對厭氧污泥進(jìn)行臭氧曝氣試驗(yàn)的研究

 

        隨著城市人口的不斷增長，城市剩余污泥每年以大約10% 的速率增長，總量達(dá)到2. 2 × 107 t，其中，有80%的污泥未經(jīng)穩(wěn)定處理，致使污泥中帶有惡臭，并含有大量的病原體、寄生蟲、重金屬、有機(jī)物等，如未能及時(shí)有效處理，很容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。同時(shí)污泥中也含有豐富的氮、磷、少量鉀、有機(jī)質(zhì)和植物生長所需要的微量營養(yǎng)元素，它能夠補(bǔ)充土壤養(yǎng)分、改善土壤物理性狀、提高土壤肥力、增加土壤微生物的多樣性和提高酶的活性。將污泥厭氧消化和農(nóng)田利用結(jié)合是實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和資源化的重要技術(shù)。

 

       臭氧作為除氟以外氧化還原電位 很高的氧化劑，已被廣泛運(yùn)用于各種領(lǐng)域中；利用臭氧處理厭氧污泥可促進(jìn)細(xì)胞的裂解，減少剩余污泥量，降低污泥的COD值、色度、濁度4等；通過破壞分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，氧化分解產(chǎn)生酶；直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞大分子聚合物，使細(xì)菌的代謝和繁殖過程遭到破壞。

 

        臭氧處理污泥過程中會改變氮素形態(tài)，進(jìn)而改變養(yǎng)分利用效率，以致影響后期污泥的農(nóng)田利用。本文通過自行設(shè)計(jì)的臭氧曝氣裝置對厭氧污泥進(jìn)行處理，探索曝氣時(shí)間對厭氧污泥氮素形態(tài)和含量作用特征的影響，以期為農(nóng)業(yè)高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

 

1、材料與方法

1.1材料

供試生活污泥取自天津市冀莊子污水處理廠的厭氧污泥，其理化性質(zhì)如表1所示。實(shí)驗(yàn)裝置為自行研制的臭氧曝氣裝置（圖1），其中，臭氧氧化反應(yīng)器直徑為12cm、高50cm。氣體流量3~3.5L/min，

表1

圖1
 

03質(zhì)量濃度38~60mg/L，出氣經(jīng)過置于反應(yīng)器底部的鈦合金微孔曝氣頭進(jìn)入臭氧氧化反應(yīng)器，以20g/L的硼酸為吸收液，啟動(dòng)臭氧發(fā)生器后淀粉碘化鉀試劑開始變藍(lán)時(shí)計(jì)時(shí)，臭氧尾氣由碘化鉀吸收后排放。

1.2方法

（1）檢測方法：樣品污泥2L，在曝氣0、10、20、30、40、50min時(shí)取樣300mL，記l；10、l20、l30、l40、l50。

測定各處理的總氮（TN）、可溶態(tài)總氮（DTN）、顆粒態(tài)有機(jī)氮（PON）、亞硝態(tài)氮（NO，N）、銨態(tài)氮（NHN）、硝態(tài)氮（NO，N）、總凱氏氮（TKN）、可溶性凱氏氮（DKN）、可溶態(tài)有機(jī)氮（DON）。其中，TN采用堿性過硫酸鉀消煮后比色測定；DTN是將通過0.45um濾膜后的水樣用堿性過硫酸鉀消煮比色測定；NO2N用N-（1奈基）乙二胺光度法；NHN用納氏試劑光度法；NO，N用紫外分光光度法；TKN包括以溶解態(tài)存在的NHN和有機(jī)氮]。

（2）關(guān)系計(jì)算方法：溶解態(tài)有機(jī)氮質(zhì)量濃度

（DON）等于DKN質(zhì)量濃度減去NHN質(zhì)量濃度；溶解態(tài)無機(jī)氮質(zhì)量濃度（DIN）等于NHN質(zhì)量濃度加上NO3N質(zhì)量濃度和NO2N質(zhì)量濃度；顆粒態(tài)有機(jī)氮質(zhì)量濃度（PON）等于TKN質(zhì)量濃度減去DKN質(zhì)量濃度。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析：數(shù)據(jù)采用DPS9.5進(jìn)行差異顯著性分析，用Tukey法在0.05水平上檢測。

 

2.討論

（1）總氮在整個(gè)曝氣體系中降低了124.76mg/L，原因在于污泥中一些懸浮顆粒在曝氣過程中被破解，使得污泥絮狀體的固液接觸面積增大，吸附了污水中的顆粒態(tài)有機(jī)氮；部分有機(jī)氮被臭氧氧化成無機(jī)氮或進(jìn)入液相或以N2、NH，形式逸失。

（2）在臭氧曝氣過程中，可溶性的凱氏氮降低11.45mg/L，銨態(tài)氮降低191.28mg/L。原因在于臭氧首先作用于細(xì)胞壁、細(xì)胞膜，使其結(jié)構(gòu)受損而穿透膜，破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖，以致新陳代謝障礙改變細(xì)胞的通透性06-11，促使細(xì)胞質(zhì)中的酶類物質(zhì)釋放；同時(shí)在臭氧強(qiáng)烈的氧化作用下，將污泥中的懸浮態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)有機(jī)物。

（3）在臭氧曝氣過程中，銨態(tài)氮在整個(gè)反應(yīng)體系中降低了191.28mg/L。導(dǎo)致其損失的原因在于一部分銨態(tài)氮以氨氣揮發(fā)，另一部分是因?yàn)楸怀粞跹趸?，促進(jìn)反應(yīng)體系中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。

（4）在臭氧曝氣過程中，亞硝態(tài)氮減少了4.35mg/L，硝態(tài)氮增加了29.42mg/L，原因在于少量的銨態(tài)氮被氧化所致，二者會發(fā)生一定的氧化還原反應(yīng)；亞硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化量，因?yàn)閬喯鯌B(tài)氮不穩(wěn)定，當(dāng)遇到臭氧會被氧化為硝態(tài)氮；臭氧對污泥有機(jī)物質(zhì)減量化，臭氧可直接將污泥中的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機(jī)物質(zhì)氧化成CO2、H20、NO3等，也就等同于直接將污泥無機(jī)化。

 

3.結(jié)論

（1）臭氧曝氣對厭氧污泥氮素形態(tài)以及含量的影響顯著。總氮、總凱氏氮、溶解性凱氏氮、銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、顆粒態(tài)有機(jī)氮、顆粒態(tài)總氮均隨曝氣時(shí)間延長而減少，連續(xù)曝氣50min后，分別降低124.76、232.51、11.45、191.28、4.35、221.06、286.06mg/L；可溶態(tài)總氮、硝態(tài)氮和溶解態(tài)有機(jī)氮隨曝氣時(shí)間延長而增加，持續(xù)臭氧曝氣50min，分別增加161.29、29.42和179.83mg/L。

（2）隨著曝氣時(shí)間的增加，整個(gè)反應(yīng)體系中厭氧污泥的氮總量保持平衡，在反應(yīng)過程中以氣態(tài)形式存在的氨達(dá)到12.79%。

（3）在臭氧曝氣過程中，只有亞硝態(tài)氮與其他指標(biāo)之間的相關(guān)性沒有達(dá)到顯著性水平，其他各氮素形態(tài)之間均達(dá)到顯著或極顯著水平。

作者：邱凌, 張容婷

( 1． 西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌712100;

(2． 農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)站，陜西楊凌712100)