【摘要】：過硫酸鹽氧化技術(shù)作為一種新興的高級氧化技術(shù),因其較常規(guī)Fenton反應(yīng)較廣的酸堿適用性等優(yōu)勢,近來在諸多難降解污染物的分解及穩(wěn)定化處理過程中獲得了研究者的廣泛青睞,本論文為研究過硫酸鹽氧化法對污泥破碎及磷回收的適用性,采用多方法活化的過硫酸鹽技術(shù)對剩余污泥進行了裂解與元素釋放研究,實驗證明其可有效破碎污泥菌膠團的絮體結(jié)構(gòu),顯著提高污泥的脫水性及可濾過性,并在此基礎(chǔ)上對污泥破碎及元素釋放過程的機理進行了系統(tǒng)研究。除此之外本文以敵百蟲這一在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中曾大量使用的含磷農(nóng)藥作為過硫酸鹽高級氧化法的目標(biāo)物質(zhì),對其分解過程動力學(xué)參數(shù)及后期的磷回收過程進行了系統(tǒng)研究。為研究過硫酸鹽氧化過程中剩余污泥的破碎機理及后期的元素回收可能性,本實驗擬采用過硫酸鹽作為外加藥劑以期提高污泥處理過程中的元素釋放效率,實驗初期發(fā)現(xiàn),高溫活化的過硫酸鹽氧化過程可極大地促進污泥破碎及其內(nèi)氮磷元素的釋放,處于最佳操作裂解條件時(UV,65~oC,PS/WAS=1.5),污泥上清液中的PO_4-P與NH_4-N濃度在反應(yīng)結(jié)束時可達到204 mg/L與216 mg/L,同時MLSS較原污泥可降低64%。而在經(jīng)條件優(yōu)化的磷酸銨鎂沉降過程中PO_4-P與NH_4-N的最高回收率可分別達到98.9%與34.8%(pH=9.5,Mg/P=1.3)。而在低劑量氫氧化鈉活化的過硫酸鹽氧化過程中,污泥含水率相較于原污泥可降低14.41%,且當(dāng)過硫酸鹽與氫氧化鈉濃度分別為10 mmol/L及0.5 mmol/L時,反應(yīng)結(jié)束時液相體系中的TN濃度可達到22.34mg/L。但此過程無法對污泥絮體內(nèi)的細胞表面結(jié)構(gòu)造成明顯的破壞,其活性自由基的主要作用位點應(yīng)為污泥絮體間的長鏈胞外分泌物質(zhì),在整個反應(yīng)過程中其被硫酸根自由基及羥基自由基切割破碎形成短鏈小分子,進而釋放進入液相體系中造成污泥消解上層清液中COD的持續(xù)升高。在針對抗壞血酸對幾種剩余污泥處理體系中元素釋放及污泥脫水性能影響的探究中發(fā)現(xiàn),于硫酸鹽氧化過程開始一定時間后投加較高劑量的抗壞血酸有利于污泥可濾過性在短時間內(nèi)迅速提高;在污泥的堿處理體系中,抗壞血酸的加入并不能對堿主導(dǎo)的污泥破碎過程造成太大的影響;而在堿活化過硫酸鹽消化過程的機理探究中發(fā)現(xiàn),投加抗壞血酸后反應(yīng)體系中污泥可濾過性的波動,主要應(yīng)與污泥絮體胞外含氮類長鏈有機物的破碎分解有關(guān),但其具體機理仍需進一步實驗研究。而在過硫酸鹽破碎分解含磷農(nóng)藥敵百蟲的研究過程中發(fā)現(xiàn),高溫環(huán)境可極大地促進含磷農(nóng)藥敵百蟲在過硫酸鹽氧化過程中磷元素的釋放,在輔以紫外輻照的條件下,反應(yīng)結(jié)束時液相體系中的農(nóng)藥的分解率可達95.63%(UV,80~oC,PS/敵百蟲=7),且在經(jīng)過條件優(yōu)化的元素回收過中磷的回收率最高可達到93.4%(pH=11.5,Mg/P=2)。
【圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的大量活性自由基集團，，其可快速破碎污泥絮體間的聯(lián)結(jié)蛋白及污泥細胞，有助進污泥均膠團破碎胞間物質(zhì)釋放及分解過程[44,45]。相較而言，在整個反應(yīng)體系中氮磷元素的釋放過程對溫度及紫外輻照表現(xiàn)高的敏感性，例如在在 45oC 的污泥消化體系中，無論輔以紫外輻照與否，反應(yīng)時上清液中的 PO43-P 濃度均穩(wěn)定在 20 mg/L 左右。但當(dāng)溫度升至 65oC 時污泥體的 PO43-P 濃度可達到 171 mg/L，而輔以紫外輻照時污泥上清液中的 PO43-P 濃度小時后可達到 45oC 條件下的 10 倍之高(205.03 mg/L)。研究者認為高溫之所以提高污泥內(nèi)部物質(zhì)的釋放速率，歸其原因是高溫可以拓寬污泥細胞膜表面的物換孔道，從而促進胞內(nèi)物質(zhì)如 poly-P 的釋放及分解[46]。類似的，剩余污泥氧化中氮元素的釋放趨勢與磷酸鹽幾乎相同，在 45oC 的反應(yīng)條件下，污泥上清液NH4+-N 濃度在結(jié)束反應(yīng)前緩慢上升至 30-40 mg/L，而若在高溫消解(65oC 與 85o同時輔以紫外輻照，6h 后污泥上清液中的 NH4+-N 濃度分別可達到 215.8 mg/L265.6 mg/L。

度(65oC)后，控制過反應(yīng)體系中過硫酸鹽/污泥質(zhì)量比率(PS/WAS)為 1:1-2:1，以上清液中的 PO43-P 與 NH4+-N 濃度及 MLSS 為參照對污泥破碎體系中過硫酸鹽量進行進一步優(yōu)化。實驗結(jié)果如圖 2-2 所示。如圖 2-2 所示，污泥上清液的 pH 在不同 PS/WAS 比例的反應(yīng)體系中均從反始的 5.75 降到 1.76-2.44，這應(yīng)歸因于污泥細胞內(nèi)小分子有機酸在污泥發(fā)酵前期速釋放過程[47]。相較于不同 PS/WAS 污泥消解體系中差別較小酸化過程，污MLSS 變化在不同 PS/WAS 比例的污泥破碎體系中顯現(xiàn)出較為明顯的差異，其PS/WAS 升至 1.5/1 時，過硫酸鹽氧化體系中的 MLSS 將從反應(yīng)之初的 20 g/L 7.2 mg/L，而當(dāng) PS/WAS 比率繼續(xù)升高時反應(yīng)體系中的污泥濃度將不再發(fā)生明顯化。而對于剩余污泥氮磷的釋放過程來講，其亦受到過硫酸鹽投加量較大的影響PS/WAS 比率逐漸升高時，反應(yīng)結(jié)束時污泥上清液中的 PO43-P 濃度由初始條件168.6 mg/L(PS/WAS=1) 達到 220 mg/L(PS/WAS=1.75)，而反應(yīng)體系中的 NH4+-N 變動在高 PS/WAS 比率時呈現(xiàn)出較為相似的趨勢，如在 PS/WAS 比率處于 1.5:1時，反應(yīng)結(jié)束時污泥上清液中的 NH4+-N 濃度維持在 215-230 mg/L。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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