超声波耦合Fenton氧化对污泥破解效果的研究 ——以粒径和溶解性物质为例

提出超声波和Fenton氧化协同作用来破解污泥,比较了单独的Fenton氧化和超声波耦合Fenton氧化对污泥粒径,溶解性物质和污泥上清液中多聚糖与蛋白质的影响.结果表明,污泥经过Fenton氧化和超声波耦合Fenton氧化处理后,污泥比表面积明显增加,体平均粒径和索太尔平均径都明显降低,污泥的絮凝体结构遭到了氧化破解,污泥的脱水性能和稳定性能得到了改善.超声波耦合对于污泥破解促进作用十分明显,表现在污泥的比表面积变得更大,粒径降低幅度更明显.这2种氧化对于污泥中SCOD的增加促进作用都十分明显,Fenton氧化处理后污泥SCOD从120.45mg/L增加到585.47mg/L,增加3.9倍,而超声波耦合Fenton氧化处理后,污泥中SCOD则能从120.45mg/L增加到767.47mg/L,增加5.4倍.单独的Fenton氧化处理,污泥上清液中多聚糖最高浓度为209.74mg/L,相对于原污泥的57.81 mg/L增加了2.6倍,而超声耦合Fenton氧化处理后污泥上清液中多聚糖最高浓度则为433.68mg/L,相对于原污泥增加了6.5倍.2种氧化对上清液中的蛋白质的作用则是先增加后下降.     

Fenton试剂与骨架构建体复合调理剂对污泥脱水性能的影响

将Fenton试剂与骨架构建体联用作为复合调理剂开展了污泥调理及脱水试验.结果表明,赤泥与水泥作骨架构建体调理后,污泥脱水性能和脱水液pH均优于石灰与水泥调理污泥.以污泥比阻(SRF)为评价指标,开展了Fenton反应时间、初始pH及调理剂投加量对污泥脱水性能影响的单因素试验.当Fenton反应时间为90 min,初始pH为5,水泥、赤泥、Fe²⁺和H₂O₂的投加量(以污泥干固体质量计)分别为300、300、40和32 mg·g^-1时,污泥比阻降低率可达94.25%±0.21%.在此基础上,以泥饼含水率为响应指标,利用表面响应法对调理剂投加量进行优化.结果表明,水泥、赤泥、Fe²⁺和H₂O₂的投加量分别为287、287、46和37 mg·g^-1,泥饼含水率可降至47.7%±0.8%.调理后污泥的粒径减小,比表面积增大,粘度减小,Zeta电位由负变正,说明该复合调理剂能有效地破解胞外聚合物(EPS),提高污泥脱水性能.     

曝气量和盐度对硝化型颗粒污泥脱氮速率及粒径分布的影响

采用SBR反应器,在交替缺氧/好氧模式下处理低C/N生活污水,考察曝气量、盐度对短程硝化好氧颗粒污泥脱氮速率及粒径分布的影响.结果表明,在25 ℃、pH为7.5~8.0条件下,当进水NH₄⁺-N为65 mg·L^-1时,控制曝气量分别为8.75、12.50和16.25 L·h^-1·L^-1,在第35、24和23个周期时NH₄⁺-N去除率分别高达95.49%、98.46%和98.54%,选取12.50 L·h^-1·L^-1为最佳曝气量.控制在最佳曝气量条件下,当盐度为0时,NH₄⁺-N去除率及亚硝积累率分别为98.46%和90.42%;在盐度为5.0%时,NH₄⁺-N去除率和亚硝积累率分别为98.34%和96.71%.当曝气量从8.75 L·h^-1·L^-1提升为16.25 L·h^-1·L^-1,颗粒污泥平均粒径由170 μm增大为231.5 μm;控制曝气量在12.5 L·h^-1·L^-1,增加盐度至5.0%,颗粒污泥平均粒径由231 μm下降至156 μm,其占比由40.50%增加到48.26%.     

