Fenton-like试剂联合PFS对污泥脱水性能影响的过程研究

以泥饼含水率和污泥比阻为主要评价指标探究Fenton-like试剂(Co2+/H2O2)联合聚合硫酸铁(PFS)改善污泥脱水性能的可行性,并采用响应面法优化污泥脱水的条件;通过滤液中的SCOD、EPS、多糖和蛋白质以及Zeta电位、粒径等指标初步探讨其调理机制。结果表明:Fenton-like试剂联合PFS可以改善污泥的脱水性能,当pH为2.98,Co~(2+)、H_2O_2和PFS的投加量分别为10.44,59.45,48.63 mg/g时污泥的脱水性能最佳,此条件下泥饼含水率从原污泥的79.77%降至(63.12±0.5)%,污泥比阻从原污泥的1.17×10~(13)m/kg降至(5.32±0.29)×10~(12)m/kg。Fenton-like试剂处理后,污泥粒径达到最小,破坏污泥絮体结构释放了束缚水和细胞内部水。投加PFS后已破碎的污泥絮体重新再絮凝,形成更加密实的新絮体,提高了污泥的脱水性能;污泥粒径和Zeta电位同时增大,说明再絮凝过程是以电中和的机理为主导的。     

基质投加量对生物调理改善污泥脱水性能的影响

通过在剩余污泥中投加FeSO_4及S~0的生物基质进行生物调理的方法改善污泥脱水性质.在确定两者的投加质量比为7∶3(FeSO_4的质量以Fe~(2+)计)的条件下,分别投加质量为污泥干重的10%、15%、20%、25%、30%的混合基质,结果表明当基质投加量为污泥干重的20%时,污泥的脱水性能最佳.其中,毛细吸水时间(CST)较对照组降低了38.71%,粘度下降了81.91%,泥饼含固率为对照组的135.19%.同时,污泥中的胞外聚合物(EPS)总量有了显著的下降,污泥絮体中的有机质从与污泥细胞更紧密结合的紧密型EPS(TB-EPS)中释放到较外层的疏松型EPS(LB-EPS)中,且Zeta电位接近中性,从而使得污泥脱水性能得到改善.     

Fenton试剂与CPAM联合调理对污泥脱水效果的影响研究

含水率是影响污泥处置效果与成本的重要因素,通过泥饼含水率、上清液COD、蛋白质、多糖质量浓度、污泥粒径等指标,研究了阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和Fenton试剂单独及联合调理对污泥脱水效果的影响,初步探讨其调理机制.结果表明,CPAM阳离子度越高,脱水效果越好,且酸性条件有利于改善CPAM的污泥脱水效果.Fenton试剂H2O2投加量越高,污泥脱水效果越好.Fenton试剂与CPAM联合调理时污泥脱水效果更为显著,投加FeSO4=2 g.L-1、H2O2=6 g.L-1,污泥含水率由原泥的85.5%降低至76.7%,再投加CPAM 3 kg.t-1联合调理后污泥含水率降至74.8%.Fenton试剂对胞外聚合物的破解作用使污泥粒径变小,比表面积增大,释放部分的吸附水和内部水;CPAM与Fenton试剂的联合调理,将分散的污泥絮体凝聚,污泥平均粒径由35.16μm增至50.50μm,比表面积由未加入CPAM的0.39 m2.g-1降至0.20 m2.g-1,联合调理对污泥脱水效果的改善作用优于单一絮凝剂调理.     

活化过硫酸盐对市政污泥调理效果的影响

常规污泥脱水技术只能将市政污泥含水率降到80%左右,难以满足日益严格的污泥处理处置要求.活化过硫酸盐产生硫酸根自由基SO4·-具有强氧化性,可用于破坏污泥的絮体结构.本研究利用Fe2+活化过硫酸钠(SPS)的方法进行污泥调理,以到达改善污泥的脱水性能的目的.结果表明,当Fe2+与S2O2-8投加量(以绝干污泥计)分别为25.88 mg·g-1、80 mg·g-1(Fe2+与S2O2-8摩尔比为1.1∶1)时,污泥毛细吸水时间CST和污泥比阻SRF降低率最大,滤液中蛋白质和多糖浓度达到最大.进一步的研究表明,污泥Zeta电位值由负向正变化,颗粒比表面积增大,絮体由密集的团状变成结构松散的层状结构,污泥脱水性能提高.     

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.     

