吐温80与氢氧化钠耦合强化剩余污泥溶胞效果的研究

第5卷第10期2011年10月

环境工程学报

Vol．5，No．10Oct．2011

吐温80与氢氧化钠耦合强化剩余

污泥溶胞效果的研究

吕学斌

1

张云霞

1

张书廷

1*

刘红娅

2

（1．天津大学环境科学与工程学院，天津300072；2．唐山市环境保护局，唐山063000）

摘要利用吐温80的润湿、渗透作用，将其与氢氧化钠耦合应用于剩余污泥的溶胞。结果表明，吐温80的存在能

吐温80的存在能降低溶胞的环境温度。吐温80与氢氧有效提高氢氧化钠对剩余污泥的溶胞效果；而同样的溶胞效果下，

化钠耦合剩余污泥溶胞工艺的最佳工艺条件为：吐温80投加量100mg/L、作用时间15min，先加吐温80再加氢氧化钠的

加入吐温80后，可以较大地减少超声波氢氧化钠协同污泥溶胞的作用时间。顺序。此外，

关键词吐温80与氢氧化钠耦合剩余污泥溶胞

中图分类号

X705

文献标识码

A

9108（2011）10-2359-05文章编号1673-

Researchonenhancementofexcesssludgebreakagebycombining

Tween80andsodiumhydroxide

LüXuebin1

ZhangYunxia1

ZhangShuting1

LiuHongya2

（1．SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China；

2．TangshanMunicipalEnvironmentalProtectionBureau，Tangshan063000，China）

AbstractTween80combinedwithsodiumhydroxidewasusedintheprocessofexcesssludgebreakageforitswettingandpenetrationcharacteristics．TheresultsshowedthatTween80couldfacilitatetheeffectofsodiumhydroxideonsludgebreakage，moreover，underthesamesludgebreakageeffect；Tween80coulddropthecir-cumstancetemperatureduringthebreakageprocess．TheoptimumconditionsofbreakagetechnologywereTween80dosageof100mg/L，timeof15min，andaddingTween80priortosodiumhydroxide．Furthermore，thebreakagetimewhichwaspretreatedbyultrasoniccombinedwithsodiumhydroxidecouldbereducedbyaddingTween80．

KeywordscombiningTween80andsodiumhydroxide；excesssludge；breakage近年来，随着我国经济的高速发展和城市化进因此，高效低成本污泥细胞溶解及其降解转化技术程的加快，污水处理厂急速增加，伴随着产生了大量是实现剩余污泥减量化的关键所在。目前常用的污

［4-6］［7，8］、的污泥。据统计，我国污泥产生量约为2500万t/a（按泥溶胞方法包括臭氧溶胞碱溶胞等。臭氧含水率80%计算），由于污泥的无害化处理处置成

本高，约占污水处理厂处理成本的40%～60%左，许多污水处理厂往往只处理到污水而避开了污泥处理，以简单填埋和堆放为主，引发严重的环右

境污染问题。因此，污泥的处理处置己成为我国城市化过程中亟待解决的重大环境问题。

解决剩余污泥最有效的方法是减少污泥的排放即污泥减量化。利用各种溶胞技术，使微生物细胞能够迅速溶解并成为微生物可以利用的底物再次被其他微生物所利用，是污泥源头减量过程中最常用的手段。包括溶胞和生物转化两个阶段，其中溶胞

［3］

过程是污泥源头减量量化技术的速率限制步骤。

［1，2］

法具有溶胞效率高、操作简单等优点，然而由于臭氧

利用率低、成本高等缺点限制了其应用。强碱对污泥的溶胞效果具有很好的促进作用，然而由于碱的粘性及溶胞后的物质传递速度大幅降低，因此只能从污泥表面开始慢慢向污泥细胞内部作用，导致溶胞速率较低。如碱能与污泥接触后迅速渗入污泥内部，则会大大促进溶胞速率。

基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2007AA06Z347）收稿日期：2010－06－02；修订日期：2010－07－25

