采用阳离子聚丙烯酰胺改善污泥水解液的脱水性能

针对市政污泥水解液脱水困难的问题,研究了阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的投加量、水解液pH值、调理温度、搅拌转速等对污泥水解液脱水性能的影响。结果表明,当CPAM投加量为0.1%,水解液pH值为12.5,调理温度为50℃,搅拌转速为100~150 r·min~(-1)时,污泥水解液的脱水效果最佳,无锡和天津两地污泥水解液的毛细吸水时间(CST)分别下降98.43%和98.01%,调理前后,污泥粒径、Zeta电位、污泥黏度及絮体形态也获得明显改善,同时95%以上的污泥蛋白质保留在清液中,有利于污泥蛋白质的后续回收。     

Fenton氧化剩余污泥过程重金属迁移及其形态变化

采用Fenton氧化处理含重金属剩余污泥,通过BCR法测定并分析了污泥处理过程各重金属形态的变化,重点考察了pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比、温度(T)和反应时间(t)5个因素对重金属迁移及形态变化的影响。结果表明,利用Fenton氧化处理剩余污泥,污泥重金属形态变化显著,且受到初始pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比和温度的影响,但反应时间的影响较小。正交实验结果显示,Fenton氧化处理污泥的最佳条件为:初始pH1、H_2O_2投加量12 g·L~(-1)、H_2O_2/Fe~(2+)比10和温度50℃,此时污泥Cu、Mn和Zn 3种重金属的弱酸溶解态含量达到最高值,分别为72.66%、90.12%和87.51%。在最佳条件时,污泥上清液中Cu、Mn和Zn含量可分别从0.08、0.263和0.01 mg·L~(-1)增加到15.08、17.49、32.74 mg·L~(-1)。研究表明,Fenton氧化污泥过程提高了污泥中弱酸溶解态重金属含量,利于重金属从固相向液相转移,从而有效降低污泥饼中重金属含量,有利于污泥脱水后的进一步处理及其资源化。     

皮革厂含铬污泥铬回收及资源化利用

以滨州某皮革厂产生的含铬污泥为研究对象,采用酸浸-加碱-氧化的方法提取污泥中的铬,通过实验探究获得最佳反应条件,铬回收率达到92.6%。回收得到的的铬盐红矾钠(Na_2Cr_2O_7)可回用于制革产业中制备铬鞣剂。铬回收后污泥中的铬含量为10.88 mg·g~(-1),浸出毒性低于危险废物鉴别标准。     

3种植物水浸提液对工业园区污水处理厂污泥中重金属的淋洗效果

为探讨植物材料淋洗去除工业园区污水污泥中重金属的可行性,选用马桑(Coriaria nepalensis)、枳椇子(Hovenia acerba)和乌药(Lindera aggregata)的水浸提液作为淋洗剂,采用振荡淋洗实验研究了不同淋洗剂浓度和pH、淋洗时间和温度对其去除供试污泥中重金属的影响,并确定淋洗的最佳参数。结果表明,当3种淋洗剂浓度从20 g·L~(-1)上升到80 g·L~(-1)或淋洗温度从15℃增至55℃时,重金属去除率均呈先升高后稳定的趋势。同时,淋洗效果还受淋洗剂pH和淋洗时间的影响。基于淋洗效果、技术应用和经济成本,枳椇子、乌药和马桑水浸提液淋洗的最佳参数分别为pH 7、80 g·L~(-1)、25℃、180 min,pH 4、100 g·L~(-1)、25℃、180 min和pH 4、80 g·L~(-1)、25℃、180min,此时各淋洗剂重金属去除率总体表现为CdCuPbNi。其中枳椇子和乌药对Cd去除率较高,分别为73.12%和82.60%,但Ni去除率仅为23.34%和19.42%;与前2种植物材料相比,马桑对Pb(36.40%)和Ni(27.88%)的去除率高,但对Cd(30.11%)和Cu(30.38%)的去除率相对较低。淋洗后污泥中Cu和Pb含量均可达农用污泥A级标准(CJ/T 309-2009),乌药淋洗后Cd及马桑淋洗后Ni含量可达到A级标准,其他淋洗剂情况下Cd和Ni含量可达到B级标准。此外,植物水浸提液淋洗污泥还能有效保留甚至增加其养分,降低可交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态重金属含量。研究表明,马桑、枳椇子和乌药在淋洗去除污泥中重金属和实现污泥土地应用上有一定潜力。     

