專利名稱：一種溶解污泥中生物細(xì)胞的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域中 一種溶解污泥中生物細(xì)胞的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
以活性污泥法為代表的廢水生物處理技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥，剩余污泥的
處置費(fèi)用占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的40-60%左右。研究剩余污泥減量化的技術(shù)是污 水處理領(lǐng)域急需解決的問題。剩余污泥減量化可以通過采用新的反應(yīng)器或操作從源 頭上減少污泥的產(chǎn)生來實(shí)現(xiàn)。如馮權(quán)等人發(fā)明的利用好氧一厭氧反復(fù)耦合污水處理 (邢新會(huì)，馮權(quán)，婁愷，羅明芳，授權(quán)發(fā)明專利ZL200310121766.7;馮權(quán)，邢新會(huì)， 劉則華，以剩余污泥減量化為目標(biāo)的廢水生物處理技術(shù)研究進(jìn)展，化工進(jìn)展，2004， 23(8): 832-836;馮權(quán)、劉則華、梁鵬，邢新會(huì)，用好氧一厭氧反復(fù)耦合生物反應(yīng)器 處理肌苷生產(chǎn)廢水，化工環(huán)保，2006， 26(6): 484-487)和相關(guān)多孔載體技術(shù)(邢新 會(huì)，馮權(quán)，授權(quán)發(fā)明專利ZL200410080347.8)以及衛(wèi)藤俊司發(fā)明的流離球(碎石球) 污水處理技術(shù)(衛(wèi)藤俊司，授權(quán)發(fā)明專利，CN96106018.2, 1997)等。
另一條剩余污泥減量化的途徑是通過處理已產(chǎn)生的污泥，即對(duì)污泥進(jìn)行溶菌處 理，然后將其再利用或和污水一起流入曝氣池內(nèi)進(jìn)行生物分解，從而減少向體系外
排放的污泥量。利用各種溶胞技術(shù)，使細(xì)菌能夠迅速死亡并成為微生物代謝的基質(zhì) 再次被其他細(xì)菌所利用，是該污泥減量工藝必須的手段。促進(jìn)細(xì)胞溶解,在傳統(tǒng)模型 中可以認(rèn)為是增大了細(xì)胞衰減速率，這樣可以降低剩余污泥的產(chǎn)量。目前促進(jìn)污泥 細(xì)胞溶解的方法有化學(xué)法(酸或堿處理)、物理法(加熱、超聲波、球磨、高壓 均質(zhì)和剪切均質(zhì))、氧化法(過氧化氫、臭氧、氯氣氧化)以及生物酶法處理等。 在上述方法中，從操作性、成本和效果上看，臭氧氧化是極具潛力的方法之一。
臭氧的氧化性極強(qiáng)，其氧化還原電位僅次于氟。臭氧反應(yīng)后生成物是氧氣，所 以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。據(jù)報(bào)道，在高壓分解污泥、熱處理和臭氧氧 化分解細(xì)胞等方法中，臭氧氧化是效能最高的方法(Muller, Pretreatment processes for the recycling and reuse of sewage sludge. Water Science and Technology 2000, 42 (9): 167-174)。 Yasui等人首先提出將剩余污泥用臭氧氧化后返回到曝氣池可以使污泥減 量。對(duì)于BOD負(fù)荷為550 kg/d的裝置，運(yùn)行IO個(gè)月沒有剩余污泥排出(Yasui and Shibata, An Innovative Approach to Reduce Excess Sludge Production in theActivated-Sludge Process. Water Science and Technology 1994， 30(9): 11-20)。日本專 禾U"Pre-treatment of sludge by oxidation using ozone for predetermined time in reactor"
(專利號(hào)JP2222798-A)采用臭氧對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，提高污泥的溶解率，然后 再進(jìn)行厭氧消化，可以顯著提高污泥的厭氧發(fā)酵速率。
