对厌氧污泥进行臭氧曝气试验的研究

 

        随着城市人口的不断增长，城市剩余污泥每年以大约10% 的速率增长，总量达到2. 2 × 107 t，其中，有80%的污泥未经稳定处理，致使污泥中带有恶臭，并含有大量的病原体、寄生虫、重金属、有机物等，如未能及时有效处理，很容易造成严重的环境污染。同时污泥中也含有丰富的氮、磷、少量钾、有机质和植物生长所需要的微量营养元素，它能够补充土壤养分、改善土壤物理性状、提高土壤肥力、增加土壤微生物的多样性和提高酶的活性。将污泥厌氧消化和农田利用结合是实现污泥的减量化、稳定化和资源化的重要技术。

 

       臭氧作为除氟以外氧化还原电位 很高的氧化剂，已被广泛运用于各种领域中；利用臭氧处理厌氧污泥可促进细胞的裂解，减少剩余污泥量，降低污泥的COD值、色度、浊度4等；通过破坏分解细菌的细胞壁，氧化分解产生酶；直接与细菌、病毒发生作用，破坏大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。

 

        臭氧处理污泥过程中会改变氮素形态，进而改变养分利用效率，以致影响后期污泥的农田利用。本文通过自行设计的臭氧曝气装置对厌氧污泥进行处理，探索曝气时间对厌氧污泥氮素形态和含量作用特征的影响，以期为农业高效利用提供理论依据和技术支撑。

 

1、材料与方法

1.1材料

供试生活污泥取自天津市冀庄子污水处理厂的厌氧污泥，其理化性质如表1所示。实验装置为自行研制的臭氧曝气装置（图1），其中，臭氧氧化反应器直径为12cm、高50cm。气体流量3~3.5L/min，

表1

图1
 

03质量浓度38~60mg/L，出气经过置于反应器底部的钛合金微孔曝气头进入臭氧氧化反应器，以20g/L的硼酸为吸收液，启动臭氧发生器后淀粉碘化钾试剂开始变蓝时计时，臭氧尾气由碘化钾吸收后排放。

1.2方法

（1）检测方法：样品污泥2L，在曝气0、10、20、30、40、50min时取样300mL，记l；10、l20、l30、l40、l50。

测定各处理的总氮（TN）、可溶态总氮（DTN）、颗粒态有机氮（PON）、亚硝态氮（NO，N）、铵态氮（NHN）、硝态氮（NO，N）、总凯氏氮（TKN）、可溶性凯氏氮（DKN）、可溶态有机氮（DON）。其中，TN采用碱性过硫酸钾消煮后比色测定；DTN是将通过0.45um滤膜后的水样用碱性过硫酸钾消煮比色测定；NO2N用N-（1奈基）乙二胺光度法；NHN用纳氏试剂光度法；NO，N用紫外分光光度法；TKN包括以溶解态存在的NHN和有机氮]。

（2）关系计算方法：溶解态有机氮质量浓度

（DON）等于DKN质量浓度减去NHN质量浓度；溶解态无机氮质量浓度（DIN）等于NHN质量浓度加上NO3N质量浓度和NO2N质量浓度；颗粒态有机氮质量浓度（PON）等于TKN质量浓度减去DKN质量浓度。

（3）数据处理与分析：数据采用DPS9.5进行差异显著性分析，用Tukey法在0.05水平上检测。

 

2.讨论

（1）总氮在整个曝气体系中降低了124.76mg/L，原因在于污泥中一些悬浮颗粒在曝气过程中被破解，使得污泥絮状体的固液接触面积增大，吸附了污水中的颗粒态有机氮；部分有机氮被臭氧氧化成无机氮或进入液相或以N2、NH，形式逸失。

（2）在臭氧曝气过程中，可溶性的凯氏氮降低11.45mg/L，铵态氮降低191.28mg/L。原因在于臭氧首先作用于细胞壁、细胞膜，使其结构受损而穿透膜，破坏膜内脂蛋白和脂多糖，以致新陈代谢障碍改变细胞的通透性06-11，促使细胞质中的酶类物质释放；同时在臭氧强烈的氧化作用下，将污泥中的悬浮态有机物转化为溶解态有机物。

（3）在臭氧曝气过程中，铵态氮在整个反应体系中降低了191.28mg/L。导致其损失的原因在于一部分铵态氮以氨气挥发，另一部分是因为被臭氧氧化，促进反应体系中铵态氮向硝态氮的转化。

（4）在臭氧曝气过程中，亚硝态氮减少了4.35mg/L，硝态氮增加了29.42mg/L，原因在于少量的铵态氮被氧化所致，二者会发生一定的氧化还原反应；亚硝态氮的转化量，因为亚硝态氮不稳定，当遇到臭氧会被氧化为硝态氮；臭氧对污泥有机物质减量化，臭氧可直接将污泥中的碳水化合物、蛋白质、脂肪等大分子有机物质氧化成CO2、H20、NO3等，也就等同于直接将污泥无机化。

 

3.结论

（1）臭氧曝气对厌氧污泥氮素形态以及含量的影响显著。总氮、总凯氏氮、溶解性凯氏氮、铵态氮、亚硝态氮、颗粒态有机氮、颗粒态总氮均随曝气时间延长而减少，连续曝气50min后，分别降低124.76、232.51、11.45、191.28、4.35、221.06、286.06mg/L；可溶态总氮、硝态氮和溶解态有机氮随曝气时间延长而增加，持续臭氧曝气50min，分别增加161.29、29.42和179.83mg/L。

（2）随着曝气时间的增加，整个反应体系中厌氧污泥的氮总量保持平衡，在反应过程中以气态形式存在的氨达到12.79%。

（3）在臭氧曝气过程中，只有亚硝态氮与其他指标之间的相关性没有达到显著性水平，其他各氮素形态之间均达到显著或极显著水平。

作者：邱凌, 张容婷

( 1． 西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100;

(2． 农业部农村可再生能源开发利用重点实验站，陕西杨凌712100)