生物淋滤技术对城市污泥中高浓度重金属的去除

实验以单质硫粉作为能源基质,考查了生物淋滤技术针对城市污泥中高浓度重金属的去除效果,探讨了生物淋滤处置前后污泥中重金属的形态变化规律。结果表明,生物淋滤技术能够有效去除污泥中的高浓度重金属。在硫粉投加量为4 g·L~(-1)、HRT为5 d、污泥回流比为50%、污泥浓度为4%、温度为30℃的条件下,生物淋滤系统pH值可降低至1.5左右,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni分别可降低至400、400、900和200 mg·kg~(-1)左右,达到了《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362~(-2)011)标准重金属限值。生物淋滤处置后,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni均主要以稳定形态存在,环境风险较低,为进行土地利用奠定了物质基础。     

基于RSM模型的碱与超声联合破解污泥工艺优化

运用响应曲面法(RSM)研究碱解和超声联合作用对污泥破解的影响,以加碱量(0~0.16 g NaOH·(g TS)-1)和超声能量(4 000~20 000 k J·(kg TS)-1)为影响因素,分析其对污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度的影响规律,建立了二次多项回归模型,并实现了组合工艺的优化和验证。结果表明,加碱量对污泥破解效果的影响高于超声能量,最佳处理工艺条件为加碱量0.1 g Na OH·(g TS-1)和超声能量12 000 k J·(kg TS-1)。最佳工艺条件下,污泥破解响应值为污泥破解度40.13%,溶解性蛋白质1 365.46 mg·L~(-1)和多糖350.11 mg·L~(-1),与预测值吻合度较高,为碱解和超声联合预处理在污泥破解、厌氧消化预处理领域的应用提供了理论支持和数据支撑。     

电镀污泥的还原焙烧-酸浸

将电镀污泥作为一种重要的重金属资源加以回收利用,逐渐成为了国内外研究的重点。以电镀污泥为研究对象,在不同的温度及不同的焙烧时间下进行直接焙烧和还原焙烧,并对焙烧底渣进行酸浸,分别研究了污泥减量率以及Cu、Ni、Zn和Cr 4种重金属的含量和浸出率,并探索了还原剂(煤粉)和催化剂(CaCO3)投加量的影响。实验结果表明,原始电镀污泥中,Cu含量最高,达到10.05%,因此,电镀污泥中Cu具有回收价值;焙烧后电镀污泥得到了减量化,同时污泥中的金属得到了富集;还原焙烧比直接焙烧更有利于Cu的选择性浸出,当煤粉投加量为10%,CaCO3投加量为0.5%,在700℃下焙烧20 min时,Cu的浸出率达到98.73%,Cu的含量达到15.07%。     

城市干污泥热解气化

针对包头市南郊污水处理厂污水污泥,采用先热解后对热解残渣进行气化的方法探讨城市污泥的有效利用方式。污泥热解实验取升温速率(20~60℃·min-1)和终温(400~600℃)作为影响因素,得出各热解产物产率的变化规律。结果表明,污泥热解在终温为600℃时失重率达到57.53%,焦油产率在450℃达到峰值。污泥残渣的气化分别以水蒸气和CO2作为气化剂,探讨了800~1 000℃范围内的气化产品气组分变化规律。以水蒸气为气化剂时,污泥热解残渣的可制备富氢产品气,产品气中H2体积分数随着反应温度的增加而增加,1 000℃时H2含量可达68.83%,H2+CO含量达到81.36%,低位热值为9.18 MJ·Nm-3。以CO2作为气化剂时,产品气中富含CO,温度越高CO含量越高,1 000℃时到达最大值53.84%,产品气低位热值为7.25 MJ·Nm-3。     

