Fe2+联合NaClO强化污泥脱水性能与作用机理

为了强化污泥脱水性能,采用亚铁离子 (Fe²⁺) 活化次氯酸钠 (NaClO) 氧化工艺改善其脱水效果,考察了Fe²⁺/NaClO体系中Fe²⁺和NaClO投加量、初始pH对污泥脱水性能的影响,并探究强化污泥深度脱水的作用机制。研究表明,初始pH为5.0、Fe²⁺和NaClO投加量 (以总悬浮固体计) 分别为48.61和39.04 mg·g⁻¹时,污泥的脱水性能最佳,污泥含水率和比阻分别由91.32%和11.81×10¹² m·kg⁻¹降低至71.74%和1.71×10¹² m·kg⁻¹。Fe²⁺/NaClO氧化体系使胞外聚合物 (EPS) 降解和部分细胞裂解,反应生成的强氧化性的·OH会降解松散附着型EPS (LB-EPS) 和紧密黏附型EPS (TB-EPS) 中的蛋白质和多糖,改变蛋白质二级结构,导致蛋白质结构松散,暴露了更多的疏水位点,同时减少污泥表面的亲水性官能团,释放EPS结合水。Fe³⁺使污泥絮体颗粒在絮凝形成松散、多孔的絮体结构,有利于胞内结合水的排出,从而改善污泥脱水性能。本研究结果可为有效去除污泥中的结合水和提高污泥的脱水性能提供参考。     

高铁酸钾预处理对活性污泥脱水性能的影响

通过投入不同剂量的高铁酸钾于剩余活性污泥中,研究其对污泥絮体性质和脱水性能的影响作用。污泥絮体性质的研究包括絮体粒径的变化以及污泥EPS含量的变化。脱水性能的研究包括过滤脱水性能(以CST表征)以及脱水程度(离心泥饼含固率)。实验结果表明,高铁酸钾的强氧化性可以破坏污泥絮体结构,提高污泥的机械脱水程度;但同时污泥EPS含量增加,对污泥过滤脱水性能有负面影响。高铁酸钾氧化分解生成的Fe(OH)3具有絮凝能力,可以使污泥颗粒重新絮凝;而其混凝作用可以破坏污泥细胞的稳定性,提高污泥的沉降性能。     

油田压裂返排液的电化学处理

为探究电絮凝和电化学氧化法处理油田压裂返排液的机理,采用响应面法拟合了反应过程,考察了电化学反应动力学、活性物质以及电极板的形貌和成分的变化。结果表明,电絮凝和电化学氧化法的响应面模型相关性显著,精确度和可信度均在合理范围内,在最优实验条件下其对应的COD去除率分别可达88.2%和100.0%;压裂返排液经电絮凝和电化学氧化处理后去除COD的动力学分别适用于零级和一级动力学模型,反应速率常数分别为4.49 mg·(L·min)⁻¹和0.005 4 min⁻¹;电絮凝和电化学氧化处理压裂返排液起主要作用的活性物质分别是OH·和O₂·⁻;电絮凝反应后,阳极和阴极表面分别附有碳酸钙和絮体有机物,电化学氧化反应后,阳极和阴极表面分别覆盖着致密的有机污染物和钙镁碳酸盐。     

亚氧化钛纳米管阳极对水中甲萘威的电化学降解

为探究电化学阳极氧化技术降解水中甲萘威的效率和能耗,通过电化学氧化-自掺杂还原法制备了高活性亚氧化钛纳米管(Ti/Ti₄O₇-NTA)阳极,比较了其与Ti/Ti₄O₇、Ti/Ti₄O₇-PbO₂-Ce阳极电化学降解甲萘威活性;考察了电流密度、甲萘威初始质量浓度、电解质种类、溶液初始pH等参数对甲萘威降解率的影响;分析了甲萘威电化学反应能耗和电流效率。结果表明：Ti/Ti₄O₇-NTA阳极电化学活性较高,电化学降解甲萘威效率和溶液总有机碳去除率可达96.1%和80.2%;在pH为3~11时,甲萘威降解率为88.8%~92.1%,降解率随电流密度增大而增大,随初始质量浓度增大而减小;甲萘威电化学反应能耗和电流效率分别为215.3 kWh和66.1%。由此可知,Ti/Ti₄O₇-NTA阳极应用于电化学氧化处理有机农药废水具有良好潜力。本研究成果可为电化学氧化技术处理有机农药废水提供参考。     

