【摘要】：隨著污水處理的普及,剩余污泥的產(chǎn)量急劇增加,適宜的污泥處理處置技術(shù)變得越來越重要。土地利用被認(rèn)為是一種最經(jīng)濟(jì)有效的污泥處置辦法。然而,污泥中的重金屬對人類健康存在巨大的潛在風(fēng)險,尤其是超標(biāo)重金屬成為污泥土地利用的主要限制因素。生物淋濾是一種微生物污泥處理技術(shù),由于其具有環(huán)境友好和成本低等原因,已引起廣泛的關(guān)注。然而,生物淋濾的處理時間較長,成為限制生物淋濾應(yīng)用的主要障礙。為了克服這一障礙,本文研究了生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)去除污泥中的重金屬的特征和機(jī)理。選擇以氧化亞鐵硫桿菌為主的土著混合鐵氧化菌作為接種菌,以硫酸亞鐵為反應(yīng)底物,采用連續(xù)三次培養(yǎng)方法,培養(yǎng)土著混合鐵氧化菌。通過比較無機(jī)酸淋濾、單獨(dú)的生物淋濾以及生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)的效果評估生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)去除污泥中重金屬的可行性。結(jié)果表明,生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)是去除污泥中重金屬的有效方法。生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)的效率明顯高于無機(jī)酸淋濾,略高于單獨(dú)15d生物淋濾,聯(lián)合處理方法的反應(yīng)周期大大縮短,從15d縮短到了5d。經(jīng)生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)處理以后,污泥中殘留的重金屬含量可達(dá)到中國《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284-84)中的酸性土壤標(biāo)準(zhǔn)。從兩個方面分析了生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)處理污泥的機(jī)理,一是聯(lián)用基礎(chǔ),二是鐵離子的變化。在生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)體系中,生物淋濾技術(shù)不僅可以為類Fenton反應(yīng)提供酸性條件和催化劑,還可以降低類Fenton反應(yīng)階段的重金屬負(fù)荷;而類Fenton反應(yīng)不僅可以縮短污泥生物淋濾的運(yùn)行周期,還能提高重金屬的溶出效率,是傳統(tǒng)污泥生物淋濾技術(shù)的一個顯著改進(jìn)。鐵離子在生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)體系中起承前啟后的作用。鐵離子在生物淋濾階段以Fe~(2+)形態(tài)作為土著混合鐵氧化菌的能源物質(zhì),為土著混合鐵氧化菌的生長提供能量,并以Fe~(3+)形態(tài)通過間接淋濾反應(yīng)參與重金屬的溶出;鐵離子在類Fenton反應(yīng)階段先由Fe~(3+)還原成Fe~(2+),再以Fe~(2+)的形式作為催化劑催化分解H_2O_2產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的羥基自由基(?OH)。此外,在生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)體系中,經(jīng)過5d生物淋濾反應(yīng)后,體系中的鐵離子主要以Fe~(3+)形式存在,可以降低?OH的消耗速率,提高H_2O_2的利用率。從反應(yīng)溫度、污泥含固率、亞鐵投加量、H_2O_2投加量、類Fenton反應(yīng)起始pH值和類Fenton反應(yīng)時間等方面對生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)處理污泥進(jìn)行了優(yōu)化。生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)去除污泥中重金屬的優(yōu)化條件如下:反應(yīng)溫度為30℃、污泥含固率為3%、亞鐵投加量為10.0 g/L、H_2O_2投加量為7.5 g/L、類Fenton反應(yīng)起始pH值為2.5、類Fenton反應(yīng)時間為90 min。在優(yōu)化條件下,Cu、Zn、Cd的溶出率分別為77.5%、75.8%、69.7%。經(jīng)生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)處理,污泥的性質(zhì)發(fā)生了明顯變化:(1)污泥液相中的蛋白質(zhì)、多糖、EPS以及SCOD均大幅度提高,表明生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)對污泥中的EPS具有一定的破解作用;(2)污泥中Cu、Zn、Cd、Pb的含量均可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T 309-2009)以及《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284-84)的相關(guān)要求。此外,污泥中重金屬的穩(wěn)定性提高;(3)雖然污泥中TN、TP和有機(jī)質(zhì)的損失較大,但處理后的污泥所含TN、TP仍高于豬廄肥的平均值;(4)污泥的脫水性能得到明顯改善,SRF由處理前的1.85×1013 m/kg降到1.56×1012 m/kg,濾餅含水率由處理前的89.7%降到80.1%,污泥的離心脫水率由處理前的74.5%上升到處理后的84.7%;(5)污泥中總大腸菌群數(shù)和糞大腸菌群數(shù)大幅降低,去除率分別為99.98%和99.92%,污泥的安全性進(jìn)一步提高。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【圖文】：

[89]。根據(jù)微生物的適宜生長溫度可將其分為如圖1.1所示的三大類[90]：圖 1.1 鐵硫氧化菌分類示意圖Figure 1.1 Classification of iron sulfur oxidizing bacteria中溫菌（mesophile）：中溫菌的適宜生長溫度為40 ℃以下，當(dāng)溫度超過45 ℃時不能生長。中溫菌類中最常見的菌種主要有氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans，簡稱T.f），氧化硫硫桿菌（Thiobacillus thiooxidans, 簡稱T.t）和

（5）青霉菌的生殖方式青霉菌的生殖方式絕大多數(shù)情況下為無性生殖，極少數(shù)情況下也可發(fā)生有性生殖。青霉菌的生殖方式如圖1.2所示。（a）無性生殖（b）有性生殖圖 1.2 青霉生殖方式示意圖（a. 無性生殖；b.有性生殖）Figure 1.2 Reproductive mode of Penicillium（a. asexual reproduction; b. sexual reproduction）

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本文編號：2731227