目前，臭氧應(yīng)用于剩余污泥減量存在一些嚴(yán)重的問題。 一是臭氧在水中溶角軍性 和穩(wěn)定性較差，臭氧的利用率不高，加上臭氧的發(fā)生成本較高，導(dǎo)致臭氧處理的費(fèi) 用較高；二是臭氧處理污泥的溶解效率普遍不高(Bougrier,C.,Albasi,C.etal., Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobic biodegradability. Chemical Engineering and Processing 2006, 45(8): 711-718)。要想得到較高的溶解效率，需大大增加臭氧的投加量，這也勢(shì)必增加運(yùn)行 費(fèi)用。因此，研究開發(fā)進(jìn)一步提高臭氧的利用效率和氧化能力、降低操作成本的技 術(shù)在污泥減量化應(yīng)用中迫在眉睫，對(duì)水環(huán)境保護(hù)具有十分重要的實(shí)用意義。
微米氣泡的直徑一般在50 pm以下，而通常鼓泡裝置釋放出的氣泡直徑在0.5-5 mm。微米氣泡與通常的氣泡相比具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為非常大的比表面 積、緩慢的上升速度以及較高的內(nèi)部壓力和溶解速度。微米氣泡的傳質(zhì)強(qiáng)化、對(duì)氧 化還原反應(yīng)及生物代謝作用等的影響引起了科學(xué)家和社會(huì)的極大關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種溶解污泥中生物細(xì)胞(污泥細(xì)胞)的方法和一種污泥 減量方法。
本發(fā)明所提供的溶解污泥細(xì)胞的方法，是將臭氧微米氣泡通入污泥溶液中，使 所述污泥中生物細(xì)胞溶解。
本發(fā)明所提供的污泥減量方法，是將臭氧微米氣泡通入污泥溶液中，使所述污 泥減量。
所述臭氧微米氣泡的直徑可小于等于100微米，優(yōu)選小于等于60微米，尤其 優(yōu)選為小于等于50微米。
所述污泥溶液的總固體懸浮物(TSS)的含量為1500—15000 mgTSS/L，優(yōu)選 為1500 —10000 mgTSS/L，尤其優(yōu)選為1500 — 6000 mgTSS/L。
其中，總固體懸浮物(TSS)的重量按照如下方法測(cè)定把污泥溶液在4。C， 10000 rpm下離心10 min，將離心后的固體殘?jiān)?05-110°C烘箱中烘干至恒重，
所得重量即為懸浮固體物質(zhì)的重量。
所述方法中，通入所述污泥溶液中的臭氧量為0.004-0.5g/gTSS，優(yōu)選為0.06—0.2g/gTSS，尤其優(yōu)選為0.10 — 0.16 g/gTSS。
可直接用現(xiàn)有的微米氣泡發(fā)生器和臭氧發(fā)生器組裝成臭氧微米氣泡發(fā)生裝置 得到臭氧微米氣泡。
本發(fā)明的方法可以處理任何城市污水和工業(yè)有機(jī)廢水生物處理所產(chǎn)生的剩余污泥。
本發(fā)明還提供了一種用于污泥減量的裝置。
本發(fā)明所提供的用于污泥減量的裝置，包括產(chǎn)生上述任一種的臭氧微米氣泡的
臭氧微米氣泡發(fā)生裝置，以及提供污泥溶液和臭氧微米氣泡反應(yīng)空間的反應(yīng)器；所 述反應(yīng)器有一個(gè)用于向所述臭氧微米氣泡發(fā)生裝置中輸入污泥溶液的入口。
其中，所述臭氧微米氣泡發(fā)生裝置主要由臭氧發(fā)生器和微米氣泡發(fā)生器組成； 所述微米氣泡發(fā)生器由水泵、回旋加速器和分散器通過管道連接而成；所述分散器 設(shè)于所述反應(yīng)器的底部；所述水泵用于將所述臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧和由所述反應(yīng) 器中輸出的污泥溶液同時(shí)泵入所述回旋加速器；所述回旋加速器將產(chǎn)生的臭氧氣液 混合物由所述分散器射流排出，形成臭氧微米氣泡。
其中，臭氧發(fā)生器用于產(chǎn)生臭氧，現(xiàn)有放電式臭氧發(fā)生器均可采用，如Eco Design (日本)。
現(xiàn)有的可產(chǎn)生微米氣泡的發(fā)生器均可采用，如日本Kyowa Engineering Co., Ltd. 生產(chǎn)的微米氣泡發(fā)生器。
