芬顿与氧化钙联合处理填埋库污泥的力学特性

面对城市生活污泥填埋库容趋于饱和的现状,亟需研究开发城市生活污泥的减量化及资源化技术。以填埋库污泥和新鲜污泥为研究对象,进行岩土工程特性实验,发现填埋库污泥有机质含量及含水率远低于新鲜污泥。通过固结实验和直剪实验,分别对比、分析了未加药剂的填埋库污泥和药剂调质填埋库污泥的固结系数、渗透系数和抗剪强度变化规律。结果表明：填埋库污泥在pH为4时,芬顿试剂(硫酸亚铁和过氧化氢)的最佳配比为Fe²⁺=8%、H₂O₂=12%;当氧化钙投加量增加时,调质污泥的压缩指数减小,抗剪强度略微增大;考虑到联合处理后污泥的资源化利用、强碱性对环境的影响和处理成本,在实际污泥处理工程中,氧化钙投加量15%是较为合适的添加量,且效果优于常用的氯化铁药剂调制污泥。经芬顿与氧化钙联合处理的填埋库污泥抗剪强度满足填埋库要求,能够实现减容减量,对填埋库污泥后续资源化利用具有一定的指导意义。     

污泥脱水性能的关键影响因素研究

针对目前污泥脱水性能影响因素不明的问题,研究通过对SBR在7种运行工况条件下活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的提取和测试,并采用SPSS软件分析,探讨MLVSS/MLSS、胞外蛋白质/胞外多糖、胞外蛋白质含量、胞外多糖含量、EPS总含量对污泥脱水性能的影响。研究结果表明,MLVSS/MLSS、胞外蛋白质/胞外多糖是影响污泥脱水性能的关键因素,并建立了脱水污泥含水率和污泥结合水含量的影响因素模型:脱水污泥含水率=0.229×(MLVSS/MLSS)+0.023×(胞外蛋白质/胞外多糖)+0.539、污泥结合水含量=2.876×(MLVSS/MLSS)+0.335×(胞外蛋白质/胞外多糖)-0.012,通过对7个城市污水厂污泥脱水性能测试比较表明,模型对脱水污泥含水率和污泥结合水含量预测值相对误差分别在±1%和±5%以内,对污泥脱水性能预测效果良好。     

阳离子聚丙烯酸酯对污泥脱水性能的影响

以比阻(SRF)、过滤时间(TTF)和泥饼含水率作为评价污泥脱水性能的指标,考察2种阳离子聚丙烯酸酯CPAL-1和CPAL-2对污泥脱水性能的影响,并与阳离子絮凝剂三氯化铁(FeCl3)、聚合氯化铝(PAC)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的作用效果进行比较。还测定了Zeta电位(ZP)和滤液中胞外聚合物(EPS)含量的变化来探讨CPAL的作用机理。实验结果表明,经CPAL-1调理的污泥脱水效果优于CPAM、PAC和FeCl3,明显优于CPAL-2和CTAB。当CPAL-1的投加剂量为0.200 g/g干基时,SRF、TTF 和泥饼含水率降至最低,依次为 5.37×1011 m/kg、70 s和75.73%。CPAL主要通过电中和、吸附架桥作用和溶出EPS等来改善污泥的沉降脱水性能。     

类芬顿试剂耦合超声对活性污泥脱水性能的影响

含水率是影响污泥处置效果与成本的重要因素。通过污泥含水率、毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)、污泥上清液中的蛋白质、多糖、DNA含量等指标,研究了类芬顿试剂耦合超声对活性污泥脱水性能的影响。结果表明,类芬顿试剂中H2O2的投加量为90 mg/g,Fe3+的投加量为10 mg/g,超声3 min, 此时污泥的毛细吸水时间为29.8 s,污泥比阻为2.07×1011 s2/g,污泥的含水率降至73.9%。类芬顿试剂耦合超声能有效破坏污泥絮体结构,增加上清液的蛋白质、多糖、DNA含量。     