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。     

过氧化氢与过硫酸盐强化电化学处理铜氰废水

表面处理行业废水中的铜氰络合物是废水处理的难点。电化学氧化是一种水处理中常用的方法,对于水中常见的污染物均能进行有效处理,其中,过氧化氢(H₂O₂)和过一硫酸盐(KHSO₅,PMS)是绿色清洁的氧化剂。因此,在电氧化的基础上,探索了H₂O₂和PMS对电化学处理铜氰络合物的强化效果。实验结果表明：氰根(CN⁻)和铜离子(Cu²⁺)的去除率随着H₂O₂和PMS的增加而升高;当电流密度为10 A·m⁻²、H₂O₂浓度为0.4 mol·L⁻¹、反应时间为30 min时,氰根去除率为96.12%,铜离子去除率为81.93%,其中阴极铜回收率为75.60%;当PMS浓度为0.2 mol·L⁻¹、反应时间30 min时,氰根去除率接近100%,铜离子去除率为94.83%,其中阴极铜回收率93.51%。以上研究结果表明,投加合适的药剂可以提高电氧化对铜氰络合物的处理效率。     

我国不同地区市政污泥理化性质及其对脱水性能的影响

选取我国南北方地区各5处典型污水处理厂,对其污泥的絮体特性、胞外聚合物(EPS)、脱水性能进行了对比研究。Pearson相关性分析结果表明,不同地区污水处理厂污泥的理化性质和脱水性能方面具有明显差异;污泥絮体粒径与污泥有机质含量呈显著正相关。相比多糖,污泥EPS中蛋白质对污泥脱水性能的影响更大,尤其溶解性胞外聚合物(S-EPS)中的蛋白质含量对污泥脱水性能的影响最为显著(r=0.704, P<0.05)。三维荧光和平行因子分析显示,溶解性EPS分为色氨酸类蛋白质(TPN)和腐殖酸(HA) 2类荧光组分,而疏松结合型EPS和紧密结合型EPS中含有TPN和富里酸(FA) 2类荧光组分。本研究结果可以为污泥调理脱水提供参考。     

Fenton降解涂装废水的因素影响及动力学分析

以江苏某电动自行车制造企业的涂装废水为研究对象,采用单因素和响应面优化Fenton氧化处理的反应条件,分析了其动力学过程。结果表明：在pH=3.21、n(H₂O₂/Fe²⁺)=8∶1、m(H₂O₂/COD)=4.17∶1、氧化反应时间为120 min的条件下,COD和TP的去除率均达到最高,分别为81.32%和98%,其降解过程符合一级反应动力学,室温下降解速率常数k为0.014 2 min⁻¹,活化能为4.76 kJ·mol⁻¹。在pH=3.21、n(H₂O₂/Fe²⁺)=8∶1、m(H₂O₂/COD)=0.78∶1、反应时间120 min的条件下,Fenton半氧化体系对COD去除率可达42.5%左右,处理后废水的B/C比由0.12提高至0.35。综合经济因素,认为Fenton半氧化与生物处理工艺耦合处理实际涂装废水更佳。     

Fenton氧化-絮凝耦合去除水中As(Ⅲ)的机理

为了改善亚铁(Fe(Ⅱ))絮凝去除水中As(Ⅲ)的效果,对Fe(Ⅱ)/H2O2(Fenton试剂)氧化-絮凝耦合工艺进行了研究。以5 mg/L的As(Ⅲ)模拟废水为处理对象,对比了Fenton氧化-絮凝耦合处理As(Ⅲ)和单一Fe(Ⅱ)絮凝的效果。结果表明:单一絮凝对总砷的去除率只有60%左右,而氧化-絮凝耦合的去除率可达99.3%;氧化-絮凝耦合产生的絮体粒度约为单一絮凝的3倍,明显增强了絮凝沉降性能。SEM、XRD、BET测试结果表明:Fenton氧化-絮凝耦合去除水中As(Ⅲ)产生的絮体初级粒子是一种无定形纳米颗粒;氧化-絮凝耦合反应产生的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)混合态水解形成纳米胶体,对As(Ⅴ)的絮凝吸附优于As(Ⅲ)。氧化还原电位的测定表明As(Ⅲ)被迅速氧化为As(Ⅴ),且是一种原位氧化-絮凝反应过程。     