所述水泵用于向所述回旋加速器內(nèi)泵入水和臭氧，或污泥溶液和臭氧，使其壓 力增加。所述回旋加速器對(duì)所述水泵泵入的加壓后的水和臭氧，或污泥溶液和臭氧 旋轉(zhuǎn)混合，使臭氧氣體充分溶入水中，氣液混合物由分散器排出，形成直徑為小于 IOO微米的氣泡。
上述用于污泥減量的裝置，其操作可以是連續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)供給污泥，也可以是 批式供給，或采用流加方式供給污泥。
實(shí)驗(yàn)證明，采用微米氣泡技術(shù)可以大大提高臭氧的溶解率和利用率，并能促進(jìn) 羥基自由基的產(chǎn)生，顯著的強(qiáng)化其氧化能力，從而提供低成本的臭氧氧化技術(shù)。應(yīng) 用臭氧氧化剩余污泥溶解減量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在臭氧投加量為0.06 — 0.16g/gTSS
時(shí)，采用微米氣泡體系臭氧的利用率可一直保持在99%以上；而采用普通的鼓泡系 統(tǒng)臭氧的利用率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，臭氧利用率在74-94%。當(dāng)臭氧投加量為 0.06-0.16 g/g TSS時(shí)，微米氣泡體系的COD溶解率可達(dá)25-50%,鼓泡系統(tǒng)為10-20%。 本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前污水生物處理產(chǎn)生的大量剩余污泥問題，將微米氣泡技術(shù)應(yīng)用
5到臭氧氧化過程中，臭氧氣體以微米氣泡的形式分散溶于污泥混合液中， 一方面由 于氣液接觸面積和氣泡密度較大，可以顯著提高臭氧的利用率；另一方面微米氣泡 的粒徑小，內(nèi)部壓力高，上升速度緩慢，可以促進(jìn)羥基自由基的產(chǎn)生。污泥細(xì)胞在 臭氧分子和羥基自由基的氧化作用下破壁、溶解，釋放出膜內(nèi)的有機(jī)質(zhì)。從而大大 提高污泥細(xì)胞的溶解效率，解決傳統(tǒng)方法存在的污泥溶解率難以提高的瓶頸問題。
本發(fā)明采用微米氣泡技術(shù)顯著提高臭氧的利用率，強(qiáng)化其氧化能力，促進(jìn)i敫生 物細(xì)胞大幅度的溶解，實(shí)現(xiàn)剩余污泥的減量化，解決污水生物處理產(chǎn)生的大量剩余 污泥問題，并為剩余物泥的再分解或資源化利用提供核心技術(shù)。將臭氧氣體通入微 米氣泡發(fā)生器中，產(chǎn)生平均粒徑在幾十微米以內(nèi)的微米臭氧氣泡。將微米臭氧氣泡 溶入污水生物處理產(chǎn)生的剩余污泥溶液中，對(duì)剩余污泥進(jìn)行氧化處理。臭氧的強(qiáng)氧 化作用可以打破細(xì)胞壁(膜)，使膜內(nèi)的有機(jī)質(zhì)釋放出來。由于微米臭氧的強(qiáng)氧化 能力，在細(xì)胞破碎過程中部分細(xì)胞有機(jī)質(zhì)還可以直接被礦化為二氧化碳和水。污泥 細(xì)胞被微米臭氧氣泡強(qiáng)化溶解后，其固體含量大大降低。釋放出的有機(jī)質(zhì)可以通過 后續(xù)厭氧消化工藝產(chǎn)生甲烷而去除，也可以回流到曝氣池中被好氧降解，或進(jìn)入其
他生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)酶或生物可降解材料等。如圖1所示，強(qiáng)化溶解后的剩余污泥 可以回流到曝氣池，與進(jìn)水一起被好氧降解，使整個(gè)污水處理系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量減小， 甚至于可以做到零排放(圖1，路經(jīng)I )。也可以進(jìn)入?yún)捬跸兀ㄟ^厭氧發(fā)酵產(chǎn) 生甲烷(圖1，路經(jīng)II)。溶解處理后的溶液也可以作為微生物的液體營(yíng)養(yǎng)物，進(jìn)入
生產(chǎn)酶制劑或其他代謝產(chǎn)物(如生物可降解塑料原料)的發(fā)酵工藝(圖i，途徑ni)。
