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鼓泡塔污泥臭氧化效率及影响因素分析
来源: www.ozonelab.cn 发布时间:2020-02-28 浏览次数:

摘要:
采用鼓泡塔反应器开展污泥臭氧化研究,考察了臭氧浓度、污泥浓度、臭氧投加量对污泥溶胞和有机物释放的影响规律.结果表明,
污泥臭氧化在实现较高溶胞速率的同时对释出 COD 的矿化作用明显,造成臭氧化效率下降.基于响应面分析,发现各影响因素对污泥溶胞速率和 COD 释放速率的显著性排序分别为:臭氧浓度>污泥浓度>臭氧投加量,臭氧浓度>臭氧投加量>污泥浓度,且存在交互作用效应;建立了相关多元二次回归模型并进行了有效性验证,获得了各影响因素之于污泥臭氧化的最佳反应条件.
 
1、介绍
剩余污泥减量是当前亟待解决的环境和社会问题.污泥溶胞—隐性生长污泥减量技术具备环境安全、操作方便、减量效果显著等优点.臭氧/氯气氧化、机械压力/超声、酸/碱等均能破解细胞,其中臭氧化方法因其氧化能力强、反应副产物少、能改善污泥沉降性等特点而备受瞩目. 
 
目前,臭氧化设备的投资及制备成本仍然偏高.同时,由于臭氧难溶于水,根据双膜理论认为臭氧的扩散传质阻力主要集中于液相.为此,现有的研究主要从反应装置和运行参数入手,围绕污泥臭氧化的特点开展反应机理、传质动力学等研究,以期通过提高气液传质和臭氧利用效率,实现其与污水生物处理单元的耦合与污泥减量.蒋轶锋等、王正等考察了臭氧浓度、污泥浓度、臭氧投加量、混合液高度、气泡尺寸等对臭氧传质效率的贡献,并建立了相关数学模型;汪启光[11]剖析了污泥臭氧破解机理及主要作用途径,认为臭氧投加量、臭氧浓度与固相 COD 的释放成正比;赵玉鑫等考察了臭氧投加量、pH 值和污泥浓度对有机物释放的影响,获得了污泥溶胞的临界臭氧投量;吴声东等以溶出 COD 为控制指标,分析表明影响臭氧化溶胞效率的顺序为臭氧浓度>作用时间. 
 
考虑到臭氧化污泥溶胞反应相对缓慢、持续时间较长,本文将采用底部安装有 10µm 微孔曝气头的新型气提式鼓泡塔接触反应器,具有结构简单、气相高度分散、相际接触表面大、传质系数高等优点.相比先前研究,该体系有望进一步增强污泥破解速率,缩短反应时间.同时,考察系统中污泥浓度、臭氧浓度、臭氧投加量等关键参数对臭氧化过程和效率的影响;结合响应面分析,探讨各因子对污泥溶胞及其有机物释放速率的显著性影响与交互作用效应,以摸清污泥臭氧化的一般性规律及优化方法.
 
2、污泥臭氧化装置
污泥臭氧化试验装置示意
1.臭氧发生器 2.气体流量计 3.三通阀 4.臭氧吸收瓶 5.臭氧检测瓶6.鼓泡塔 7.安全瓶 8.排放口
 
3、结论
3.1 鼓泡塔内污泥臭氧化可获得较高的溶胞速率,但对释出有机物的氧化作用明显,造成臭氧和COD 的双重损耗.
3.2 基于响应面分析,臭氧浓度对溶胞速率和TCOD 释放速率的影响最为显著,且其与臭氧投加量的交互作用对溶胞速率影响显著,初始污泥浓度对 TCOD 释放速率几无影响.
3.3 按各因素的影响显著性排序,对于污泥溶胞速率:臭氧浓度>污泥浓度>臭氧投加量;对于TCOD 释放速率:臭氧浓度>臭氧投加量>污泥浓度.
3.4 建立了溶胞速率和 TCOD 释放速率的多元二次回归模型,在臭氧浓度 21mg/L、污泥浓度10.49g/L、臭氧投加量 0.011gO3/gMLSS 的最佳反应条件下,溶胞速率和 TCOD 释放速率的预测值与试验值吻合,表明模型具有一定指导意义.  

作者:蒋轶锋 ,黄晓楠,金云珍 (1.浙江工业大学环境学院,浙江 杭州 310014;2.温州市瓯海区城市管理与行政执法局,浙江 温州 325006)