芬顿反应强化污泥脱水试验及机理研究

胞外聚合物(EPS)是影响剩余污泥脱水性能的关键因素。脱水试验过程中,将芬顿试剂和剩余污泥混合,控制芬顿试剂和稀硫酸的投加量,测定剩余污泥的毛细吸收时间和比阻,总结出芬顿反应对剩余污泥脱水性能的影响规律。试验表明:Fenton反应的最佳条件是pH为3,H_2O_2投加量为12.4g/L,Fe~(2+)投加量为1.5g/L,反应12min后,对应的毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)分别为21s和0.3×1012m/kg。分析表明:Fenton反应能够破坏剩余污泥中EPS的蛋白质和多糖成分,瓦解EPS锁水结构,改善污泥的脱水性能。     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

铁负载污泥炭的表征及其促进PAM调理高级厌氧消化污泥的效能研究

本研究首先分析了铁负载污泥炭的物理化学性质,评估了铁负载污泥炭与有机高分子（聚丙烯酰胺,PAM）联合调理改善高级厌氧消化污泥脱水性的效能,研究了联合调理过程中污泥絮体特性与胞外聚合物（EPS）的变化特征.结果表明,单独投加污泥炭可以通过铁的电中和作用降低污泥颗粒间的静电排斥力,同时充当骨架材料改善污泥的脱水性能.此外,铁负载污泥炭可以有效去除污泥体系中大分子溶解性有机物,从而改善污泥的过滤性能.污泥炭和有机絮凝剂在污泥调理过程中表现出明显的协同作用,污泥碳和PAM的最佳投加量分别为250 mg·g^-1（以TSS计）和8 mg·g^-1（以TSS计）.激光共聚焦显微镜分析表明,PAM主要与污泥絮体中的蛋白质分子作用,从而促使污泥颗粒凝聚.     

不同阳离子聚丙烯酰胺有机脱水剂对污泥脱水性能的影响

为了研究不同阳离子聚丙烯酰胺有机脱水剂对污泥脱水性能的影响,选用市售同系列不同性质的8种阳离子聚丙烯酰胺,基于其阳离子度的不同,名称分别为9101、 9102、 9103、 9104、 9106、 9108、 9110和9112,采用仪器和化学分析手段对其性质进行表征,并研究分析处理后污泥各项指标的变化情况.结果表明,8种有机脱水剂的性质各不相同,电荷密度、阳离子度、黏度和Zeta电位具有类似的变化趋势,均为从9101～9112,上述各项指标值逐渐增加,9112的上述4种指标分别高达2.98 meq·L^-1、 17.42%、 85.07 mPa·s和67.10 mV.在污泥脱水过程中,有机脱水剂可通过改变污泥比阻（SRF）、絮体特性、黏度、污泥颗粒表面Zeta电位、结合水含量和胞外聚合物（EPS）的分布来改善污泥脱水性能.有机脱水剂性质与污泥脱水性能的关系研究结果表明,有机脱水剂的黏度、电荷密度、阳离子度和Zeta电位对污泥的脱水性能有较大影响,其中污泥的SRF与有机脱水剂的黏度呈负相关,其相关系数高达0.920 25,表明在污泥脱水处理中,有机脱水剂主要通过高的...     

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.      

Relationship between physicochemical properties and dewaterability of hydrothermal sludge derived from different source

Sewage sludge (SS) and deinking sludge (DS) were used to comparatively study the hydrothermal dewatering of sludge with different components. For a better overview, an insight into the relationship between physicochemical properties and dewaterability of hydrothermal sludge was provided. Results found that not all kinds of sludge were suitably conditioned by hydrothermal treatment (HT) in term of the elevation of dewaterability. Higher hydrothermal temperature tended to enhance the dewaterability of SS rather than DS, which was supported by the variation of their physicochemical properties (including water distribution, bonding energy, extracellular polymeric substance (EPS), particles size, acid functional groups and zeta potential in this study). In addition, the changes in surface morphology suggested that the reverse effect of HT on sludge dewaterability was mainly due to their dewatering behavior. For SS, the destruction of EPS structure leaded to the release of bound water, thereby strengthening sludge dewatering. Conversely, “Bridging effect” generated by lignocellulose in DS was beneficial for sludge dewatering; however, the increasing hydrothermal temperature degraded part of lignocellulose and weakened “bridging effect”, finally resulting in worse dewaterability of DS.     

