鼓泡塔污泥臭氧化溶胞及减量的实验和理论研究

Treatment and disposal of excess sludge is one of the most important environmental and social problems in china. This application will focus on application bottleneck encountered in sludge ozonation and reduction, where bubble column is employed to investigate the mechanism, mass transfer, dynamics and optimal control theory. Based on the analysis of intracellular organic matter, material balance, O3 and HO., process characteristics of sludge ozonation and the transformation of the key elements will be clarified. With the theories of gas-liquid interfacial mass transfer and multiphase reaction, mass transfer model of ozonation associated with mass transfer coefficient, Henry constant, bubble diameter and reactor configuration parameters will be established. Dynamic mathematic description of ozonation will also be conducted, and the main control factors affecting cell lysis and organic matter release will be discussed. Objective function will finally studied for achieving minimum ozone dosage using mass transfer efficiency, sludge and ozone concentration, reaction time as the variables. Upon theoretical analysis of process optimization, it will lay the foundation for the coupling activated sludge process of the sludge reduction.

污泥的处理和处置是我国面临的重要环境和社会问题之一。本申请将围绕污泥溶胞与减量技术的应用瓶颈，开展鼓泡接触反应系统中臭氧化的机理、传质、动力学和优化控制等理论研究。通过跟踪胞内物释放与转化、物料衡算、O3和HO.等氧化活性物质分析，探明污泥臭氧化进程特点及关键化学元素去向。以气液固界面传质、多相反应理论为基础，解析污泥臭氧化关联于传质系数、亨利常数、气泡直径和反应器构型参数的传质模型。对臭氧化溶胞有效反应区间的动力学进行数学描述，揭示臭氧在杀菌、溶胞、矿化中的阶段作用强度，探讨影响溶胞和有机物释放的主要控制因子。建立以传质效率、污泥和臭氧浓度、反应时间为变量的臭氧投量最小的目标函数，开展工艺优化理论分析，为该技术耦合活性污泥法进行污泥减量奠定基础。

污泥的处理和处置是我国面临的重要环境和社会问题之一。本项目围绕污泥溶胞与减量技术的应用瓶颈，开展鼓泡接触反应系统中臭氧化的机理、传质、动力学和优化控制等理论研究。考察了不同浓度污泥混合液在臭氧化过程中各参数的变化。结果表明溶胞过程中MLSS和rCOD均呈准线性变化，单位污泥溶解释放出的rCOD比例在0.96-1.04之间；混合液中溶解性的N和TP均呈增加趋势，而pH值则由7下降至5左右。.研究了氧化过程和传质过程的影响因素，结果表明臭氧氧化过程的影响因素有臭氧进气浓度、臭氧投量、混合液初始污泥浓度、胞外聚合物含量、pH值以及减量单元的运行方式等。其中臭氧进气浓度、混合液初始污泥浓度及操作方式为臭氧化过程的主要影响因素。随着臭氧浓度的增加，溶胞速率相应增加；而在相同的臭氧进气浓度条件下，低初始MLSS将更有利于臭氧溶胞；就操作方式而言，在相同能耗的条件下，连续操作的溶胞效果好于间歇操作。研究发现臭氧传质过程的主要影响因子为：污泥浓度、进气臭氧浓度、混合液的高度、表观气速及平均气泡直径，并通过数学模型获得了传质效率与影响因子间的相互关系。.对污泥臭氧溶胞过程的动力学研究发现，在一定臭氧投量下，MLSS和rCOD浓度变化可用线性方程描述。在减量工艺的优化方面认为低污泥产率工艺有利于降低能耗，从而减少污水处理费用；低污泥浓度条件更有利于臭氧氧化溶胞；臭氧化时间的选择应兼顾溶胞比和经济性两项指标，当溶胞比在0.72-0.8之间可取得较好的减量效果；对于同一浓度的污泥来说，选择较大溶胞比和较低能耗的投量是最经济的；臭氧利用效率为0.9以上的混合液高度为优化高度，反应器的总高取值宜为1.5-2.0倍优化高度。