【摘要】：污水處理廠的日常運(yùn)行產(chǎn)生大量的剩余污泥,污泥脫水已成為污水處理過(guò)程中的一個(gè)技術(shù)瓶頸。而活性污泥中的胞外聚合物(EPS),在維持污泥絮體結(jié)構(gòu)和污泥脫水方面起著關(guān)鍵作用。因此,分解EPS能夠促進(jìn)污泥結(jié)合水的釋放,從而強(qiáng)化污泥脫水。另一方面,廢水中含有的有機(jī)污染物造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,所以我們需要開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、有效的處理方法。在眾多處理技術(shù)中,Fenton(芬頓)反應(yīng)因其能通過(guò)Fe2+催化H2O2產(chǎn)生活性很強(qiáng)的羥基自由基,反應(yīng)速率快、低毒、容易操控等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但是,Fenton反應(yīng)存在的一些缺點(diǎn)也限制了其在環(huán)境中的發(fā)展,例如嚴(yán)格的pH范圍、高的H2O2用量、導(dǎo)致氧化速率下降的Fe3+泥的堆積等。本論文針對(duì)Fenton反應(yīng)的上述缺點(diǎn),通過(guò)優(yōu)化Fenton反應(yīng)改進(jìn)Fenton反應(yīng)的鐵源,促進(jìn)污泥EPS的分解及污泥絮體的沉降,降低污泥含水率并加快污泥過(guò)濾速度;同時(shí),也嘗試?yán)媚芗訌?qiáng)Fe2+和Fe3+循環(huán)的還原劑,強(qiáng)化污染物的降解效率和速率;還探索了類Fenton反應(yīng)促進(jìn)污泥脫水和污染物降解的機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下:(1)探索類Fenton反應(yīng)對(duì)污泥脫水的強(qiáng)化作用。利用Fe3+替換Fe2+,將經(jīng)典的Fenton反應(yīng)改進(jìn)為類Fenton反應(yīng),一方面產(chǎn)生羥基自由基促進(jìn)污泥EPS的分解,從而促進(jìn)污泥細(xì)胞中結(jié)合水的釋放,強(qiáng)化污泥脫水;另一方面Fe3+能促進(jìn)污泥絮體的絮凝,從而在提高污泥脫水的過(guò)濾速度的同時(shí)降低污泥含水率;利用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化了該體系中Fe3+、H2O2和pH等實(shí)驗(yàn)條件;利用差示掃描量熱法(DSC)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)分析了污泥處理后釋放的結(jié)合水和金屬離子(Zn,Cu,Ca,Cd等)的含量,探索了污泥中金屬離子和結(jié)合水的釋放對(duì)污泥脫水性能的影響;利用DLVO理論解析處理前后的污泥泥餅的親疏水性變化,發(fā)現(xiàn)類Fenton反應(yīng)導(dǎo)致污泥顆粒間相互作用的能壘更低,因此從表面熱力學(xué)角度闡明了處理后污泥更容易脫水的機(jī)制。(2)考察Fe@Fe2O3基復(fù)合調(diào)節(jié)劑對(duì)污泥脫水的促進(jìn)作用。利用鐵還原法合成了Fe@Fe2O3復(fù)合材料,在酸性條件下和氧氣結(jié)合發(fā)生類Fenton反應(yīng),并與高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)的使用相結(jié)合,在降低污泥含水率的同時(shí)獲得了更快的過(guò)濾速度;通過(guò)對(duì)復(fù)合調(diào)節(jié)劑處理前后污泥上清液中的總有機(jī)碳(TOC)和多種組分(如多糖、核酸、蛋白等)含量變化的分析發(fā)現(xiàn),該調(diào)節(jié)方法能夠顯著促進(jìn)EPS的分解和污泥絮體的絮凝,從而強(qiáng)化J了污泥脫水;利用電子順磁共振技術(shù)(ESR)對(duì)體系中的自由基進(jìn)行檢測(cè),證明該復(fù)合調(diào)節(jié)劑在污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生了羥基自由基,因而提升了EPS的分解能力和污泥的脫水效果。(3)解析pH和鹽度調(diào)節(jié)后的污泥結(jié)合水含量及其分布的變化過(guò)程。通過(guò)pH和鹽度的調(diào)節(jié)來(lái)破壞污泥絮體的結(jié)構(gòu),增加松散EPS的含量。發(fā)現(xiàn)在酸性條件下能夠獲得最快的脫水速率和最低的污泥含水率;pH和鹽度調(diào)節(jié)也會(huì)影響污泥中結(jié)合水的含量和分布,鹽度處理增加污泥細(xì)胞內(nèi)結(jié)合水含量,降低EPS中保留的水分。所以,鹽處理即使能降解EPS也不能有效降低污泥含水率,反而降低脫水速率;酸處理能夠破壞污泥細(xì)胞,釋放細(xì)胞內(nèi)的結(jié)合水,從而能更大程度地降低含水率;堿處理卻增加了污泥結(jié)合水含量,惡化了污泥脫水特性。(4)研究還原劑對(duì)Fenton反應(yīng)降解污染物的促進(jìn)機(jī)制。通過(guò)鹽酸羥胺、抗壞血酸和半胱氨酸三種還原劑添加對(duì)Fenton反應(yīng)降解污染物效果的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)不同還原劑濃度對(duì)強(qiáng)化Fenton降解污染物效果存在差異性,其中鹽酸羥胺在高濃度條件下有最好的促進(jìn)效果;三種還原劑均能擴(kuò)大有效的Fenton反應(yīng)pH范圍,且在pH=4.0降解效果最好;其中抗壞血酸不同加入時(shí)間對(duì)提升Fenton反應(yīng)降解效果的促進(jìn)也有所不同,分批加入比初始一次性加入還原劑更能促進(jìn)污染物的降解。
【圖文】：