DO浓度对生活污水硝化过程中N2Ｏ产生量的影响

为确定污水脱氮过程中最优的DO浓度和曝气方式,以提高污水处理效率,降低N₂Ｏ产生量,采用实际生活污水应用小试SBR反应器,重点考察了不同DO浓度条件下,硝化效率和硝化过程中N₂Ｏ的产生量.结果表明,当DO浓度恒定为0.4 mg·L^-1时,虽然硝化过程所消耗的能量最低,但其氨氮氧化的速率较低.提高DO浓度,氨氮氧化速率可随之升高.低氨氮生活污水硝化过程中仍有N₂Ｏ产生.DO浓度为0.4 mg·L^-1 和0.9 mg·L^-1时,污水N₂Ｏ产生量(以N计)分别为1.5 mg·L^-1和1.6 mg·L^-1;而DO浓度为1.5 mg·L^-1和2.0 mg·L^-1时,N₂Ｏ产生量则分别降低至0.5 mg·L^-1和0.4 mg·L^-1.当DO浓度高于1.5 mg·L^-1后,继续提高DO浓度,氨氮氧化速率升高的速率变缓,同时N₂Ｏ产生量大幅降低.因此,从提高污水脱氮效率节能降耗和控制N₂Ｏ产生量2个角度考虑,生活污水脱氮过程中控制DO浓度在1.5 mg·L^-1较为适宜.     

颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO₂的影响.用Haldane模型描述厌氧氨氧化反应动力学,得到最大氨氮反应速率6.65×10^-3 mg·(mg·h)^-1、氨氮半饱和常数87.1 mg·L^-1和抑制常数1 123 mg·L^-1,亚硝态氮半饱和常数15.39 mg·L^-1和抑制常数159.5 mg·L^-1.微量NO₂对厌氧氨氧化具有强化作用,基于Haldane模型建立了厌氧氨氧化的NO₂强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数48.79、NO₂半饱和常数2 480 mg·m^-3、NO₂抑制常数4.22 mg·m^-3和基础速率系数0.018 2.试验中大部分的NO_x出现损失.     

进料负荷调控培养好氧颗粒污泥的试验研究

采用厌好氧交替的SBR反应器,以进料负荷（即进水浓度）作为主要控制参数,研究了好氧颗粒污泥的关键培养技术.结果表明,在30 min的较长污泥沉降时间下,通过进料COD 0～900 mg·L^-1的负荷调控,可以有效控制反应器内污泥生长.初始接种污泥的沉降性能对颗粒污泥产生很重要,SVI值保持在20～50 mg·L^-1才能有助于颗粒污泥形成和培养.应用“空曝”这种强力负荷调控方式可大大改善污泥沉降性能,并促进颗粒污泥的形成.通过进料减负荷运行可很好实现污泥的“完全颗粒化”培养.颗粒化转变出现在进料浓度COD 400～500 mg·L^-1,污泥浓度约8～10 g·L^-1.“完全颗粒化”污泥的性能优异,粒径约1.0 mm,SVI值25～35 mg·L^-1,最大沉降速率60 m·h^-1.污泥颗粒过程的发生可能决定于SBR的独特间歇式运行,即基质浓度的贫富交替,减负荷运行可强化基质贫富交替并增大颗粒化过程的驱动力.     

