超聲溶胞污泥回流-SBR工藝典型重金屬再分配及累積的研究.pdf

1、城市污水廠剩余污泥產(chǎn)量大、處理費用高，帶來嚴峻的環(huán)境問題。在污水處理的過程中降低污泥產(chǎn)量具有重要的經(jīng)濟和環(huán)境意義。溶胞技術應用于污水處理工藝是實現(xiàn)污泥過程減量的主要方法之一，但關于該技術中重金屬的遷移變化及對系統(tǒng)的作用機制的相關研究較少，為其安全性應用造成隱患。論文采用超聲波污泥溶胞的手段，結(jié)合序批式生物反應器（Sequencing Batch Reactor，SBR），系統(tǒng)研究了污泥重金屬在溶胞過程中的污泥固-液兩相的再分配及形態(tài)分布

2、規(guī)律，探討了該工藝運行過程中重金屬在系統(tǒng)中的累積機制，研究了重金屬對該處理工藝運行效果的影響。
　　通過靜態(tài)實驗的方法研究了S BR工藝中活性污泥在超聲波溶胞過程中重金屬的變化特性，系統(tǒng)分析了污泥中8種典型重金屬（As、Zn、Ni、Cd、Cr、Cu、Pb和Hg）的污泥固-液兩相的再分配及形態(tài)分布規(guī)律，并研究了溶胞過程關鍵操作參數(shù)對其再分配及形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明，超聲溶胞作用能有效破壞污泥絮體，釋放重金屬，提高了污泥中重金屬的穩(wěn)

3、定性。超聲作用時間和聲強對重金屬在污泥固-液兩相中的分配產(chǎn)生影響。在超聲聲強為188 W/c m2的條件下，作用時間0-15 mi n，污泥絮體所含重金屬在液相中的溶出量與超聲波作用時間成正比。超聲作用15 mi n，污泥液相中重金屬的溶出存在的有效能量作用范圍為125-251 W/c m2。超聲污泥溶胞作用影響重金屬在污泥固相中的化學形態(tài)分布。當超聲聲強為188 W/c m2時，隨著超聲波作用時間的延長，污泥固相中重金屬的不穩(wěn)定化學形

4、態(tài)比例降低，穩(wěn)定化學形態(tài)比例提高。As、Zn、Ni在污泥中不穩(wěn)定，易受到超聲溶胞作用的影響，溶出率較高，在污泥固相中的化學形態(tài)分布變化大。Cu、Pb、Hg等重金屬在污泥中較為穩(wěn)定，受超聲溶胞作用的影響較弱，液相中釋放的濃度不高，在污泥固相中的化學形態(tài)分布變化不顯著。利用響應曲面法研究了溶胞過程重金屬釋放規(guī)律，污泥中重金屬總量溶出規(guī)律可表達為CHM=-3069.09+107.49× t+27.46× I+0.10× t× I–2.11×

5、t2–0.06×I2，與溶胞操作參數(shù)有關。
　　以傳統(tǒng) SBR工藝為對照，在分析探討超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝中污泥減量與污水處理效能的基礎上，著重研究了重金屬在超聲溶胞污泥回流-SBR工藝污水處理過程的累積規(guī)律及形態(tài)變化?？疾炝讼到y(tǒng)中減量效果、出水水質(zhì)、污泥性能等變化情況，并與對照系統(tǒng)進行對比分析。結(jié)果表明，在連續(xù)運行的120 d內(nèi)，污泥超聲污泥溶胞回流-SBR污水處理工藝中日平均污泥產(chǎn)量約為85?12 mg/L/d，

6、較對照組降低50％左右；COD去除率達70%以上，氨氮平均出水濃度為16 mg/L，總磷濃度略有升高。與對照組相比，重金屬在減量系統(tǒng)中的累積較大，污泥活性略高?；钚晕勰鄬χ亟饘俚奈骄哂羞x擇性，重金屬在反應器中的去除率及累積由于自身特性而不同，相應地，其在污泥中的賦存形式具有差異。Cu與有機物親電性最強，去除率達98%以上，累積量也高；Pb與 Cd存在競爭吸附，兩者在污泥中的累積呈現(xiàn)此消彼長的現(xiàn)象。重金屬在減量系統(tǒng)運行過程中的化學形態(tài)變

7、化與污泥吸附重金屬的機制有關，經(jīng)過120 d的運行后，污泥中各重金屬的不穩(wěn)定態(tài)比例略有提高。污泥中的重金屬的潛在生態(tài)危害評價結(jié)果表明，除 Cd外，重金屬的累積對環(huán)境的潛在生態(tài)風險程度在較低的范圍，需要對Cd進行適當處理。
　　采用P CR-D G GE技術分析重金屬對超聲溶胞污泥回流-S BR污水處理工藝過程微生物的影響，與對照組相比，減量系統(tǒng)中微生物種類較豐富。超聲溶胞作用釋放大量有機物可供微生物利用，緩解重金屬對微生物造成的危

8、害，Sphingobacterium，pirochaeta sp.和Uncultured Acinetobacter sp.為該技術在減量過程中的功能菌。
　　采用數(shù)學關系式擬合的方法研究了重金屬對超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝運行效果的影響。構建了基于莫諾方程的超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝有機物降解數(shù)學關系式，能較好的模擬該污水處理過程。計算結(jié)果表明，污泥中活性部分減少，不可降解的顆粒有機物增多。溶胞后的污泥作為基

9、質(zhì)參與污泥微生物代謝，F(xiàn)/M增加到0.93 mg COD/mg biomass/d。通過計算擬合出來的污泥微生物最大比增長速率?'為3.27 d-1。出水COD濃度的模擬值與實驗值良好擬合，證實了數(shù)學關系式對超聲溶胞污泥回流-SBR污水處理工藝預測的實用性。預測重金屬濃度對有機物降解及污泥減量效果的影響，結(jié)果表明，進水重金屬濃度在0-12.5 mg/L的范圍內(nèi)不影響超聲溶胞污泥回流的SBR污水處理工藝的正常運行，COD去除率為62.5%