn)氣濃度，由氣相融入液相的O3就會(huì)增多，與污泥混合液的反應(yīng)就會(huì)越劇烈，污泥破壁效果就越好。進(jìn)氣濃度為17mg/L、34mg/L、51mg/L時(shí)，達(dá)到rCOD含量最大所需反應(yīng)時(shí)間分別為72min、48min和32min，即進(jìn)氣濃度越大，達(dá)到相同的O3投加量所需反應(yīng)時(shí)間越短，污泥破壁效果越好。

該現(xiàn)象說(shuō)明在微堿（pH＜11）、水力空化條件下，O3的投加顯著增強(qiáng)了污泥破壁效果，更多的胞內(nèi)物質(zhì)溶出進(jìn)入液相，這是因?yàn)樗栈饔锰岣吡顺粞醯膫髻|(zhì)效率，使得O3的利用率大幅度提高，且在堿性條件下，由于·OH的產(chǎn)生使得O3氧化能力增強(qiáng)，污泥中更多的組分被氧化破解。當(dāng)O3投加到一定量時(shí)，細(xì)胞達(dá)到最大破解程度，繼續(xù)增加O3，會(huì)礦化部分已經(jīng)溶出到液相的有機(jī)物質(zhì)，使污泥上清液中rCOD的含量有所減少。

2.4 污泥初始濃度的影響

在堿投加量為0.02g/gTSS，O3進(jìn)氣濃度為51mg/L，水力空化作用條件下，測(cè)試污泥初始濃度對(duì)污泥破壁溶胞效果的影響。污泥上清液中rCOD的含量隨污泥初始濃度的增加而增大，10TSS/L、20TSS/L、30gTSS/L的污泥分別在16min、32min、48min時(shí)達(dá)到了最大破解效果。

在污泥初始濃度10gTSS/L、20gTSS/L、30gTSS/L時(shí)，COD的溶出率分別為23.07%、22.11%、20.41%。由此可知，隨著污泥初始濃度的增加，污泥上清液rCOD含量雖呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但COD溶出率確有一定程度的減少，原因可能是在相同的O3進(jìn)氣濃度下，污泥初始濃度越大，單位質(zhì)量污泥固體與O3接觸的概率減少，降低了O3的破壁溶胞能力，另一方面污泥初始濃度越大，水力空化作用對(duì)污泥固體破解作用的能力減弱，使得污泥上清液rCOD溶出率有所降低，破壁效果有所減弱。

2.5 污泥減量效果分析

剩余污泥經(jīng)破壁處理后，部分固體物質(zhì)溶出進(jìn)入液相，污泥固體會(huì)有一定的減量，污泥的減量效果可以通過(guò)處理前后SS、VSS以及VSS/SS的變化來(lái)反映。圖2表明，堿解、臭氧與水力空化三者聯(lián)合處理污泥的TSS、VSS去除率最高，VSS/TSS最小，且在相同O3投加量下，高O3進(jìn)氣濃度的破壁效果最好。污泥經(jīng)過(guò)破壁溶胞處理后，污泥中絕大部分的微生物細(xì)胞已被破解，但只有部分有機(jī)物進(jìn)入液相，還有較大部分可被微生物重復(fù)利用的有機(jī)物質(zhì)仍滯留在污泥固相中，將被破壁處理的污泥回流到生化系統(tǒng)中，重新被活性污泥代謝利用。污泥絮體結(jié)構(gòu)及微生物細(xì)胞壁被破壞，也可表現(xiàn)為微生物被滅活死亡，經(jīng)檢測(cè)，污泥中細(xì)菌總數(shù)和糞大腸桿菌兩項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值均減少了95%以上。

圖2 不同處理?xiàng)l件下污泥TSS、VSS的變化情況

3 結(jié)論與建議

以上研究結(jié)果表明微堿（pH＜11）、臭氧氧化、水力空化三者聯(lián)合處理污泥可實(shí)現(xiàn)較好的破壁效果，發(fā)揮了很好的協(xié)同作用，通過(guò)后續(xù)的破壁污泥回流可有效減少污泥產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化。建議結(jié)合氨氮、總磷等排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步分析污泥減量化對(duì)醫(yī)療廢水水質(zhì)的影響。