對厭氧污泥進行臭氧曝氣試驗的研究

 

        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，總量達到2. 2 × 107 t，其中，有80%的污泥未經穩(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、有機物等，如未能及時有效處理，很容易造成嚴重的環(huán)境污染。同時污泥中也含有豐富的氮、磷、少量鉀、有機質和植物生長所需要的微量營養(yǎng)元素，它能夠補充土壤養(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田利用結合是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和資源化的重要技術。

 

       臭氧作為除氟以外氧化還原電位 很高的氧化劑，已被廣泛運用于各種領域中；利用臭氧處理厭氧污泥可促進細胞的裂解，減少剩余污泥量，降低污泥的COD值、色度、濁度4等；通過破壞分解細菌的細胞壁，氧化分解產生酶；直接與細菌、病毒發(fā)生作用，破壞大分子聚合物，使細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)，進而改變養(yǎng)分利用效率，以致影響后期污泥的農田利用。本文通過自行設計的臭氧曝氣裝置對厭氧污泥進行處理，探索曝氣時間對厭氧污泥氮素形態(tài)和含量作用特征的影響，以期為農業(yè)高效利用提供理論依據(jù)和技術支撐。

 

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，其理化性質如表1所示。實驗裝置為自行研制的臭氧曝氣裝置（圖1），其中，臭氧氧化反應器直徑為12cm、高50cm。氣體流量3~3.5L/min，

表1

圖1
 

03質量濃度38~60mg/L，出氣經過置于反應器底部的鈦合金微孔曝氣頭進入臭氧氧化反應器，以20g/L的硼酸為吸收液，啟動臭氧發(fā)生器后淀粉碘化鉀試劑開始變藍時計時，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和有機氮]。

（2）關系計算方法：溶解態(tài)有機氮質量濃度

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

（3）數(shù)據(jù)處理與分析：數(shù)據(jù)采用DPS9.5進行差異顯著性分析，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)有機氮；部分有機氮被臭氧氧化成無機氮或進入液相或以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胞壁、細胞膜，使其結構受損而穿透膜，破壞膜內脂蛋白和脂多糖，以致新陳代謝障礙改變細胞的通透性06-11，促使細胞質中的酶類物質釋放；同時在臭氧強烈的氧化作用下，將污泥中的懸浮態(tài)有機物轉化為溶解態(tài)有機物。

（3）在臭氧曝氣過程中，銨態(tài)氮在整個反應體系中降低了191.28mg/L。導致其損失的原因在于一部分銨態(tài)氮以氨氣揮發(fā)，另一部分是因為被臭氧氧化，促進反應體系中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉化。

（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；亞硝態(tài)氮的轉化量，因為亞硝態(tài)氮不穩(wěn)定，當遇到臭氧會被氧化為硝態(tài)氮；臭氧對污泥有機物質減量化，臭氧可直接將污泥中的碳水化合物、蛋白質、脂肪等大分子有機物質氧化成CO2、H20、NO3等，也就等同于直接將污泥無機化。

 

3.結論

（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)有機氮、顆粒態(tài)總氮均隨曝氣時間延長而減少，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)有機氮隨曝氣時間延長而增加，持續(xù)臭氧曝氣50min，分別增加161.29、29.42和179.83mg/L。

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

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

作者：邱凌, 張容婷

( 1． 西北農林科技大學機械與電子工程學院，陜西楊凌712100;

(2． 農業(yè)部農村可再生能源開發(fā)利用重點實驗站，陜西楊凌712100)