作者简介：吕学斌（1980～），男，讲师，主要研究方向：污泥减量化与

mail：xbltju@tju．edu．cn资源化利用。E-E-mail：zhangst@tju．edu．cn*通讯联系人，

2360

环境工程学报第5卷

表面活性剂是一种能使液体的表面张力显著降低的物质，具有增溶、润湿、渗透等功能，能使液体迅分加量加入吐温80。2种投加方式均反应15min，

别在不同时间段取样测定SCOD值。

另取2组污泥，其中一组改变吐温80的投加量速均匀地在固体表面上扩散展开或透入到固体内

［9］

通0～300mg/L，静置15min后调节污泥pH11.5，反应部。将表面活性剂与碱耦合作用于剩余污泥，

过表面活性剂的渗透作用将碱带入污泥内部，则能30min；另一组污泥投加100mg/L的吐温80后，静置

大大提高碱对污泥的溶胞效果。本研究将吐温800～60min，调节污泥pH11.5，反应30min。分别测定COD以及BOD的变化情况。与氢氧化钠耦合用于剩余污泥的溶胞过程，并对溶2个过程的SCOD、胞工艺条件进行了优化，为剩余污泥的源头减量化1．3．4吐温80对超声波与氢氧化钠耦合溶胞效果过程提供一种新的溶胞方法。

的影响

1、调节污泥pH为11.5，在常温下分别超声0、

3、6、10和15min，超声波频率25KHz，在不同时间

1

1．1

材料与方法

材

料

点分别取样测定SCOD；其中一组实验投加吐温80

实验用剩余污泥采自天津市纪庄子污水处理厂100mg/L，另一组不投加吐温80，比较实验结果。

经沉降、浓缩后使用，其基本特性二沉池回流污泥，

TCOD10708mg/L，含水率98.7%，为：pH6．90，

SCOD165mg/L，TSS12.2g/L，VSS6.7g/L。2．1

吐温80为市售分析纯。

2结果与讨论

吐温80与氢氧化钠耦合污泥溶胞效果研究

图1表示的是不同温度下，单独投加吐温80、

1．2

分析项目及方法

TSS、VSS采用重量法测定；COD污泥的含水率、单独投加氢氧化钠以及吐温80与氢氧化钠耦合对

污泥溶胞效果的影响。其中SCOD增加值表示污泥溶胞后SCOD值扣除相同条件下溶胞前SCOD值，单位为mg/L。由图1可以看出，污泥溶胞效果排序依次为吐温80碱耦合＞碱＞吐温80。经实验测定，在100mg/L浓度下，吐温80自身所提供的COD为230mg/L，由图1所得结果可以看出，单独投加

污泥溶胞过程SCOD的增加值大吐温80的条件下，

于吐温80自身提供的COD值，这是因为吐温80具

有亲水亲油基团，在污泥絮体表面呈定向排列，从而

采用微波密封消解，重铬酸钾法测定，其中SCOD为

离心机（转速为4000r/min）离心30min后，再用真空泵经孔径为Φ0.45μm膜快速抽滤后滤液的化学

TCOD为污泥悬浮液的总化学需氧量；BOD需氧量，

采用五天培养法测定。

1．3实验方法1．3．1

吐温80与氢氧化钠耦合污泥溶胞效果研究20、30、40和50℃下，在10、分别在单独投加吐

单独投加碱、以及吐温80与碱混合存在的条使水分在絮体表面布满，增大了接触面积，同时吐温温80、

件下对污泥进行溶胞实验。吐温80投加量为80具有乳化和增溶的作用，促使污泥表面絮体中的

［10］

100mg/L污泥，用氢氧化钠调节污泥的pH11.5，反固体有机物溶解在水中，导致污泥的SCOD上应时间为30min，反应结束后测定各实验组的升。而在氢氧化钠存在的情况下，投加吐温80与未SCOD值。每组实验重复2次，结果取平均值。1．3．2吐温80与氢氧化钠耦合与热碱溶胞效果的比较