也可進(jìn)入好氧-厭氧耦合裝置將剩余污泥進(jìn)一步溶解并部分去除溶胞釋放的氮之后， 再返回曝氣池，以減輕曝氣池的負(fù)荷(圖l，途徑IV)。圖l中的臭氧氧化系統(tǒng)即 為本發(fā)明的臭氧微米氣泡處理污泥溶液系統(tǒng)，如圖2所示的采用微米臭氧氣泡技術(shù) 強(qiáng)化污泥溶解反應(yīng)裝置。
本發(fā)明采用微米臭氧氣泡技術(shù)溶解污泥細(xì)胞、強(qiáng)化剩余污泥的溶解過程，該技 術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 臭氧的利用率可以大大提高。臭氧的傳質(zhì)效率與反應(yīng)器中液體的紊動(dòng)程度、 臭氧在水中的分解動(dòng)力學(xué)以及產(chǎn)生氣泡的數(shù)量和大小有關(guān)。微米級(jí)臭氧氣泡可以大 大提高臭氧氣體在水中的密度和氣液接觸面積，從而顯著提高臭氧的溶解率和利用 率，減少臭氧的供給量。控制出口氣體臭氧濃度達(dá)到直接排放的水平，進(jìn)而大大降
低臭氧尾氣的處置費(fèi)用。
(2) 具有較高內(nèi)部壓力的微米臭氧氣泡在破碎溶解時(shí)，激發(fā)羥基自由基的產(chǎn)生，
6從而強(qiáng)化臭氧的氧化能力。臭氧的氧化路徑包括臭氧分子的直接進(jìn)攻和臭氧分子分 解形成羥基自由基反應(yīng)，羥基自由基的氧化性遠(yuǎn)高于臭氧分子。通過微米氣泡技術(shù) 強(qiáng)化羥基自由基的產(chǎn)生，可以顯著提高污泥的溶解速率和溶解效率。
(3)液體泵2 (圖2)在工作過程中溶解氣泡所耗的能量在微米氣泡消散(和
通常的毫米氣泡不同，微米氣泡在液體中逐漸縮小成納米級(jí)氣泡后消失湮滅在水中) 后大部分留在液體內(nèi)，加上泵的機(jī)械摩擦熱，使污泥混合液的溫度有所升高，這對(duì) 污泥的溶解產(chǎn)生正向促進(jìn)作用。而且泵的加壓作用會(huì)促進(jìn)臭氧氣體的溶解，從而能 夠?qū)崿F(xiàn)能量的綜合利用，降低污泥處理的整體費(fèi)用。
本發(fā)明的方法使臭氧的利用率大大提高，并提高污泥的溶解率。初始污泥濃度
在1300-9000 mg/L范圍內(nèi)，臭氧投加量(通入污泥溶液的臭氧量)為0.06-0.16 g 03/g TSS日寸，污泥的COD溶解率和固體溶解率達(dá)到25-50%和15-35%;臭氧氣體的利用 率在99%以上，尾氣中臭氧濃度可以控制在允許排放的范圍內(nèi)。


圖1是臭氧污泥減量工程應(yīng)用示意圖
圖2是采用微米臭氧氣泡技術(shù)強(qiáng)化污泥溶解反應(yīng)裝置的示意圖 圖3為進(jìn)氣流量為0.5 L/min時(shí)放大40倍顯微照相照片 圖4為本發(fā)明的微米氣泡系統(tǒng)和傳統(tǒng)的鼓泡系統(tǒng)出口臭氧濃度的比較 圖5A為污泥的COD溶解率隨臭氧投加量的變化 圖5B為污泥的固體溶解率隨臭氧投加量的變化 圖6為臭氧處理前后污泥形態(tài)變化的顯微鏡觀察照片
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、利用臭氧微米氣泡溶解污泥中生物細(xì)胞的方法 1、臭氧微米氣泡發(fā)生裝置
臭氧微米氣泡發(fā)生裝置，如圖2所示，主要由臭氧發(fā)生器l和微米氣泡發(fā)生器 組成。微米氣泡發(fā)生器由水泵2、回旋加速器3和分散器4通過管道連接而成。
該臭氧微米氣泡發(fā)生裝置還包括盛放生產(chǎn)臭氧的原料一氧氣的氧氣瓶o、提供污
泥溶液和臭氧微米氣泡反應(yīng)空間的反應(yīng)器5。反應(yīng)器5有一個(gè)輸入端6和3個(gè)輸出端。 輸入端6用于向反應(yīng)器5中輸入污泥溶液。輸出端7用于向水泵2中輸入污泥溶液， 輸出端8用于將溶解完畢的污泥排出，輸出端9為排除尾氣的通道。
臭氧發(fā)生器1的輸入端通過管道與氧氣瓶0連接，臭氧發(fā)生器1的輸出端通過 管道與水泵2的輸入端連接，水泵2的輸出端通過管道與回旋加速器3的輸入端連接，回旋加速器3的輸出端通過管道與分散器4的輸入端連接，分散器4設(shè)于反應(yīng) 器5底部。
由臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生的臭氧和由反應(yīng)器5中回流的污泥溶液通過水泵2同時(shí)泵 入回旋加速器3中。