分子生物学技术在水处理中的应用研究进展

利用现代分子生物学技术对微生物进行分析和研究,以解决传统微生物分析成本高、速度慢、准确度较低和灵敏度较差等缺点。介绍分子生物学技术在水处理中的应用现状,并对未来发展方向提出建议。目前分子生物学技术在供水工程中主要用于水中细菌、病毒、原生动物、蠕虫等病原微生物的快速检测以及管网微生物种群的分析,在污水处理中主要用于脱氮除磷过程菌群数量和空间分布的剖析、污泥膨胀成因分析以及监测微生物种群多样性来优化处理工艺。分子生物学技术的深入研究将进一步促进水行业的发展。     

Enhanced dewaterability of waste activated sludge by UV assisted ZVI-PDS oxidation

Ultraviolet（UV） assisted zero-valent iron（ZVI）-activated sodium persulfate（PDS） oxidation（UV-ZVI-PDS） was used to treat waste activated sludge（WAS） in this study.The dewaterability performance and mechanism of WAS dewatering were analyzed.The results showed that UV-ZVI-PDS can obtain better sludge dewatering performance in a wide pH range（2.0-8.0）.When the molar ratio of ZVI/PDS was 0.6,UV was 254 nm,PDS dosage was 200 mg/g TS（total solid）,pH was 6.54,reaction time was 20 min,the CST（capillary s...     

缺氧酸化联合零价铁-过氧化氢改善污泥脱水性能的研究

为探讨缺氧酸化联合零价铁(ZVI)-过氧化氢(H_2O_2)调理对污泥脱水性能的影响,本文通过单因素试验,以污泥比阻(SRF)作为参考指标,系统考察了调理条件对污泥脱水性能的影响.同时,在试验的最佳调理条件下,分析了污泥各层胞外聚合物(EPS)有机物质量浓度及荧光光谱强度以阐明该联合作用机理.结果表明,当初始pH为2,ZVI投加量为280 mg·g~(-1)(以干污泥量(DS)计,下同),缺氧时间为4 h,H_2O_2投加量为30 mg·g~(-1)(以DS计,下同),类芬顿反应时间为10 min时,SRF降低了90.39%,处理效果较单独类芬顿处理提升了1倍.机理探究试验表明,在缺氧条件下,酸化处理可加速污泥的水解,溶解得到更多的二价铁离子,促使EPS结构发生改变;ZVI-H_2O_2调理可有效地氧化部分EPS,使得紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)破解转化至松散结合胞外聚合物(LB-EPS)和上清液胞外聚合物(SB-EPS).EPS分析结果表明,蛋白质的减少能有效提高污泥脱水性能,腐殖酸和富里酸类有机物的产生能提高污泥疏水性能.此外,ZVI的再次利用效率高,重复利用仍能使SRF降低率达到82.04%.因此,缺氧酸化联合ZVI-H_2O_2处理能实现污泥的水解、氧化和絮凝过程,达到改善污泥脱水性能的目的.     

基于Fe3+/EDTA-2Na的类芬顿对剩余污泥脱水性能的影响

剩余污泥的高含水率限制了对其后续处理以及资源化利用. 为了改善污泥脱水性能,利用Fe3+/EDTA-2Na类芬顿试剂作为调理剂强化污泥脱水,通过粒径分析、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对剩余污泥进行表征,探究其强化脱水机理. 结果表明:经过氧化调理后的污泥泥饼含水率降至67.8%,并有62.32%的结合水得以释放. 污泥胞外聚合物(EPS)结构被氧化破解,紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)中的多糖和蛋白质浓度显著减少;污泥絮体减小,但从SEM图可以看出絮体结构变得规整、平滑,且出现不规则孔洞,增加了污泥水分的输送通道,改善了污泥的脱水性能. FTIR分析表明,氧化处理后的污泥清液中水的吸收峰变小,多糖和蛋白质对应的吸收峰增强,而富里酸对应的峰消失. 研究显示,基于Fe3+/EDTA-2Na类芬顿的污泥调理可以高效氧化破解污泥,提高污泥脱水性能.      