热活化过一硫酸盐调理强化厌氧消化污泥脱水的研究

为了解热活化过一硫酸盐（PMS）调理对厌氧消化污泥脱水性能的影响,本文以毛细吸水时间（CST）、污泥比阻（SRF）和泥饼含水率（WC）为评价指标,通过比较不同温度条件下（25~80℃）热活化PMS调理过程中PMS分解速率、自由基产生、胞外聚合物（EPS）含量和组成,以及污泥形貌特征和粒径分布等变化规律,探讨作用效果及机理.结果表明,热活化PMS调理能显著改善厌氧消化污泥的脱水性能,且温度的升高可增强脱水改善的程度.在温度80℃、PMS投加量4 mmol·g^-1 DS（干物质）和处理5 min的条件下,厌氧消化污泥CST、SRF和WC分别从原始污泥的141 s、2.31×10¹³ m·kg^-1、85%降至35 s、1.95×10¹² m·kg^-1和63%.热活化PMS调理过程中产生的SO₄^-·和·OH破坏了污泥絮体结构,大幅消减了TB-EPS中的蛋白质（尤其是芳香类蛋白和色氨酸类蛋白）,同时污泥粒径的增大（100 μm→1000 μm）可能是厌氧消化污泥脱水性能提高的主要原因.该结果可为热活化过硫酸盐调理技术应用于厌氧消化污泥的高效脱水提供参考.     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

剩余污泥为燃料的微生物燃料电池产电特性研究

利用厌氧污泥作为接种体在不加入任何营养元素的条件下,经过20　d成功地启动了单室无膜微生物燃料电池.启动成功后对剩余污泥作为燃料产电特性以及底物的变化进行了研究.结果表明,微生物燃料电池产生的最大电压为495　mV(外电阻为1 000　Ω),最大功率密度达到44 mW·m^-2,稳定期间内阻约为300　Ω.在1个运行周期中,污泥SS和VSS的去除率分别为27.3%和28.7%,pH值的变化范围为6.5～8.0, COD的起始浓度为617 mg·L^-1,浓度随时间的增加而增大并稳定在1 150 mg·L^-1左右,随后逐渐下降,糖的起始浓度为47 mg·L^-1,逐渐增大到60 mg·L^-1之后浓度逐渐下降.微生物燃料电池可以将剩余污泥中的化学能转化为最清洁的电能,为污泥资源化提供了新的思路.     

3种生物处理方式对污泥减量效果的比较及优化

通过间歇试验得到3种生物方式(污泥好氧消化、厌氧消化以及颤蚓摄食)对污泥的比减量速率、污泥减量速率和污泥减量比例.当初始污泥浓度为2 500mg·L^-1时,经过24h减量,颤蚓摄食、厌氧消化和好氧消化3种方式对污泥的比减量速率R分别为0.13 mg·(mg·d)^-1,0.09 mg·(mg·d)^-1和0.03 mg·(mg·d)^-1,对污泥的减量速率分别为315 mg·(L·d)^-1,263mg·(L·d)^-1和65 mg·(L·d)^-1.通过细菌荧光染色和脱氢酶活性检测证实颤蚓摄食在短时间内对污泥中细菌细胞膜的破坏程度最大,可以将颤蚓摄食和厌氧消化相组合强化对污泥的减量.对于初始浓度为2 500mg·L^-1的污泥,颤蚓摄食12h后再厌氧消化36h,可以在2d左右使污泥减量的比例达到30%,减量比速率为0.25 mg·(mg·d)^-1.当初始污泥浓度增加到4 240mg·L^-1,颤蚓摄食时间需要延长到24h方能保证组合工艺对污泥最大程度地减量.     

微电解-Fenton对印染污泥破解及脱水性能研究

分别采用微电解、微电解联合Fenton对印染污泥的破解效果及脱水性能进行研究,考察了印染污泥中胞外聚合物(EPS)、污泥破解率(DDSCOD)、沉降速率(SV30)、毛细吸水时间(CST)等指标的变化情况.结果表明,微电解反应时间为20 min,初始pH为2.5,铁碳比(Fe/C)为1/1,铁粉量为2.50 g/L时,印染污泥絮体破解效果最佳.该条件下,添加H2 O22.00 g/L反应40 min,污泥上清液的多糖、蛋白质、DDSCOD较原污泥分别增加了49.09%、69.20%、4.33%,CST、SV30较原污泥分别减少了70.46%、20.41%.     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以W_C(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化. 结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低W_C和CST. 试验中当pH为4,w(H₂O₂)和 w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,W_C和CST分别降至63.36%和28.7 s. Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与W_C和CST均存在显著的正相关性(P＜0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低. 液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.      