臭氧氣體自吸而入，吸入的臭氧和回流的污泥溶液進(jìn)入旋回加速器內(nèi)混合。回 流的污泥溶液經(jīng)過加壓后在旋回加速器內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。臭氧氣體在擾動(dòng)非常劇烈的 情況下與加壓污泥溶液混合、溶解。這時(shí)臭氧氣體在回旋加速器內(nèi)以兩種形式存在， 一種是溶解在水中，另一種是微細(xì)氣泡以游離狀態(tài)夾裹、混合在水中。最后，氣液 混合物由分散器射流排出，形成微米級(jí)氣泡。
其中，臭氧發(fā)生器1采用日本Eco Design的ED-0G-R4型臭氧發(fā)生器。
水泵2采用日本nikuni公司生產(chǎn)的M20NPD04S渦流泵。
回旋加速器3由日本Kyowa Engineering Co. ， Ltd.按照美國(guó)專利US 6, 382, 601 Bl生產(chǎn)。
分散器4由日本Kyowa Engineering Co. , Ltd.生產(chǎn)，其噴射口直徑為3毫米。 反應(yīng)器5自制，由有機(jī)玻璃制成，長(zhǎng)、寬、高分別為O. 14 m， 0.14 m和l m， 體積為20L。
分散器4采用螺紋安裝在反應(yīng)器5的底部。 上述管道采用不銹鋼管材。
為比較微米氣泡系統(tǒng)的處理效果，反應(yīng)器5底部直接放置一個(gè)微孔鈦板曝氣器 10，其孔徑為40^m，組成一個(gè)傳統(tǒng)的鼓泡體系。當(dāng)鼓泡體系運(yùn)行時(shí)，臭氧發(fā)生器l 產(chǎn)生的臭氧氣體直接通過曝氣器10通入到反應(yīng)器5中。
2、利用步驟1的臭氧微米氣泡發(fā)生裝置溶解污泥中的生物細(xì)胞
試驗(yàn)污泥取自北京市清河污水處理廠倒置AV0工藝的回流污泥(記作污泥1) 及高碑店污水處理廠A々0工藝的回流污泥(記作污泥2)。
由于取樣時(shí)污水處理廠的實(shí)際污泥濃度有波動(dòng)，不同批次的污泥溶液記作l-a、 l-b、 l誦c、 l國(guó)d， 2-a和2-b。向污泥l(xiāng)-d中加水，配成污泥溶液l-e。
污泥溶液l-a的濃度為5200mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體 (VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為70.0%，污泥的沉降比(SV)為44%。
污泥溶液l-b的濃度為4600mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體 (VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為65.7%，污泥的沉降比(SV)為39%。
污泥溶液l-c的濃度為4300mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體(VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為65.1%，污泥的沉降比(SV)為40%。
污泥溶液l-d的濃度為3900mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體 (VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為61.7%，污泥的沉降比(SV)為38%。
污泥溶液l-e的濃度為1300 mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體 (VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為65.0%，污泥的沉降比(SV)為20%。
污泥溶液2-a的濃度為3600mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體 (VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為78.2%，污泥的沉降比(SV)為34%。
污泥溶液2-b的濃度為3200mgTSS/L。主要特性指標(biāo)為揮發(fā)性懸浮固體 (VSS)與總固體懸浮物(TSS)的比值為72.5%，污泥的沉降比(SV)為32%。
污泥溶液l-b、與污泥溶液l-b的性質(zhì)相同。