城市污泥生物沥浸法和化学法调理的效果比较——对污泥理化性质及其深度脱水性能的影响研究

分别用生物沥浸法（BC）、Fenton法和石灰/三氯化铁/PAM法（石灰法）对同一批城市污泥进行调理,并以常规PAM法（CC）为对照,探究不同调理后污泥的理化性质及其脱水性能的变化差异,并用流式细胞仪测定污泥中细胞裂解情况,以分析其机理.结果表明,BC法、Fenton法和石灰法均能大幅提高城市污泥脱水性能,表现在污泥过滤比阻（SRF）值仅为常规处理的0.43%~6.12%,尤其以石灰法处理脱水性能最佳.但BC法脱水泥饼中的有机质和养分能得到最大程度的保留,有机质（56.9%）、总氮（4.66%）、速效氮（0.47%）、矿化氮（1.80%）和总磷（1.60%）含量均远高于石灰法处理,而且污泥中重金属能被部分去除（Cr、Mn、Ni、Zn溶出率分别为18.7%、50.0%、48.7%和72.9%）,该处理的污泥最具资源化潜力.而石灰法脱水泥饼由于大量脱水剂添加导致有机质（49.5%）、总氮（3.55%）和总磷（1.20%）含量明显下降,且泥饼呈强碱性（pH值接近11）.脱水滤液中的sCOD（645mg/L）和TP（4.62mg/L）也显著高于其他处理.流式细胞仪测定结果显示,BC法、Fenton法和石灰法均能导致污泥微生物凋亡,活细胞数量由原始的86%降至75%左右,特别是石灰法对污泥中细胞的破解效果最为彻底,从而释放出更多内部水和胞内物质,这可能是引起其有机质和养分大量损失至脱水滤液中的原因之一.与Fenton法和石灰法调理相比,生物沥浸法既具有能大幅提高污泥脱水性能,脱水滤液水质相对较好的优点,又具有泥饼有机质和氮磷养分高,重金属含量低的优点.     

表面活性剂改进活性污泥的脱水性能及其作用机理

表面活性剂无论单独或与 FeCl₃和 CaO混合使用 ,都能提高离心脱水效果 ;表面活性剂与 FeCl₃和 CaO混合作用 ,污泥经过滤脱水后的含水率比不加表面活性剂的明显降低 .对于离心脱水 ,当表面活性剂的加入量与污泥干重比为 0.109时 ,脱水污泥的体积比不加表面活性剂的降低 11%左右 ;对于过滤脱水 ,当用表面活性剂 (加入量为污泥干重的 0.08)与 FeCl₃和 CaO同时调理时 ,污泥的含水率 (78.92%)比只用 FeCl₃和 CaO调理的降低约 6%.进一步的研究显示 ,表面活性剂之所以能降低脱水污泥的含水率是与其能加快污泥的沉降速度及促进污泥表面的蛋白质和 DNA释放、减少污泥颗粒间的间隙水有关 .     

丝状真菌调理对柠檬酸污泥脱水性能的影响

利用实验室分离的丝状真菌Aspergillus niger SS5对柠檬酸污泥进行了污泥脱水前的生物调理.结果表明,菌液浓度和调理时间是影响污泥脱水性能的主要因素,调理后污泥的脱水性能、沉降性能均有明显改善,调理后的污泥负电荷减少,粒径显著增大,结合水含量比未投加菌液的空白对照降低了近40%.同时,真菌调理显著降低了上清液COD及污泥各EPS层的蛋白质和多糖含量,EPS中蛋白质的降解与污泥结合水含量、D₅₀和Zeta电位显著相关,是影响柠檬酸污泥脱水性能改善的重要因素,且有机物的降解并未导致污泥pH值的显著变化,这和柠檬酸污泥拥有较大的酸碱缓冲容量有关.采用20mL/g DS的Aspergillus niger SS5调理柠檬酸污泥,调理3d可使泥饼含水率降至71.98%,且调理过程无化学药剂加入,更有利于柠檬酸等食品发酵类工业污泥的后续资源化综合利用.     

Effect of proteins, polysaccharides, and particle sizes on sludge dewaterability

Four batch experiments of hydrolysis and acidification were carried out to investigate the distributions of proteins (PN) and polysaccharides (PS) in the sludge, the PN/PS ratio, the particle sizes, and their relationship with sludge dewaterability (as determined by capillary suction time, CST). The sludge flocs were stratified through centrifugation- and ultrasound-based method into four fractions: (1) slime, (2) loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS), (3) tightly bound EPS (TB-EPS), and (4) pellet. The results showed that PN was mainly partitioned in the pellet (80.7%) and TB-EPS (9.6%) fractions, while PS distributed evenly in the four fractions. During hydrolysis and acidification, PN was transferred from the pellet and TB-EPS fractions to the slime fraction, but PS had no significant transfer trends. The mean particle sizes of the sludge flocs decreased with hydrolysis and acidification. The pH had a more significant influence on the dewaterability of sludge flocs than temperature. Sludge dewaterability during hydrolysis and acidification processes greatly deteriorated from 9.7 s at raw sludge to 340–450 s under alkaline conditions. However, it was just slightly increased under acidic conditions. Further investigation suggested that CST was a ected by soluble PN, soluble PN/PS, and particle sizes of sludge flocs, but was a ected slightly by total PN, PS, or PN/PS in the whole sludge flocs and other fractions (except slime).