微波污泥預(yù)處理研究

微波污泥預(yù)處理研究微波污泥預(yù)處理研究內(nèi)容提要研究背景微波污泥預(yù)處理及其在原位污泥減量中的應(yīng)用研究微波及其組合工藝污泥預(yù)處理C、N、P釋放特性MW+H2O2工藝的H2O2投加策略研究MW+H2O2工藝影響因素研究污泥減量小試研究微波及其組合工藝污泥預(yù)處理中試研究致謝微波污泥預(yù)處理研究32023/1/13活性污泥法：目前世界上最廣泛應(yīng)用的污水生物處理技術(shù)污泥處理成本最高可達總運行費用的30-50％

昂貴的費用以及供填埋土地的日益稀缺污泥處理與處置－巨大挑戰(zhàn)！問題的提出

厭氧產(chǎn)氣氮磷回收預(yù)處理無害化減量化資源化基于溶胞-隱性生長

污泥減量瓶頸在于細胞壁的保護目前缺乏經(jīng)濟高效的預(yù)處理手段微波污泥預(yù)處理研究42023/1/13問題的關(guān)鍵污泥預(yù)處理技術(shù)化學(xué)法物理法生物法組合工藝酸、堿預(yù)處理熱處理水解酶超聲機械微波氧化劑Fenton臭氧.加熱速度快接觸時間短均勻加熱/選擇性加熱易于控制/節(jié)能高效低溫滅菌加熱快體積小溶胞效率低污水處理固廢處理污泥處理土壤修復(fù)酸、堿H2O2經(jīng)濟性清潔（H2O，O2）Fenton耗時較長調(diào)節(jié)pH微波微波污泥預(yù)處理研究5基于微波預(yù)處理的原位污泥減量技術(shù)

技術(shù)路線2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究6微波及其組合工藝工藝具體方法微波600W微波功率，輻射樣品，升溫至100℃，結(jié)束微波-酸加入5mol/L鹽酸，調(diào)節(jié)樣品pH至約2.5，其余同“微波”方法微波-堿加入5mol/LNaOH溶液，調(diào)節(jié)樣品pH至10，其余同“微波”方法微波-過氧化氫600W微波功率，輻射樣品，升溫至80℃，按H2O2/MLSS=0.75（質(zhì)量比）的比例加入30%的過氧化氫溶液，繼續(xù)輻射升溫至100℃，結(jié)束2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究7微波及其組合工藝對污泥粒徑的影響d(0.1)/μmd(0.5)/μmd(0.9)/μm原污泥22.29763.575155.233MW21.56161.584150.956MW+Acid74.088178.683378.289MW+Alkali20.15258.420152.455MW+H2O213.42540.144118.233MW-Acid：D10、D50、D90分別增加了、、倍MW-Alkali：半凝膠狀，沉降性、脫水性惡化MW-H2O2：污泥粒徑明顯減小，沉降性良好2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究8微波及其組合工藝對碳釋放的影響MW-H2O2＞MW-Alkali＞MW＞MW-Acid2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究9微波及其組合工藝對氮釋放的影響MW-H2O2＞MW-Alkali＞MW＞MW-Acid2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究10微波及其組合工藝對磷釋放的影響MW-H2O2＞MW-Acid＞MW-Alkali＞MW2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究11微波及其組合工藝中磷的釋放過程30℃開始，每升高10℃取一次樣，測定上清液中磷的含量。2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究12小結(jié)單獨MW處理的工藝對污泥的作用效果有限，微波組合工藝可顯著改善對污泥的預(yù)處理效果。MW-Acid工藝可使處理后的污泥粒徑顯著增大，沉降性、脫水性明顯改善；微波-堿處理后的污泥則沉降性惡化。極難脫水。MW-Alkali、MW-H2O2工藝對于溶出污泥中的含碳有機物、含氮物質(zhì)具有明顯作用。MW-Acid、MW-H2O2可促進污泥中磷的溶出，利于磷回收的進行。2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究132023/1/13MW-H2O2預(yù)處理中的H2O2投加策略活性污泥酶變性Y升溫活性污泥H2O2MW-H2O2協(xié)同作用污泥破解活性污泥酶變性Y升溫活性污泥H2O2MW-H2O2協(xié)同作用污泥破解微波污泥預(yù)處理研究142023/1/13過氧化氫酶：區(qū)別好氧/厭氧微生物的特征之一，活性污泥中過氧化氫酶活為污泥升溫速率：設(shè)定20度/分鐘，升溫過程中過氧化氫酶逐漸失活過氧化氫酶對H2O2分解的影響水浴控溫條件下，污泥中過氧化氫酶對H2O2的分解效果微波污泥預(yù)處理研究152023/1/13H2O2劑量對有機物溶出以及H2O2殘留比例的影響H2O2劑量的影響H2O2微波污泥預(yù)處理研究162023/1/13有機物的分布處理過程中有機物的分布情況