其中，總固體懸浮物(TSS)，總揮發(fā)性懸浮物(VSS)的重量按照如下方法測(cè) 定把污泥溶液在4。C， 10000 rpm下離心10min，將離心后的固體殘?jiān)?05-1 IO'C 烘箱中烘干至恒重，所得重量即為懸浮固體物質(zhì)的重量。然后將其放入馬弗爐內(nèi)， 在600'C下灼燒至恒重，兩次重量之差即為總揮發(fā)性懸浮物的重量。污泥沉降比(SV %)的測(cè)定方法為將污泥混合液至于100ml量筒中，靜置、沉淀30min后，沉淀 污泥與混合液之體積比(％)。
將污泥溶液l-a、 l-b、 l-c、 l-d、 l-e、 2-a和2-b分別由反應(yīng)器5的輸入端6通 入反應(yīng)器5，使污泥溶液的體積達(dá)到8L。每種污泥溶液設(shè)'2次重復(fù)。
其中，通入盛有污泥溶液l-a的微米臭氧氣泡的平均直徑為58微米，通入臭氧 的總量為0.16g/gTSS，處理時(shí)間為120min。
通入盛有污泥溶液l-b的微米臭氧氣泡的平均直徑為58微米，通入臭氧的總量 為0.15 g/g TSS，處理時(shí)間為100 min。
通入盛有污泥溶液l-c的微米臭氧氣泡的平均直徑為58微米，通入臭氧的總量 為0.16g/gTSS，處理時(shí)間為80min。
通入盛有污泥溶液l-d的微米臭氧氣泡的平均直徑為58微米，通入臭氧的總量 為0.10 g/gTSS，處理時(shí)間為60min。
通入盛有污泥溶液l-e的微米臭氧氣泡的平均直徑為58微米，通入臭氧的總量 為0.21 g/g TSS，處理時(shí)間為40 min。
通入盛有污泥溶液2-a的微米臭氧氣泡的平均直徑為58微米，通入臭氧的總量 為0.19g/gTSS，處理時(shí)間為100min。
通入盛有污泥溶液2-b的微米臭氧氣泡的直徑為平均直徑為58微米，通入臭氧的總量為0.22g/gTSS，處理時(shí)間為100min。
將污泥溶液l-b'由反應(yīng)器5的輸入端6通入反應(yīng)器5，使污泥溶液的體積達(dá)到8 L。通入盛有污泥溶液l-b、的臭氧氣泡為毫米級(jí)(.::為0.5-5 mm)，通入臭氧的總量 為0.18g/gTSS。作為微米氣泡系統(tǒng)的對(duì)照。
臭氧發(fā)生器1的原料氣為高純氧氣，電流為2A，壓力為0.1MPa。產(chǎn)生臭氧氣 體的流量為0.5 L/min，臭氧濃度為115 mg/L。通過安裝在管道上的閥門來調(diào)節(jié)泵入 的污泥混合液的流量。反應(yīng)器5中的污泥溶液以30L/min進(jìn)入水泵2。氣液流量比 為l: 60。最后，氣液混合物以30.5L/min的流量由分散器的噴射口射流排出，形成 微米級(jí)氣泡。
采用顯微照相法對(duì)臭氧氣體通入純水中(20L)產(chǎn)生的氣泡進(jìn)行了觀察拍照。 所用儀器為尼康E600顯微鏡，配有Real-time Spot CCD顯微數(shù)字照相機(jī)。當(dāng)微米氣 泡體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，從反應(yīng)器中快速取樣于石英比色皿中，密封后置于顯〗散鏡 下觀察拍照。圖像分析選用尸/m軟件(Media Cybernetics Company, USA)。 圖3為進(jìn)氣流量為0.5 L/min時(shí)放大40倍所照的一張氣泡照片。表1為氣體流量為 0.02、 0.1和0.5 L/min時(shí)，對(duì)所照的照片分析處理后，計(jì)算得到的氣泡平均粒徑和氣 泡密度?？梢钥闯觯瑲怏w流量越小，產(chǎn)生氣泡的直徑越小。當(dāng)進(jìn)氣流量小于0.5 L/min 時(shí)，產(chǎn)生氣泡的平均粒徑小于60微米。
表1不同進(jìn)氣流量下產(chǎn)生氣泡的平均粒徑和密度
進(jìn)氣流量(L/min)0.020.1 0.5
平均粒徑(|im)4654 58
氣泡密度(個(gè)/mL)4.9x104