利用拜耳法赤泥和氟化钙污泥制备烧结砖块

拜耳法赤泥是用氢氧化钠溶解铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废弃物。针对拜耳法赤泥的强碱性、重金属含量高等特点,提出了一种利用酸性氟化钙污泥进行共同烧制砖块的方法。以砖块的氟离子浸出量、铬离子浸出量、抗压强度、砖块密度及烧失量5个变量为评价指标,利用主成分分析法对五个指标进行综合评分,并研究了以氟化钙污泥与赤泥比,黏土添加量、铝灰添加量、黏结剂添加量、烧结温度为自变量对综合评分的影响。利用响应面法(RSM)对实验数据进行分析,得出最佳实验条件依次为氟化钙污泥与赤泥比=61.1%,黏土添加量=21.4%,铝灰添加量=15%,黏结剂添加量=2.5%,烧结温度=1 000℃。此条件下所得砖块对应的氟离子浸出量为0.33 mg·L~(-1),铬离子浸出0.034 mg·L~(-1),抗压强度5.73 MPa,烧失量9%,砖块密度1.07 g·cm~(-3)。可用做非承重砖。     

柠檬酸强化电动去除和回收污泥中的重金属

探讨了柠檬酸对污泥中重金属形态的影响,并以柠檬酸为络合剂、以杭州七格污水处理厂城市污泥为研究对象,在0.8 m A·cm-2恒定电流密度条件下运行120 h,在5组柠檬酸浓度分别为0.00、0.05、0.10、0.20和0.30 mol·L~(-1)的条件下,采用自行设计的双层双阳极反应器对污泥中重金属进行电动去除和回收实验。结果显示,柠檬酸能促使污泥中大量的Zn由可还原态转化为酸可提取态,但对Cu的形态影响不大。电动处理实验中,添加柠檬酸后Zn和Cu的去除率都有明显提高,当柠檬酸浓度为0.20 mol·L~(-1)时,Zn的去除率最大达58.3%,Cu的去除率为42.4%;当柠檬酸浓度为0.10 mol·L~(-1)时,Cu的去除率最大为51.7%,Zn的去除率为46.4%。柠檬酸的最佳添加浓度为0.10~0.20 mol·L~(-1),当柠檬酸添加量超过0.20 mol·L~(-1),Zn和Cu的去除率反而会因为络合物在阳极区的沉淀而降低。     

氧化-铁盐絮凝联合对调理改善污泥脱水性能的影响

实验对比考察了活性氯预氧化与铁盐(Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ))混凝改善市政污泥脱水性能。结果表明:预氧化可改善污泥脱水效果,氯投量为200 mg·g~(-1)时污泥比阻(specific resistance to filtration,SRF)由5.3×109m·kg~(-1)降低至2.0×109m·kg~(-1),进一增加氯投量,SRF反而升高;单独三价铁盐可明显改善污泥脱水性能,但二价铁效果有限;预氧化之后再投加Fe(Ⅲ)与Fe(Ⅱ),SRF较单独铁盐条件下分别降低40.3%和78.3%。进一步研究证实,预氧化可破坏污泥的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS),并导致胞内蛋白质和多糖的释放,且蛋白质和多糖含量与污泥脱水性能呈明显正相关性。活性氯预氧化与铁盐混凝联合调理可明显改善污泥脱水性能,且氧化与混凝的协同作用是其主要机制。     

微生物电解池从剩余污泥热碱水解液中回收鸟粪石

通过鸟粪石的形式回收城市污水处理厂剩余污泥中的氮磷,不仅可减少对环境的污染,而且可以实现氮磷的资源化。利用微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)开展了回收剩余污泥热碱水解液中鸟粪石的研究,实验结果表明,剩余污泥通过热碱水解促进了磷酸盐的释放,经MEC处理后可形成鸟粪石沉淀。扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)结果表明,阴极沉淀物为斜方晶,主要成分为N、O、P、Mg,符合鸟粪石的成分组成及晶体特征。双室MEC的鸟粪石生成速率远大于单室MEC的,双室MEC对磷酸盐的去除率最高可达77%,而单室MEC对磷酸盐去除率最高为56%。在双室MEC中,随着外加电压的升高,鸟粪石的生成速率增大,当外加电压为0.95 V时,鸟粪石生成速率为0.37 g/(m2·h);当外加电压为1.15 V时,鸟粪石生成速率为0.61 g/(m2·h)。微生物电解池为剩余污泥中鸟粪石的回收提供了一种新的处理方法。     