（以TC表示）處理過程中有機物的分布情況

（以COD表示）表明污泥中有機物除了生成CO2逸出外，仍有大部分有機物被氧化為小分子物質(zhì)。微波污泥預(yù)處理研究172023/1/13小結(jié)過氧化氫酶的作用顯著影響其處理效果和過氧化氫的投加量。過氧化氫酶的活性在高溫下（60℃和80℃）受到抑制。研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)體系中H2O2有嚴重殘留現(xiàn)象。確定了微波-過氧化氫污泥預(yù)處理過程中的H2O2投加策略，即80℃條件下按0.5~1的比例（H2O2\TSS）投加,再升溫至100℃。該過氧化氫的投加策略能顯著提高H2O2的利用率和污泥溶胞效率。隨著H2O2投加量的增加，有機物逐步從固相中釋放出來進入溶液以及氣相中。微波污泥預(yù)處理研究182023/1/13污泥濃度

分為2組考察即等量與等比例投加H2O2微波功率

在200~1000W范圍內(nèi)考察微波功率處理效果的影響pH

在2~11的范圍內(nèi)，研究其對污泥效果的影響經(jīng)濟有效的操作參數(shù)對常壓微波-過氧化氫聯(lián)合作用處理污泥的工藝參數(shù)進行優(yōu)化MW-H2O2污泥預(yù)處理工藝參數(shù)優(yōu)化基于RSM的交互作用研究單因素研究微波污泥預(yù)處理研究192023/1/13污泥濃度對處理效果的影響（系列A[H2O2]為5000mg/L系列B[H2O2]：COD=1：1）在一定的H2O2投加量下，污泥濃度越高，其COD釋放比例越低。在等比例于污泥濃度投加H2O2的情況下，污泥預(yù)處理效果不受污泥濃度的顯著影響

0300060009000120001500005000100001500020000250003000035000TSS/(mg?L-1)COD,TOC,殘余H2O2/(mg?L-1)COD(A)COD(B)HO(A)HO(B)TOC(A)TOC(B)22220.05.010.015.020.025.030.035.040.045.005000100001500020000250003000035000TSS/(mg?L-1)TSS,TCOD/(×103mg?L-1)0.00.20.40.60.81.0VSS/TSSTCOD(A)TCOD(B)TSS(A)TSS(B)VSS/TSS(A)VSS/TSS(B)兩個不同H2O2使用量對比系列中，污泥處理程度均不受污泥濃度的影響，但較高的過氧化氫使用量有利與污泥的溶胞與穩(wěn)定污泥濃度的影響微波污泥預(yù)處理研究202023/1/13160s62.5℃/min823s12.1℃/min微波的功率影響微波污泥預(yù)處理研究212023/1/13(初始TSS=5000mg/L初始H2O2濃度為5000mg/L)污泥溶解比例隨著污泥初始pH值的升高而增加，殘留H2O2的比例從酸性及中性條件下的83%左右迅速下降至堿性條件下的43.4%(pH=11)。污泥溶胞后pH有降低趨勢