采用半連續(xù)操作。先將污泥溶液倒入反應(yīng)器中，臭氧氣體連續(xù)通入。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用微米臭氧氣泡系統(tǒng)處理污泥溶液l-a、 l-b、 l-c、 l-d、 l-e、 2-a和2-b，出口 9的臭氧氣體的濃度均保持在較低的水平，為O. 12-0.69 mg/L，臭氧 氣體的利用率(進(jìn)入反應(yīng)器5中的臭氧量減去排出反應(yīng)器5的臭氧量為反應(yīng)器內(nèi)溶 液所利用的臭氧量，該值與進(jìn)入反應(yīng)器中的臭氧量之比即為臭氧氣體的利用率)可 達(dá)99%以上。而采用通常的鼓泡系統(tǒng)，臭氧的利用率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降 低，污泥溶液l-b、臭氧利用率在74-94% (圖4)。這表明采用微米氣泡系統(tǒng)可以顯
10著提高臭氧的利用率。
實(shí)施例2、污泥的COD溶解率和固體溶解率與臭氧投加量的關(guān)系 該實(shí)驗(yàn)中所用的裝置、實(shí)驗(yàn)方法和污泥溶液與實(shí)施例1相同。污泥溶液l-a、 l-b、
l-c、 l-d、 l-e、 2-a和2-b采用實(shí)施例1的微米氣泡系統(tǒng)進(jìn)行處理，通入污泥溶液
l-b'采用實(shí)施例1的普通氣泡系統(tǒng)進(jìn)行處理。
分別取樣測(cè)定污泥溶液的總COD、上清液的COD、 TSS和VSS等指標(biāo)。 污泥的溶解率以COD溶解率(So )和固體溶解率(STSS)來表征。 Scod = (CODpo-CODp)/CODpo STSS = (TSS0-TSS)/TSS0
CODp表示污泥混合液中固體部分的COD (mg/L) ， TSS表示總懸浮固體^5度 (mg/L)，下標(biāo)0表示初始時(shí)刻。
其中，污泥溶液的總COD與上清液COD之差即為固體部分的CODp。 其中，通入污泥溶液l-a的臭氧的總量分別為0.054、 0.081、 0.135、 0.162 g/gTSS。 通入污泥溶液l-b的臭氧的總量分別為0.015、 0.030、 0.045、 0.061、 0.091、 0.121 、 0.151 g/gTSS。
通入污泥溶液l-c的臭氧的總量分別為0.010、 0.020、 0.031、 0.041、 0.061、 0.123、 0.164 g/g TSS。
通入污泥溶液l-d的臭氧的總量分別為0.009、0.035、0.053、0.070、0.105 g/gTSS。 通入污泥溶液l-e的臭氧的總量分別為0.026、0.053、0.105、0.158、0.210 g/gTSS。 通入污泥溶液2-a的臭氧的總量分別為0.037、0.075、0.112、0.149、0.187g/g TSS。 通入污泥溶液2-b的臭氧的總量分別為0.011、0.087、0.130、0.174、0.217 g/gTSS。 通入污泥溶液l-b、的臭氧的總量分別為0.0103、 0.021、 0.061、 0.077、 0.154、 0.186 g/g TSS。
圖5A和圖5B表示污泥的COD溶解率和固體溶解率隨臭氧投加量(臭氧投加 量指被反應(yīng)器5中的污泥溶液所利用的臭氧量，等于進(jìn)入反應(yīng)器5中的臭氧量減去 排出反應(yīng)器5的臭氧量)的變化情況。圖5表明，當(dāng)臭氧投加量為0.06 -0.16 g 03/g TSS 時(shí)，污泥的COD溶解率可達(dá)25-50%,固體溶解率可達(dá)到15-35%。而采用普通的鼓 泡系統(tǒng)，污泥的COD溶解率和固體溶解率為10-20%。在相同的臭氧投加量下，微 米氣泡系統(tǒng)比普通的鼓泡系統(tǒng)污泥溶解率提高10-30%。這表明微米氣泡可以提高臭 氧的利用率，還可以強(qiáng)化臭氧氧化，從而提高污泥的溶解率。微生物鏡檢(尼康E600 顯微鏡，放大倍數(shù)為600倍)結(jié)果表明，污泥溶液l-a、 l-b、 l-c、 l-d、 l-e、 2-a
11和2-b采用實(shí)施例1的微米氣泡系統(tǒng)處理后，視野中的污泥絮體已被破碎分解為小
塊的細(xì)胞破片，已無完整的細(xì)胞。圖6顯示的是污泥溶液l-a采用實(shí)施例1的微米氣 泡系統(tǒng)處理后的照片，其中，通入污泥溶液l-a的臭氧的總量為0.16g/gTSS。圖6 中，A為反應(yīng)前的照片，B為反應(yīng)40分鐘后的照片。這個(gè)顯著強(qiáng)化污泥溶解的技術(shù) 是實(shí)現(xiàn)剩余污泥減量化的關(guān)鍵。
權(quán)利要求