膜生物反应器中EPS对污泥絮体形成的影响及其膜污染特性研究

为了给减缓膜生物反应器(MBR)膜污染提供新思路,对MBR中EPS各组分对污泥聚集性能的影响及其膜污染特性进行研究。通过分析MBR中污泥的聚集性,发现原始污泥的聚集速率常数为0.0151,提取EPS后污泥的聚集速率常数为0.00181,由此可以看出EPS在污泥聚集的过程中起重要作用。为了进一步明确EPS各组分对MBR中污泥聚集性能的影响,利用扩展的DLVO理论研究MBR中EPS及其各组分对污泥聚集性能的影响,发现MBR中EPS里粘液的二级能量最小值大约为-0.94 KT,松散型EPS(LB-EPS)为-2.98 KT,紧密型EPS(TB-EPS)为-3.87 KT,说明TB-EPS在污泥聚集的过程中起重要作用。进一步通过三维荧光光谱及EPS浓度分析,发现EPS各组分浓度及结构的不同导致EPS各组分对污泥聚集性起不同的作用。通过吸附实验、原子力显微镜观察发现EPS各组分的膜污染速率为:上清液 < 粘液 < LB-EPS < TB-EPS,由此,可以推测出减少粘液和LB-EPS含量可有效降低膜污染,同时对污泥絮体结构影响较小。     

过氧化氢/磷钼酸体系的催化机制及对苯胺的降解效果

以苯胺为目标污染物,通过苯胺的降解实验从3类6种过氧化氢催化剂中筛选出催化效果较好的杂多酸催化剂磷钼酸(PMA)。利用氧化还原电位测定法、电子顺磁共振波谱法、化学发光法以及拉曼光谱法分析了H₂O₂/PMA催化体系的催化机制,初步推测PMA催化H₂O₂生成高活性的[Mo(OO)₂]*和[Mo(OOH)₂]*中间体。同时,考察了PMA用量、pH以及苯胺与活性氧的摩尔比对苯胺降解效果的影响,获得了H₂O₂/PMA体系最佳反应条件。当H₂O₂和PMA质量分数分别为1%和0.365‰、溶液pH为4,在1 min内对4 mg·mL⁻¹苯胺的降解率可达98%以上。通过气相色谱质谱联用仪(GC/MS)、液相色谱质谱联用仪(LC/MS)和离子色谱(IC)等仪器分析方法检测确定苯胺的降解产物,推测其在H₂O₂/PMA催化体系的降解途径主要以N、C原子的氧化和聚合反应为主。     

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。     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐改善污泥脱水性能

针对污水处理厂剩余污泥脱水困难的问题,采用Fe~(2+)活化过硫酸钾高级氧化法提高剩余污泥脱水性能,使用污泥含水率和污泥比阻对调理前后污泥脱水效果进行分析;研究了过硫酸钾投加量、Fe~(2+)投加量、pH和反应时间对污泥调理效果的影响;探究了过硫酸盐调理污泥过程中溶解性有机物质和胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的变化特性。结果表明:过硫酸钾调理的最佳反应条件为pH=7.5,反应时间为20 min,过硫酸钾和Fe~(2+)的最佳投加量分别为15 mmol·L~(-1)和18 mmol·L~(-1),在此条件下,污泥含水率和污泥比阻值分别可达78.89%和0.3×10~(12) m·kg~(-1);污泥含水率和比阻的变化可能与污泥调理后絮体结构形态变化有关;调理污泥后,上清液中溶解性有机物质含量与过硫酸钾投加量呈显著正相关关系,而EPS不同组分中蛋白质和多糖含量在Fe~(2+)投加后均减少,表明Fe~(2+)的投加可以破坏污泥絮体,分解胞内物质;利用Fe~(2+)激活过硫酸钾所生成的硫酸根自由基可极大改善污泥的脱水性能。     