SCOD增加值都随着温度投加吐温80两组实验中，

的升高而增加，但投加吐温80的实验组SCOD增加

值明显高于未投加吐温80实验组。这是因为，吐温

11.5、12.0、12.5和80的渗透作用会促进氢氧化钠向污泥内部渗透，调节污泥pH为11.0、加

13.0，分别在80℃和60℃水浴内溶胞8h后测定各速污泥细胞的破解。同时，由于吐温80自身的增容实验组的SCOD值。其中60℃反应投加吐温80，浓

而80℃反应不投加吐温80。度为100mg/L，1．3．3的选择

取两份污泥，其中一份投入吐温80、投加量100

mg/L，静置15min，然后将pH调节至pH11.5；另一份先调pH值为11.5，静置15min后按100mg/L投

吐温80与氢氧化钠耦合污泥溶胞最佳条件

作用会促进固体物质向溶液中的溶解。

由图1可以看出，当溶胞温度超过40℃时，SCOD增加值有一定程度的降低，这是因为当温度升高时，污泥絮体本身会发生性状改变，原本不能溶解的固体有机物也会在高温下自动溶解与水中即相同条件下溶胞前SCOD值也大幅度增加，造成SCOD的增加值降低。

第10期吕学斌等：吐温80

与氢氧化钠耦合强化剩余污泥溶胞效果的研究

2361

图1

Fig.1

不同温度下各种污泥溶胞方法对污泥SCOD增加值的影响

图3Fig.3

吐温80投加量对污泥溶胞过程SCOD

及BOD/TCOD的影响

EffectofdosageofTween80onSCODand

Effectofdifferentbreakagemethodsofexcesssludge

onaddedvalueofSCODatdifferenttemperatures

BOD/TCODduringbreakageprocessofexcesssludge

2．2吐温80与氢氧化钠耦合与热碱溶胞效果的比较

图2表示的是不同pH下，在60℃下投加吐温80与在80℃下不投加吐温80，污泥溶胞8h后的效果。从图2可以看出，无论是在60℃还是80℃的条件下，污泥的溶胞效率随着pH的上升而提高。当pH超过12.0时，污泥溶胞效率急剧上升，说明碱对

SCOD提高很快，时，投加量再增大则SCOD提高缓

慢。可能的原因是当投加量小于100mg/L时，污泥因此其全部渗透于污泥絮体内中吐温80浓度较小，部，铺展在絮体表面，溶出的有机物多，造成SCOD

迅速上升。而当投加量超过100mg/L时，污泥中吐温80已经接近饱和水平，再投加吐温80也不能快

而是溶解于液体中，达不污泥溶胞具有较好的促进作用。当pH为13.0时，速地渗透到污泥絮体内部，

投加吐温80和不投加吐温80情况下SCOD/TCOD到吐温80渗透与乳化的作用。

BOD表示水中能被微生物利用的有机物的含都接近于1，分别为0.98和0.94，说明污泥几乎完

而BOD/TCOD比值表示水中可生化性的好坏，全溶胞。而投加吐温80与不投加吐温80相比较，量，

则可生化性越好。由图3可知，当加入少即使溶胞温度降低了20℃，溶胞效果仍相同，节省比值越大，

污泥絮体中就能迅速地溶出更多的固量吐温80时，了溶胞热能

。

体有机物，并且这些有机物都能够被微生物利用，有

利于后续的生物处理。投加量为50～150mg/L时，BOD/TCOD值趋于平缓，而当投加量高于150mg/LBOD/TCOD值又不断增加，时，这是由于当吐温80达到饱和后，尽管其不能对溶胞作用起促进作用，然吐温80本身可生化性良好，造成污泥溶出液的而，