1、一種溶解污泥中生物細(xì)胞的方法，是將臭氧微米氣泡通入污泥中，使所述污泥中的生物細(xì)胞溶解。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述臭氧微米氣泡的直徑為小于等于100微米，優(yōu)選為小于等于60微米，尤其優(yōu)選為小于等于50微米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述污泥溶液的總固體懸纟孚物的含量為1500 — 15000 mg TSS/L，優(yōu)選為1500 — 10000 mg TSS/L，尤其優(yōu)選為1500 一6000 mg TSS/L。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于通入所述污泥溶液中 的臭氧的量為0. 004-0. 5g/g TSS，優(yōu)選為0.06—0. 2 g/g TSS，尤其優(yōu)選為0. IO — 0. 16 g/g TSS。
5、 一種污泥減量方法，是將臭氧微米氣泡通入污泥溶液中，使所述污泥減量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述臭氧微米氣泡的直徑為小 于等于100微米，優(yōu)選為小于等于60微米，尤其優(yōu)選為小于等于50微米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述污泥溶液的總固體懸浮物 的含量為1500 — 15000 mg TSS/L，優(yōu)選為1500 — 10000 mg TSS/L，尤其優(yōu)選為1500 —6000 mg TSS/L。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的方法，其特征在于通入所述污泥溶液的 臭氧量為0. 004-0. 5g/g TSS，優(yōu)選為0. 06 — 0. 2 g/g TSS，尤其優(yōu)選為0, 10 — 0. 16 g/g TSS。
9、 一種用于污泥減量的裝置，包括產(chǎn)生權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的臭 氧微米氣泡的臭氧微米氣泡發(fā)生裝置，提供污泥溶液和臭氧微米氣泡反應(yīng)空間的反 應(yīng)器；所述反應(yīng)器有一個(gè)用于向所述臭氧微米氣泡發(fā)生裝置中輸入污泥溶液的入口。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述臭氧微米氣泡發(fā)生裝置主 要由臭氧發(fā)生器和微米氣泡發(fā)生器組成；所述微米氣泡發(fā)生器由水泵、回旋加速器和分散器通過管道連接而成； 所述分散器設(shè)于所述反應(yīng)器的底部；所述水泵用于將所述臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧和由所述反應(yīng)器中輸出的污泥溶液 同時(shí)泵入所述回旋加速器；所述回旋加速器將產(chǎn)生的臭氧氣液混合物由所述分散器射流排出，形成臭氧微 米氣泡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溶解污泥中生物細(xì)胞的方法及其應(yīng)用。該溶解污泥中生物細(xì)胞的方法，是將臭氧微米氣泡通入污泥中，使所述污泥中的生物細(xì)胞溶解。該溶解污泥中生物細(xì)胞的方法可用于污泥減量，具體方法是將臭氧微米氣泡通入污泥溶液中，使所述污泥減量。該方法使污泥的溶解率大大提高，初始污泥濃度在1500-6000mg/L范圍內(nèi)，臭氧投加量(通入污泥溶液的臭氧量)為0.06-0.16g O₃/g TSS時(shí)，污泥的COD溶解率和固體溶解率分別可達(dá)到25-50％和15-35％；臭氧氣體的利用率在99％以上，尾氣中臭氧濃度可以控制在允許排放的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)C02F11/06GK101456655SQ200710179539
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者于安峰, 權(quán) 馮, 初里冰, 孫旭臨, 本杰明, 邢新會(huì), 閆桑田 申請(qǐng)人:清華大學(xué);喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司