pH=213.2%pH=1135.6%在pH=2與pH=3時的VSS/TSS比值分別為0.84與0.83，略高于原污泥的0.82，但隨著pH的逐步提高，VSS/TSS比值逐漸降低，在pH=11時降到了0.603與報道的酸性條件比，堿性條件下，微波過氧化氫處理更有利于污泥的溶胞與穩(wěn)定pH的影響微波污泥預(yù)處理研究222023/1/13選擇與經(jīng)濟性最相關(guān)的三個因素1最佳處理條件的組合區(qū)域2建立主要參數(shù)的二階預(yù)測函數(shù)模型采用中心復(fù)合設(shè)計（Central-composite），F(xiàn)actorNameUnitsLowActualHighActualLowCodedHighCodedATSSg/L6.4516.55-11BpH5.228.78-11CH2O20.41.6-11交互作用微波污泥預(yù)處理研究232023/1/13試驗條件與結(jié)果統(tǒng)計sampleTSSpHH2O2/TSSTSS(g/L)pHH2O2/TSSVSSred1-1.00-1.00-1.006.455.220.4118.9021.00-1.00-1.0016.555.220.4119.363-1.001.00-1.006.458.780.4129.2341.001.00-1.0016.558.780.4136.735-1.00-1.001.006.455.221.5925.6761.00-1.001.0016.555.221.5941.167-1.001.001.006.458.781.5938.8181.001.001.0016.558.781.5953.259-1.680.000.003.007.001.0037.64101.680.000.0020.007.001.0041.31110.00-1.680.0011.504.001.0024.15120.001.680.0011.5010.001.0055.47130.000.00-1.6811.507.000.007.24140.000.001.6811.507.002.0056.87150.000.000.0011.507.001.0042.57160.000.000.0011.507.001.0039.01170.000.000.0011.507.001.0040.61SourceSumofSquaresDfMeanSquareFValuep-valueModel2598.39288.700455.914650.0143A-TSS142.1681142.168132.912620.1317B-pH816.7061816.7061316.7320.0046C-H2O21397.0411397.041728.62140.0011AB4.5003714.50036710.09220.7702AC60.3796160.3795731.2370.3028BC0.7637610.76375860.015650.9040A^219.9847119.98470.409430.5426B^216.6379116.6378530.340860.5777C^2176.4161176.415923.614260.0990Residual341.678748.811109LackofFit335.34567.06798921.16440.0457PureError6.3378223.1689077CorTotal2939.9816微波污泥預(yù)處理研究24響應(yīng)面（RSM）分析pH，TSS，H2O2對COD釋放量的影響pH，TSS，H2O2對H2O2殘留量的影響

2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究252023/1/13二階預(yù)測模型項TCTSSresVSS/TSSH2O2r%sCODNH4-NK+Intercept1069.260.340.6582.312862.264.4357224.05A-TSS463.740.030.00-4.551040.65-0.9217447.16B-pH195.860.04-0.04-4.17498.01-0.13-1298.47C-H2O2184.630.09-0.02-1.42439.230.17-1238.98AB80.150.010.001.73192.410.11-1405.28AC43.780.030.00-2.9187.74-0.25-1486.48BC54.550.000.00-1.68158.540.372011.43A23.910.000.021.90191.75-0.14-6844.29B214.770.000.010.66-8.510.315877.51C20.57-0.030.010.88-78.17-0.221154.66R20.9690.8670.9260.9280.9790.8630.968提出優(yōu)化條件構(gòu)建了反應(yīng)預(yù)測模型預(yù)測反應(yīng)后的以下各項指標變化

COD、COD/TCOD、TCOD、VSS、TSS、VSS/TSS、TC

H2O2residual、H2O2reserve%、NH4-N、Metal(KCaMgCuZn)、pHfinal微波污泥預(yù)處理研究262023/1/13污泥形態(tài)觀察BCDASample1Sample2Sample3123原污泥微波處理微波-過氧化氫微波污泥預(yù)處理研究272023/1/13污泥溶胞過程污泥絮體H2O2?OHMW蛋白質(zhì)脂肪多糖揮發(fā)性脂肪酸（vFAs）CO2氧化+絮體破壞Ca2+Mg2+溶胞釋放EPS結(jié)構(gòu)破壞微波污泥預(yù)處理研究28處理后污泥的應(yīng)用Sludgepretreatment減量化無害化資源化提高沼氣產(chǎn)出效率；磷回收A級標準EPA-503原位污泥減量（溶胞隱性生長）微波污泥預(yù)處理研究29原位污泥減量-實驗室規(guī)模主要運行參數(shù)反應(yīng)區(qū)4.8L沉淀區(qū)HRT8hSRT12dDO>3mg/L預(yù)處理方式R1#不處理R2#回流處理上清液R3#回流處理混合液微波污泥預(yù)處理研究30污泥產(chǎn)率基于微波預(yù)處理的原位污泥減量>60%微波污泥預(yù)處理研究31污水處理效果微波預(yù)處理對污水處理效果無影響微波污泥預(yù)處理研究32小結(jié)研發(fā)了微波污泥預(yù)處理的過氧化氫投加策略，減少了H2O2的損耗明確了污泥濃度是微波污泥預(yù)處理的顯著影響因素研發(fā)了基于微波污泥預(yù)處理的原位污泥減量工藝，污泥減量效果顯著。微波污泥預(yù)處理研究33微波污泥預(yù)處理中試系統(tǒng)