城市污水厂污泥替代营养盐培养海水小球藻的研究

为了城市污水厂污泥的资源化利用,对污泥替代F/2培养基培养海水小球藻(Chlorella pacifica)进行了研究。首先采用研磨-离心法制备污泥抽提液,将其与F/2培养基按体积比7∶3混合,接种微藻并在优化的条件下培养6 d,逐日测定混合液中无机氮、磷的浓度,培养结束后测定微藻生物量以及干藻中蛋白质、氨基酸和重金属含量。结果表明,将微藻在最佳条件下培养6 d后,混合液中PO34--P、NO2--N、NH4+-N和NO3--N的吸收率分别达到97.32%、96.72%、97.55%和78.13%;与F/2培养基对照组相比,混合液中微藻的生物量增加11.5%;蛋白质、必需氨基酸和非必需氨基酸的含量变化不大。另外,干藻中的重金属含量符合饲料行业标准的要求。     

活性污泥吸附联合发酵产酸资源化回收污水碳源

利用活性污泥源头吸附回收污水中的有机碳源,然后进行厌氧发酵产酸,可以改变污水碳源在传统工艺中的迁移与转化途径。研究结果表明,本工艺大大提高了有机碳源的利用率,降低了后续水解释碳成本。在30 min内,活性污泥对污水COD、氨氮和总磷的吸附去除率分别达到69%、57%和58.2%。热碱水解(t=90℃,p H=11)能够实现吸附碳源污泥(富碳污泥)中有机物的快速释放,水解污泥上清液中COD、溶解性蛋白质和溶解性多糖含量分别达到8 173.8、1 508.8和1 936.0 mg·L~(-1)。将获得的有机物进行厌氧发酵产酸,挥发性有机酸总量达到6 025.4 mg·L~(-1),与普通活性污泥相比,提高了27.7%;但是有机酸的组成和发酵所需时间变化不大。本研究结果为污水处理厂节能降耗以及污泥资源化处理处置提供参考。     

Fe2+活化过硫酸盐对市政污泥EPS性能的影响

针对污泥难以脱水、处理难度大的问题,通过过硫酸盐高级氧化技术联合造纸污泥作为骨架对市政污泥进行调理,以泥饼含水率、污泥比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)、胞外聚合物(EPS)中蛋白质和多糖的分布关系,以及滤饼和滤液中总氮、总磷含量为指标,研究Fe~(2+)活化过硫酸盐联合造纸污泥骨架构建体对EPS的影响。结果表明:将造纸污泥与市政污泥1∶2混合,再添加过硫酸盐和Fe~(2+),对污泥的调理效果最好,泥饼的含水率由74.52%降至69.57%,SRF降低了66.23%;蛋白质和多糖的分布关系为S-EPSLB-EPSTB-EPS,滤饼中总氮所占比例由94.60%下降至65.62%,EPS被有效破解,污泥脱水效果显著改善。     

市政污泥与磷矿渣共堆肥制备营养覆土

为无害化处理市政污泥,结合矿山生态修复对营养基质的需求,采用翻堆式静态好氧堆肥工艺,以市政污泥、园林绿化废物和磷矿渣为主要原料,经过一次发酵,制备可用于矿山修复的营养覆土。实验中选用晋宁三浑水原矿和黄磷矿渣等2种磷矿渣。与以单一园林绿化废物为骨料的市政污泥传统堆肥方式相比,加入适量黄磷矿渣,能够促进堆体的一次发酵(50?C以上),高温启动时间由5 d缩短为3 d以内,高温持续时间在10 d左右;同时,能够促进营养覆土中腐殖质积累,将种子发芽指数提高到100%以上,并有效固化重金属,浸出液中高毒类金属As的浓度降至50μg·L~(-1)以下,处于安全水平。市政污泥、园林绿化废物与适量黄磷矿渣经过一次发酵制备的营养覆土可应用于矿山修复。     