Fenton氧化联合氧化钙调理对污泥脱水的机理研究

探讨了使用Fenton氧化联合氧化钙全过程(第一阶段:使用硫酸调节污泥p H值;第二阶段:投加Fe2+;第三阶段:投加H2O2;第四阶段:投加氧化钙)对污泥脱水效果及物理化学性质的影响.结果表明,酸化处理可以改变絮体的大小,降低Zeta电位,分散絮体,同时去除部分胞外聚合物(EPS),进而改善了污泥脱水性能.此外,在Fenton氧化的过程中,污泥颗粒、Zeta电位、EPS和比阻(SRF)均呈现逐渐减少的趋势,同时生成氢氧化铁胶体会覆盖在污泥颗粒表面,形成保护性的硬壳,进而使污泥的脱水性能大幅提高.当加入氧化钙时,形成稳定的刚性的结构使污泥颗粒重新聚合,促使生成多孔的脱水通道.中试结果阐明,Fenton氧化过程是实现污泥的深度脱水的关键,并表明各个阶段污泥脱水过程中产生的滤液水质状况.总的来说,本研究提供了在高压下实现污泥深度脱水的新思路,包括:絮体酸溶分散与重聚-保护性氧化-骨架构建.由此看来,Fenton氧化联合氧化钙是一种相对温和且有效的污泥调理方法.     

聚铁混凝-Fenton法-SBR工艺对成熟垃圾场渗滤液深度处理的研究

联合运用聚铁混凝、Fenton方法以及SBR牛物法3种工艺对老龄垃圾场的渗滤液进行深度处理.在综合考虑出水符合垃圾渗滤液国家一级排放标准以及运行成本经济性的前提下,在进水主要污染物COD为640 mg·L-1、色度为500的条件下,推荐了聚铁混凝反应及Fenton反应的最优条件:聚铁加药量为0.45 mL·L-1,[Fe2 ]投加量为0.006 mol,[H2O2]投加量为0.006 mol.L-1,反应时间4 h,Na2CO3投加量约为0.7 g·L～,0.1%PAM投加量为2 mL·L-1,出水COD为68 mg·L-1,BOD为20mg.L-1.同时研究证明,在Fenton方法之前使用聚铁混凝法具有大幅度降低成本、省却pH调节步骤的优点.聚铁混凝反应及Fenton反应总药剂成本低于3.2元/t,实用价值高.Fenton反应后使用SBR生物法处理,其出水水质:COD≤80 mg·L-1.BOD≤8mg.L-1,,NH 4-N≤3 mg.L-1.色度≤5倍,SS≤10 mg·L-1.符合垃圾渗滤液国家一级排放标准.     

Fenton氧化处理爆炸物污染土壤的实验研究

采用摇瓶和玻璃柱试验考察了Fenton氧化处理爆炸物污染土壤中2,4-DNT、2,6-DNT以及COD等的去除效果及其最佳参数.当3%H2O2投加量达到26.46mmol、FeSO4和H2O2的物质的量之比约为1∶73.56时,2,4-DNT和2,6-DNT均可被完全氧化,COD去除率可达到87%.对于2,4-DNT和2,6-DNT,反应时间只需要2h,但要同时去除其它芳香族硝基化合物,则反应时间需要超过8h.土壤直接Fenton氧化的效果并不理想,而对洗出液进行Fenton氧化可以取得很好的效果.通过反应动力学分析和丙酮抑制试验得出,2,4-DNT比2,6-DNT容易氧化.GC-MS分析结果表明,不仅土壤中的2,4-DNT、2,6-DNT可被氧化,其它的硝基芳香族有机化合物也可被氧化去除.     

