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筛分回收污水中纤维素物质
水业碳中和资讯 翟学棚 郝晓地等 / 时间:2022-04-29 14:14:33

编者按:污水中20%有机质来源于厕纸,主要成分乃纤维素物质。纤维素化学结构异常复杂、稳定,在污水好氧处理以及后续污泥厌氧消化过程中都很难降解,它们大多残留于消化污泥之中。纤维素与丝状细菌结构上有相似之处,在污水处理过程中可以充当“骨架”而现象可能出现与污泥膨胀类似的污泥絮体蓬松现象。可见,纤维素非但难以降解,而且会影响污水处理正常运行。因此,有必要将纤维素在污水处理前端以大孔径膜分离方式筛分出来并予以回收。其实,纤维素是一种可被充分利用的资源,可以用作泡沫混凝土、透水沥青等建筑材料的填充剂,这些实践已在荷兰尝试并取得了令人满意的效果。本期回顾2017年发表于《中国给水排水》文章,在介绍污水中纤维素物质来源、含量、结构特征、生物降解特性基础上,重点介绍荷兰前端筛分纤维素概念、目的、意义、实验、实践,以供了解和参考。

慧聪水工业网4月29日讯:污水中的纤维素

污水中总纤维素(学名为木质纤维素物质)主要是由厕纸、厨余残渣、合流制中的杂草与树叶等构成。木质纤维素由半纤维素(木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖以及它们的单体衍生物)、纤维素(D-吡喃型葡萄糖)和木质素(苯丙烷单元)组成。它们的分子结构与聚合物的稳定聚合状态是导致这类物质生物降解性变差的主要原因。一般来说,木质纤维素中的三种基本成分不会彼此独立存在,链状纤维素分子所组成的纤维束骨架通过半纤维素的联结作用使得木质素缠绕包裹在纤维束周围,形成整体结构致密稳定的复杂聚合物,如图1所示。

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木质纤维素整体生物降解性能较低,源于木质素稳定包裹作用和本身降解复杂性、顽固性,使木质素在生物处理过程中实际起到了保护纤维素和半纤维素的作用,最终阻碍水解酶发挥有效作用。除非对木质纤维素结构进行“破稳”(如,预处理),否则,木质纤维素在好氧(污水处理)及厌氧(污泥处理)过程中均难以被降解,最后大多残留于消化后的剩余污泥之中;在残余有机成分中占比高达39%。

荷兰经验表明,污水COD中23%来源于厕纸。阿姆斯特丹下水管网服务人口当量约120万,每年有12 000~15 000 t/a厕纸进入污水管网(欧洲如厕手纸普遍直接丢弃马桶冲入下水道),厕纸成为污水中总纤维素的主要来源,这相当于原水SS中有40%直接来源于手纸分解后的纤维素,折算COD为17 000~21 000 t/a,即,构成25%~30%的进水COD负荷。

结语

尽管碳捕捉、碳分离的一些概念在国际上出现,但那都是针对欧美等国家进水中高有机物(COD>600 mg/L)提出的分离COD用于厌氧消化产甲烷举措。显然,这种措施对我国污水碳源普遍不足的现实并不适用,否则,前端回收的COD在处理过程中还得外加碳源再补回来进行脱氮除磷。因此,对中国而言,前端碳分离以捕捉纤维素物质更为简单而现实。此外,纤维素分离不仅可实现资源回收,亦可实现污泥减量、降低运能耗、增加处理负荷等优点。

详情参阅水业碳中和资讯 翟学棚 郝晓地等的论文