电渗透耦合Fe2+-过硫酸钠污泥脱水过程中EPS的变化特性

为了考察电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠污泥深度脱水的机制,采用自制装置对市政污水处理厂的污泥进行了脱水研究。系统研究了在不同电压梯度、机械压力、过硫酸钠投加量、Fe~(2+)与过硫酸钠比例、阴阳极间距等操作条件下,污泥中胞外聚合物(EPS)的组成及分布对污泥脱水效果的影响。结果表明,电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠可以改善污泥的脱水效果,过硫酸钠经过Fe~(2+)和热活化作用产生的硫酸根自由基对污泥中EPS的破坏作用明显,从而造成EPS特性改变。其中,紧密型胞外聚合物(TB-EPS)中的蛋白质和多糖、松散型胞外聚合物(LB-EPS)中的蛋白质及各层EPS中的蛋白质/多糖与污泥脱水效果存在显著相关性;黏性胞外聚合物(S-EPS)和LB-EPS中的多糖与污泥脱水效果存在显著相关性。TB-EPS、LB-EPS及其中含有的蛋白质和多糖含量是影响污泥电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠脱水效果的主要因素。     

基于不同破解方法的市政污泥厌氧消化产气量优化

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理4种破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过分析比较沼气累积产量、日产气量、日产气速率和CH_4在沼气中的含量占比等指标得出实验结果和结论。结果表明,不同的破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的,其中,电化学预处理破解方式的沼气累积产量最多,为648 L·kg~(-1)(以VS计),同时其CH_4在沼气中的含量也最多,从5 d后的56.2%一直持续上升到40 d后的64.8%,表明该种方式对于市政污泥厌氧消化产气量的优化是较为理想的。     

含油污泥及其污染水体中多环芳烃及其急性生物毒性测定

为了更好地控制含油污泥的环境污染,通过实验分析了五种不同来源的含油污泥中多环芳烃(PAHs)的含量、来源以及总毒性当量浓度(TEQ),测定了不同有机溶剂浸提液的急性生物毒性,并对油泥污染水样的PAHs和急性生物毒性进行了分析。研究发现,不同含油污泥中PAHs含量为496.10~4 233.25μg·g~(-1),PAHs总毒性当量(TEQ)为8.41~231.56μg·g~(-1),炼化厂含油污泥中的PAHs主要来源于石油及其精炼产品的热转化,其他含油污泥中的PAHs主要来源于原油本身。正己烷是3种受试有机溶剂中最适合测量含油污泥急性生物毒性的溶剂。被污染水样中PAHs含量为9.68~385.16 ng·mL~(-1),除被清罐油泥污染的水样外,其他油泥污染水样中苯并(a)芘(BaP)未超标,但所有测试水样都具有较高的急性生物毒性,相对发光抑制率最高达到87.46%,大大超过了毒性参照物100 mg·L~(-1)的Zn~(2+)的抑制率。     

不同有机质含量进泥的污泥干化芦苇床运行效能

污泥干化芦苇床是将人工湿地和污泥干化床进行有机结合,形成的一种新型污泥处理系统。系统运行时,周期性地将污泥布向湿地表面,水经填料层向下渗滤,并经由底部排水管流出;污泥中的固体物质被截留在填料层上面,通过蒸发蒸腾作用进一步脱水。通过系统地考察不同有机质含量剩余污泥在污泥干化芦苇床中的稳定化效果,总结并对比分析了污泥干化芦苇床对不同原泥的矿化程度、氮磷等营养物质的去除、微污染有机物的降解以及温室气体排放等。经过2年的布泥期和1年的稳定期,污泥有机质得到有效处理,高、低有机质含量污泥的稳定化程度分别达到54.50%和58.20%,满足GB 18918-2002中稳定化污泥标准的要求,同时高于GB 8712-1987(10%)的城镇垃圾农用控制标准要求。污泥氮磷含量仍然处于较高水平,可作为植物性营养元素;其中高、低有机质含量污泥中氮的含量分别从7.10%降到3.10%和从2.52%降到0.98%。微污染有机物如多环芳烃得到有效去除,高、低有机质含量污泥中多环芳烃分别去除了67.28%和32.64%,其中湿地植物芦苇起到了积极作用;监测结果表明,污泥干化芦苇床会释放一定量的温室气体,其中CO_2释放量为16.5~65.2 g·(m~2·d)~(-1),CH_4释放量为0.43~1.95 g·(m~2·d)~(-1),用CO_2来衡量CH_4的全球变暖趋势,污泥干化芦苇床CO_2释放量为15.02 g·(m~2·d)~(-1)。