BOD值将增加，因此BOD/TCOD值也会增加。从溶胞效果与经济效益两方面考虑，当吐温80投加量为100mg/L时，即可起到良好的渗透与乳化

图2Fig.2

不同条件下污泥溶胞效果的比较Comparisonofbreakageeffectofexcesssludgeunderdifferentconditions

的作用，增大投加量虽然会给BOD带来一定的贡献，但是对污泥溶胞过程已经不起作用，因此，最终

取100mg/L作为吐温80最佳投加量。

2．3吐温80与氢氧化钠耦合污泥溶胞工艺条件的2．3．2溶胞时间对污泥溶胞效果的影响

将剩余污泥投加100mg/L的Tween80后，放置优化

2．3．1吐温80投加量的优化不同的时间（0～60min）后调pH值为11.5，反应SCOD随着表面活性剂不同作图3表示的是不同吐温80投加量对污泥溶胞30min，温度为10℃，效果的影响，从图3可以看出，随着吐温80投加量用时间变化趋势如图4所示。从图4中可以看出，

SCOD也逐渐提高，加大，当投加量小于100mg

/L剩余污泥中投加入吐温80后，在反应15min前，

2362

环境工程学报第5卷

SCOD值迅速从1549mg/L上升至1776mg/L，而2．4吐温80对超声波与氢氧化钠耦合溶胞效果的15min之后，SCOD变化趋势则趋于平缓。分析原影响

协同由图6可以看出，先加吐温80与氢氧化钠后再因是吐温80加入后能迅速渗透进入污泥絮体，因此污泥絮体中有机大分子以促进碱的溶胞作用，

及胞外聚合物快速溶解于液相中，促进上清液中SCOD值的增加。随着时间的增长，溶出物质中酸

进行超声处理得到的剩余污泥的SCOD值要明显高

于单纯加氢氧化钠之后再超声所得到的SCOD值。

在pH值为11.5时，先投加吐温80后再进行超声

性物质削弱了碱的溶胞作用，因此溶胞效率降低，3min得到的SCOD为3126.72mg/L，此值与直接SCOD的增长比较缓慢。因此从溶胞效果及溶胞效率两个方面出发，当投加吐温80后，作用15min即可达到良好的溶胞效果。

进行超声10min所得到的SCOD值3216.28mg/L相近，表明吐温80的加入提高了超声波与氢氧化钠协同污泥溶胞的效率

。

图4溶胞时间对污泥溶胞效果的影响

Effectofbreakagetimeonbreakageeffectofexcesssludge

Fig．4

图6吐温80对超声波与氢氧化钠耦合溶胞效果的影响Fig.6

EffectofTween80onbreakageeffectofexcess

sludgebycombiningultrasonicandsodiumhydroxide

2．3．3吐温80与氢氧化钠投加顺序对污泥溶胞效

果的影响

图5显示了氢氧化钠与吐温80不同投加顺序下的剩余污泥溶胞效果。由图可知，先投加吐温80再加氢氧化钠的溶胞效果明显优于先加氢氧化钠再加吐温80。这是因为吐温80能快速渗透进入污泥絮体内部，使一些不溶性有机物增溶，并且能协助氢氧化钠的溶胞作用。因此实际应用中应采用先加吐温80再加氢氧化钠的顺序进行污泥溶胞。

3结论

（1）吐温80的加入能有效促进氢氧化钠对剩余污泥的溶胞效果或降低剩余污泥溶胞所需的环境温度。

（2）吐温80与氢氧化钠耦合剩余污泥溶胞的最佳条件为：吐温80投加量为100mg/L，溶胞时间为15min，以及采用先加吐温80再加氢氧化钠的投加顺序。

（3）在pH值为11.5时，投加吐温80后再进行加碱和超声处理3min得到的剩余污泥的SCOD值几乎等于仅加氢氧化钠和超声处理10min得到的SCOD值。因此吐温80的加入可以缩短超声波与氢氧化钠耦合剩余污泥溶胞的时间。参考文献

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图5吐温80与氢氧化钠投加顺序对污泥溶胞效果的影响Fig.5

EffectofdosingorderofTween80andsodiumhydroxideonbreakageeffectofexcesssludge

LuoK．，YangL．，LiX．M．，etal．Enhancedhydrolysisofexcesssludgebyexternalenzymes．EnvironmentalSci-ence，2010，31（3）：763-767（inChinese）

第10期吕学斌等：吐温80与氢氧化钠耦合强化剩余污泥溶胞效果的研究

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/codj.html