不同臭氧催化氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果及能耗分析

老龄垃圾渗滤液因其成分复杂且可生化性差,故传统技术无法对其进行有效降解,且利用臭氧催化氧化体系处理垃圾渗滤液缺乏系统性评估报道。为解决上述问题,采用臭氧/过二硫酸盐(${{\rm{S}}_2}{{\rm{O}}_8^{2 - }}$,PS)、臭氧/过一硫酸盐(${\rm{HS}}{{\rm{O}}_5^ -} $,PMS)和臭氧/过氧化氢(H₂O₂)氧化体系,探讨了处理老龄垃圾渗滤液的可行性,考察了初始pH、温度、O₃及H₂O₂、Na₂S₂O₈、KHSO₅的投加量等因素对其处理效果的影响,并对其能源效率进行了分析。结果表明,优化条件下,O₃/PMS、O₃/H₂O₂和O₃/PS的单位数量级能耗(electrical energy per order,EE/O)分别为1 007.5、1 233.7、662.6 kWh·m⁻³,O₃/PMS氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果与O₃/H₂O₂氧化体系相似,且优于O₃/PS。由综合处理效果与能耗评估结果可知,O₃/H₂O₂氧化体系最佳,在温度为25 ℃,pH=6,O₃和H₂O₂投加量分别为3 g·h⁻¹和2 125 mg·L⁻¹,反应时间为60 min条件下,能耗最低,EE/O降至443.9 kWh·m⁻³,且TOC去除率和反应速率常数分别为27.1%和0.005 3 min⁻¹,BOD₅/COD也由0.18增至0.26。综合上述结果,基于臭氧体系的高级氧化法能耗较高,可将臭氧催化氧化与低成本的生物处理技术相结合,从而实现对污染物高效经济降解。上述研究结果可为臭氧高级氧化技术的工程化应用提供参考。     

铁基污泥炭活化过硫酸盐调理污泥脱水

利用给水厂含铁污泥和污水厂污泥混合热解制备铁基污泥炭 (Iron-SBC) ,作为过硫酸盐活化剂,用于调理污泥脱水。研究了Iron-SBC的最佳制备条件及其活化PDS调理污泥脱水的效果,并探究其活化机制。结果表明,Iron-SBC最佳制备条件为给水厂含铁污泥和污水厂污泥比例3∶1、热解温度800 ℃、热解时间1 h。XRD、FT-IR及BET分析结果表明,与原混合污泥相比,Iron-SBC比表面积和孔容增大,表面负载了Fe⁰和FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等铁的氧化物,并含有大量官能团。在活化PDS过程中,Iron-SBC表面的Fe⁰、铁的氧化物及官能团等均能有效活化PDS,产生SO₄⁻·和·OH自由基。XPS分析结果表明,Iron-SBC表面部分Fe²⁺被氧化为Fe³⁺,官能团C-C、C-OH和C=O等被氧化,并有Fe-O键生成。经Iron-SBC/PDS调理污泥后,CST、SRF和W_c分别由原泥的19.1 s、14.9×10¹² m·kg⁻¹和85.06%下降到8.4 s、5.4×10¹² m·kg⁻¹和73.48%。本研究结果可为含铁污泥和剩余污泥资源化及污泥深度脱水提供参考。     

微波-高锰酸钾耦合调理城市剩余活性污泥

采用微波、微波-高锰酸钾耦合工艺对城市剩余活性污泥进行调理。结果表明:(1)微波辐射改善污泥脱水性能的适宜时间为100s,此时污泥比阻(SRF)降至4.49×10~(12) m/kg,较初始值减小63.79%,污泥破解度为2.97%,上清液中胞外聚合物(EPS)为236.11mg/L。(2)微波-高锰酸钾耦合工艺能有效破解污泥,但不利于污泥脱水;污泥破解的适宜高锰酸钾投量为100mg/g(以单位质量总固体计),此时污泥破解度为40.47%,上清液中EPS为542.83mg/L。(3)污泥经微波-高锰酸钾耦合调理后,30d累计产气量为284mL,较未处理污泥和微波辐射调理污泥分别高20.85%和14.06%。     

