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篩分回收污水中纖維素物質
水業碳中和資訊 翟學棚 郝曉地等 / 時間:2022-04-29 14:14:33

編者按:污水中20%有機質來源于廁紙,主要成分乃纖維素物質。纖維素化學結構異常復雜、穩定,在污水好氧處理以及后續污泥厭氧消化過程中都很難降解,它們大多殘留于消化污泥之中。纖維素與絲狀細菌結構上有相似之處,在污水處理過程中可以充當“骨架”而現象可能出現與污泥膨脹類似的污泥絮體蓬松現象??梢?,纖維素非但難以降解,而且會影響污水處理正常運行。因此,有必要將纖維素在污水處理前端以大孔徑膜分離方式篩分出來并予以回收。其實,纖維素是一種可被充分利用的資源,可以用作泡沫混凝土、透水瀝青等建筑材料的填充劑,這些實踐已在荷蘭嘗試并取得了令人滿意的效果。本期回顧2017年發表于《中國給水排水》文章,在介紹污水中纖維素物質來源、含量、結構特征、生物降解特性基礎上,重點介紹荷蘭前端篩分纖維素概念、目的、意義、實驗、實踐,以供了解和參考。

慧聰水工業網4月29日訊:污水中的纖維素

污水中總纖維素(學名為木質纖維素物質)主要是由廁紙、廚余殘渣、合流制中的雜草與樹葉等構成。木質纖維素由半纖維素(木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖以及它們的單體衍生物)、纖維素(D-吡喃型葡萄糖)和木質素(苯丙烷單元)組成。它們的分子結構與聚合物的穩定聚合狀態是導致這類物質生物降解性變差的主要原因。一般來說,木質纖維素中的三種基本成分不會彼此獨立存在,鏈狀纖維素分子所組成的纖維束骨架通過半纖維素的聯結作用使得木質素纏繞包裹在纖維束周圍,形成整體結構致密穩定的復雜聚合物,如圖1所示。

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木質纖維素整體生物降解性能較低,源于木質素穩定包裹作用和本身降解復雜性、頑固性,使木質素在生物處理過程中實際起到了保護纖維素和半纖維素的作用,最終阻礙水解酶發揮有效作用。除非對木質纖維素結構進行“破穩”(如,預處理),否則,木質纖維素在好氧(污水處理)及厭氧(污泥處理)過程中均難以被降解,最后大多殘留于消化后的剩余污泥之中;在殘余有機成分中占比高達39%。

荷蘭經驗表明,污水COD中23%來源于廁紙。阿姆斯特丹下水管網服務人口當量約120萬,每年有12 000~15 000 t/a廁紙進入污水管網(歐洲如廁手紙普遍直接丟棄馬桶沖入下水道),廁紙成為污水中總纖維素的主要來源,這相當于原水SS中有40%直接來源于手紙分解后的纖維素,折算COD為17 000~21 000 t/a,即,構成25%~30%的進水COD負荷。

結語

盡管碳捕捉、碳分離的一些概念在國際上出現,但那都是針對歐美等國家進水中高有機物(COD>600 mg/L)提出的分離COD用于厭氧消化產甲烷舉措。顯然,這種措施對我國污水碳源普遍不足的現實并不適用,否則,前端回收的COD在處理過程中還得外加碳源再補回來進行脫氮除磷。因此,對中國而言,前端碳分離以捕捉纖維素物質更為簡單而現實。此外,纖維素分離不僅可實現資源回收,亦可實現污泥減量、降低運能耗、增加處理負荷等優點。

詳情參閱水業碳中和資訊 翟學棚 郝曉地等的論文


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