2023/1/1333自主研制的微波反應(yīng)器（JWX-10-W，定做于巨龍微波能設(shè)備公司），頻率為2145GHz，磁控管輸出功率1kW×10，5級調(diào)節(jié)，反應(yīng)槽有效處理容積50L微波污泥預(yù)處理研究34微波污泥預(yù)處理組合工藝中試效果COD溶出比例和固體減量比例均表明，微波組合工藝能有效對污泥進行溶胞，釋放出有機物2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究35微波污泥預(yù)處理組合工藝中試效果pH堿度NH4-NTNPO4TP2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究362023/1/13原位污泥減量示范工程

進水池曝氣池二沉池污泥池微波加堿污泥濃縮進水出水空氣污泥回流剩余污泥預(yù)處理污泥回流微波污泥預(yù)處理研究37試驗運行

CAS污水處理設(shè)計規(guī)模：400m3/d;曝氣池3運行階段1（回流減量前）（）：進水流量300t/d，，曝氣量220-260m3/h運行階段2（回流減量前）（）：進水流量200t/d，，曝氣量180-200m3/h運行階段3(回流減量階段)（）：進水流量200t/d，，曝氣量180-200m3/h運行階段1運行階段2運行階段32023/1/13微波污泥預(yù)處理研究38CAS系統(tǒng)運行特征

運行期間系統(tǒng)進水COD250-400mg/L,出水COD30-65mg/L，COD去除率82%-95%。在溶胞回流后階段，出水COD并沒有升高趨勢，出水水質(zhì)不受影響。2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究392023/1/13CAS系統(tǒng)運行特征進水TN為20-60mg/L,氨氮去除率達90%以上，TN去除率35%-75%。進水TP為2-10mg/L,

TP去除率為70%-95%。在溶胞回流后階段，出水總磷并沒有升高趨勢，出水水質(zhì)良好。微波污泥預(yù)處理研究微波污泥預(yù)處理單元運行特性微波污泥預(yù)處理系統(tǒng)預(yù)處理工藝：微波+堿操作參數(shù)：pH=10，溫度95℃，進泥濃度15~22g/L；日處理量：0.5m3，折合干污泥重量約為8.60kg,占污泥日增量的8.42%；2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究41微波污泥預(yù)處理單元運行特性2023/1/13微波污泥預(yù)處理研究42污泥減量效果計算方法反應(yīng)器參數(shù)及效果考察采用如下公式計算參數(shù)sf為比處理量，單位為d-1，是指每天通過微波處理的活性污泥干重占整體反應(yīng)器內(nèi)活性污泥總重的比例，反映了微波-堿處理系統(tǒng)對于活性污泥系統(tǒng)的一個選擇壓力。每日的表觀污泥產(chǎn)率（Y）為每日產(chǎn)泥量（Px）=排出系統(tǒng)的污泥量+反應(yīng)器內(nèi)污泥總量的變化；每日進水有機物總量（Qcod）=（CODinf–CODeff）*Q污泥減量率RSP（%）采用如下公式計算式中，Yobsunit為反映其中的表觀污泥產(chǎn)率；Yobscontorl，為作為對照的活性污泥反應(yīng)器中的污泥產(chǎn)率。式（1）式（2）式（3）微波污泥預(yù)處理研究43污泥產(chǎn)率衡算表日期進水流量m3/h排泥量kg/d池內(nèi)污泥量kg進水CODmg/L出水CODmg/L進水SSmg/L出水SSmg/L回流減量前1：2010-11-2312.1091.34761.21295.0052.00168.0013.00…2010-11-298.8885.53489.10360.0037.0085.008.00平均11.1086.98674.58312.5047.67112.6712.33總污泥增量（kg/d）：59.27進水加泥量（kg/d）：27.07凈污泥產(chǎn)量（kg/d）：32.20COD消減量（kg/d）：58.40污泥產(chǎn)率：0.55回流減量前2：2010-12-158.5858.15852.07398.0053.00182.0013.00…2010-12-218.28136.82792.37209.0074.00348.0013.00平均8.02146.921061.11491.0059.57398.4312.43總污泥增量（kg