过氧乙酸和亚铁联用调质强化活性污泥过滤脱水性能

尝试采用过氧乙酸和亚铁联用来改善活性污泥过滤脱水干化效率,分析了调理过程中污泥比阻(SRF)和泥饼含水率、絮体粒径分布以及胞外聚合物(EPS)组成和分布的变化特征,深入研究了过氧乙酸(peracetic acid, PAA)和亚铁离子联合调理污泥对其脱水性能的作用机制。研究表明,投加适量PAA后,污泥pH降至2.5~4,加入亚铁离子会与PAA解离后产生的H2O2形成Fenton氧化体系,从而有效地氧化裂解污泥,降解EPS中蛋白质和多糖,促使其中结合水的释放。当亚铁与过氧化氢摩尔比和PAA投加量分别为2:1和0.1 g/gTSS时,污泥脱水性能达到最佳。最后,将污泥pH值调为中性后,由于反应过程中原位形成的三价铁的混凝作用,污泥脱水性进一步改善。本研究说明过氧乙酸和亚铁组合调理可以有效提高污泥的过滤和干化效能。     

Fe-PG紫外光辅助活化H2O2流化床高效降解水杨酸

针对常规光催化技术催化剂回收困难,紫外/双氧水(UV/H₂O₂)技术残余H₂O₂污染严重等问题,采用浸渍法制备了铁负载多孔发泡玻璃(Fe-PG)并将其用于紫外光辅助活化H₂O₂流化床降解水杨酸(SA)。结果表明,在相同实验条件下,Fe-PG紫外光辅助活化H₂O₂(UV/H₂O₂/Fe-PG)流化床工艺对SA的降解率、矿化率和H₂O₂利用率均明显优于UV/H₂O₂工艺;在考虑运行成本的情况下,最佳水力停留时间(HRT)为40 min,最佳H₂O₂投加量为3 mmol∙L⁻¹,最佳Fe-PG膨胀率为30%;UV/H₂O₂/Fe-PG流化床工艺对SA溶液初始质量浓度、pH和盐离子具有很强的耐受性,连续运行30 d后对SA的降解率仍维持在98%以上,矿化率仍高达78.1%。UV/H₂O₂/Fe-PG流化床工艺降解SA的主要活性物质为·OH、O₂^·−和h⁺,降解过程符合一级动力学。以上研究结果可为光催化辅助活化H₂O₂流化床技术实现工程应用提供技术支撑。     

污泥脱水滤液有机磷污染特征及强化去除

针对污水处理厂污泥脱水滤液有机磷污染现状,采用树脂分级、傅里叶红外光谱和气相色谱质谱等方法解析其污染特征和组分结构,进而开展强化去除研究,并初步探究OP的降解转化过程。结果表明：WX-A污泥脱水滤液OP和出水OP平均含量分别为10.1 mg·L⁻¹和0.16 mg·L⁻¹,脱水滤液的回流可能影响出水稳定;亲水性OP和疏水性OP平均含量分别为8.58 mg·L⁻¹和1.59 mg·L⁻¹,OP的生物利用度仅为23.8%,表明以难生物降解形态为主,进一步的组分解析结果验证了该推测;强化去除研究表明,最佳条件是O₃投加量为30 mg·L⁻¹、pH为12.0和H₂O₂投加量为1.5 mL,去除率高达82.9%。O₃/H₂O₂氧化技术可实现脱水滤液难降解OP的高效去除,从而保证出水达标排放。     

微波预处理对制革污泥絮凝脱水性能的影响

分别采用微波、絮凝剂和微波联合絮凝剂对制革污泥进行脱水预处理,考察不同处理条件下制革污泥沉降速率(SV30)、毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)的变化,并通过粘度、水分分布和微观结构的变化探讨相关的脱水机理。结果表明,在微波输出功率为648 W、辐射时间为60 s的预处理条件下,阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)投加剂量为8 mg/L时,污泥脱水性能达到最佳。与单独添加絮凝剂的污泥脱水相比,该条件下的SV30、CST和SRF分别降低了25.0%、48.9%和34.7%。污泥絮凝脱水前进行微波预处理能够进一步提高污泥的脱水性能,微波辐射联合CPAM进行污泥脱水时,CPAM则起主要脱水作用。微波辐射通过破坏污泥絮体结构,改变污泥中的水分分布,降低污泥的粘度,从而提高污泥的脱水性能。