Fenton去除废水中甲基多巴的机制及动力学

采用Fenton试剂处理甲基多巴废水的实验结果表明, Fenton试剂能有效地去除甲基多巴及其降解产物引起的COD.不同的Fe2 ﹕H2O2,(摩尔比)下甲基多巴的Fenton反应机理有显著的差异,在高Fe 2﹕H2O2(≥2)时,反应机制是H2O2促进Fe2 的絮凝作用;在中Fe2 ﹕H2O2(=1)时,反应机制是兼有氧化和絮凝沉淀作用;在低Fe2 ﹕H2O2(≤0.2)时,反应机制是氧化作用,包括Fe2 催化H2O2氧化和Fe4 aq高价水合铁直接络合去除.针对低Fe2 ﹕H2O2(≤0.2)时甲基多巴的Fenton反应机制,建立了相应的动力学模型.模型值与实验值吻合良好,误差<10%,说明该反应动力学模型能较好地描述甲基多巴的Fenton去除过程.     

硫酸根自由基预处理剩余污泥产酸效能与机理

为了优化最适宜的预处理条件,探究了不同高铁酸钾（PF）亚硫酸钠（Na₂SO₃）投加量对污泥EPS剥离和有机物转化短链脂肪酸（SCFAs）的贡献情况.结果表明,Fe（VI）/S（IV）联合预处理对污泥结构,尤其是紧密附着层EPS有较强的分解作用.当PF/Na₂SO₃的物质的量比从0/1（单独Na₂SO₃组）增加至2/3时,SCFAs的最高产量由1169.5mg COD/L增加到4796.9mg COD/L（第4d）,是单独Na₂SO₃和PF实验组的4.5和1.6倍.同时,当PF/Na₂SO₃物质的量比为2/3时,溶解性糖类和蛋白质释放量达到最大值,分别为260.1和2212.2mg COD/L.因此,适宜剩余污泥发酵产酸的最佳PF/Na₂SO₃物质的量比为2：3.基于本研究结果,结合传统厌氧发酵各个阶段,阐明了Fe（VI）/S（IV）强化污泥产酸的机理,为采用基于SO₄^·-的高级氧化方法强化污泥发酵产酸技术的应用提供了理论基础.     

混凝-Fenton法预处理模拟电脱盐废水

采用混凝-Fenton法对模拟电脱盐废水进行预处理,筛选出最佳混凝和氧化条件。结果表明:FeSO4.7H2O和聚丙烯酰胺投加量分别为1000 mg/L和7 mg/L,Fenton反应初始pH值为7,H2O2投加量为0.06 mL/mL(分两次投加),n(H2O2)∶n(Fe2+)=10∶1,反应2 h的条件下,经此法处理后硫化物和COD去除率分别达99%和90%以上,废水中较低浓度的Fe3+和Mn2+有利于Fenton氧化反应。     

芬顿试剂、高锰酸钾对餐饮业废水的预氧化效果研究

以芬顿试剂、高锰酸钾为氧化剂氧化降解餐饮业废水,通过测定COD、BOD5变化来比较氧化效果。在单因素实验的基础上,采用正交实验研究。芬顿试剂的最佳氧化条件是：FeSO4·7H2O投加量为3mmol／L,pH=3,H2O2／Fe^2＋比为3：1,反应时间为120min。高锰酸钾的最佳氧化条件为投加量10mL／L,pH=2,反应时间为60min。研究表明：与高锰酸钾处理的效果相比,采用芬顿试剂,COD去除率可达80％,处理后废水的可生化性大大提高,为进一步的生化处理创造了良好的条件。     

Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水生物出水的研究

对Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水生物出水的方法进行了研究,在综合考虑经济性和去除效果的前提下,提出了反应的最佳条件:H₂O₂投加量为220 mg/L,Fe²⁺投加量为180 mg/L,聚丙烯酰胺投加量为4.5 mg/L,反应时间为0.5h,pH=7.最终COD去除率可达44.5%,色度可以降为35倍,出水符合国家污水排放二级标准.同时,通过分析分子量分布和小分子有机物组成,揭示了Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水生物出水的污染物变化规律.结果表明焦化废水经过Fenton氧化/混凝协同处理后,其出水可达到国家二级排放标准,并且处理成本相对较低,具有实际应用的前景.