行為廣泛依賴于其接近的固體。為了充分理解和預(yù)測(cè)脫水機(jī)理Ｗ及與水分性質(zhì)逡逑相關(guān)的預(yù)處理（例如混凝、絮凝、熱調(diào)節(jié)、高級(jí)氧化等），研究者提出了污泥中逡逑包含四種類型的水［ｉｉ０，ｕｉ］，其在污泥中的分布如圖１．１所示：逡逑／邋＾逡逑戶ｅｅ邋ｗａｔｅｒ邋Ｊ逡逑＾邋ｊ，ａ邋ｆｌｏｅ逡逑／邐＾Ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｗａｔｅｒ逡逑Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ逡逑ｗａｔｅｒ逡逑圖１．１污泥中水分分布圖ｉｉｗ逡逑（１）自由水：與固體顆粒無(wú)關(guān)的水，包括不受毛細(xì)力影響的孔隙水�？桑麇义虾苋菀椎赝ㄟ^(guò)沉淀Ｗ及機(jī)械脫水除去；逡逑口）間隙水：被困在絮體和生物質(zhì)的縫隙或者間隙中的水，可Ｗ通過(guò)強(qiáng)烈逡逑的機(jī)械力釋放出來(lái)；逡逑（３）

測(cè)的最優(yōu)值結(jié)果是可信的。逡逑預(yù)測(cè)的模型方程的可視化可Ｗ通過(guò)響應(yīng)曲面來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)二次模型的等高逡逑線圖是保持一個(gè)變量的最優(yōu)化，另外兩個(gè)變量在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)做出的圖，如圖２．１逡逑所示。在等高線中的楠圓形圖案表明Ｆｅ３＋和比0２劑量、陽(yáng)和出0２劑量、Ｆｅ３＋逡逑劑量和ｐＨ均在水去除率送個(gè)響應(yīng)上有顯著的相互作用。圖２．１ａ顯示響應(yīng)曲面逡逑的主峰落在Ｈ２０２設(shè)定的劑量范圍內(nèi)，但是最大點(diǎn)落在實(shí)驗(yàn)范圍外面。因?yàn)檫^(guò)量逡逑的Ｈ２０２跟之前的描述一樣，會(huì)導(dǎo)致泥餅嚴(yán)重地吸附到濾布上，并降低過(guò)濾速逡逑度，所１＾最佳的Ｈ２０２劑量在設(shè)定的范圍邊緣取得。圖２．化和0展示了相似的逡逑響應(yīng)曲面。相應(yīng)的二維等高線表明水去除率隨著ｐＨ的降低，Ｈ２０２劑量的降低逡逑而增大。不過(guò)最大峰位置落在了邋Ｆｅ３＋設(shè)定的劑量范圍內(nèi)。逡逑４０逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Enhancing sewage sludge dewaterability by bioleaching approach with comparison to other physical and chemical conditioning methods[J];Journal of Environmental Sciences;2012年08期

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本文編號(hào)：2537087