表面活性剂对污泥脱水性能的影响及其作用机理

研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对活性污泥脱水和沉降性能的影响,及其改善活性污泥脱水效能的作用机理。结果表明,质量分数8%的CTAB可使污泥比阻(SRF)从8.5×1012 m/kg降为7.5×1011 m/kg,滤饼的含水率降至75%左右,污泥的沉降性能最好,上清液的浊度也较小。相比之下,SDS对污泥沉降、脱水性能的改善效果明显逊于CTAB。实验表明, 表面活性剂主要是通过溶出胞外聚合物(EPS)破坏污泥结构释放内部结合水来加快污泥的沉降速度和提高其脱水性能。     

异噻唑啉酮耦合氧化钙对污泥压滤脱水及燃烧热值的影响

通过正交实验考察了异噻唑啉酮耦合氧化钙对压滤污泥含水率、燃烧热值、Zeta电位和泥饼含硫量的影响,结果表明,各因素对污泥含水率影响的大小顺序依次为:氧化钙投加量、压强、压滤时间、异噻唑啉酮投加量;各因素对污泥燃烧热值影响的大小顺序依次为:氧化钙投加量、压滤时间、异噻唑啉酮投加量和压强.异噻唑啉酮投加量为5.6 mg/g TSS,氧化钙投加量为120 mg/g TSS,压强为0.40 MPa,压滤时间为1 h条件下,污泥含水率为55.5%,105℃烘干泥饼的热值为10 702 J/g,Zeta电位值为-30.082 mV,泥饼含硫量为0.408%.此时污泥含水率较低,热值较高,含硫量较低,有利于污泥的焚烧处理.     

污泥调理对给水污泥脱水性能的影响

为了研究污泥调理对给水厂污泥脱水性能的影响,对不同水厂的污泥进行了特性研究及调理实验。实验结果表明：2个水厂污泥中有机物含量及Zeta电位差别较大,大庆某水厂污泥中不溶性大分子有机物和腐殖酸等亲水性物质含量较多,使得污泥的脱水过程受到影响。2种污泥在污泥比阻、沉降比、毛细吸水时间（CST）上的差异均可说明南通某水厂污泥的脱水性能远优于大庆某水厂污泥。经过污泥调理过程,二者的脱水性能均得到改善。对于南通某水厂污泥,高效聚合氯化铝（HPAC）的调理具有较为明显的优势,聚丙烯酰胺（PAM）对其脱水性能的改善作用次之,聚合氯化铝（PACl）调理效果最弱;对于大庆某水厂污泥,PACl、HPAC在提高污泥脱水性能方面效果欠佳,而使用阴离子型PAM虽然会增加体系中TOC含量,但其强大的吸附架桥能力可以有效地使污泥颗粒聚沉,使得污泥脱水性能得到较大幅度的提升,表现出最优的污泥调理效果。     

城市污水厂污泥化学调理深度脱水机理

城市污水厂剩余污泥脱水是当前实际生产中亟待解决的问题。考察了厦门市集美污水厂剩余污泥经FeCl3和CaO,投加量分别为污泥质量分数的0.5%～0.7%和1.0%～1.5%化学调理前后污泥粒度、形态及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的变化。结果表明,调理后污泥比阻降低86%,污泥颗粒之间细碎紧密,细菌表面变得粗糙,经板框压滤后含水率低于60%。由三维荧光光谱(three-dimensional emission and excitation matrixs,EEM)光谱分析可知,LB-EPS(loosely bound-EPS)同TB-EPS(Tightly bound-EPS)的荧光峰整体发生红移,出现位于IV区域的色氨酸类蛋白质荧光峰Ex/Em=313/380 nm。FeCl3和CaO的加入一方面破坏了污泥颗粒的细胞结构,使EPS大量溶出,细胞结合水变成表面吸附水;另一方面Fe3+和CaO水解,中和污泥负电荷,通过压缩双电层作用破坏污泥胶体颗粒的稳定,去除表面吸附水,大幅提高了污泥的脱水性能,利于进一步板框压滤脱水。     

热水解厌氧消化工艺中污泥胞外聚合物对流变和脱水的影响

为阐明热水解厌氧消化工艺中污泥胞外聚合物对脱水和流变的影响,选取北京市某再生水厂中热水解厌氧消化工艺的污泥为对象,通过测量污泥粒径、三维荧光及各层EPS含量研究了EPS去除对污泥流变和含固率的影响。结果表明,经过热水解预处理后的污泥,粒径相较混合污泥下降66.79%;混合污泥荧光波峰集中出现在酪氨酸类蛋白质区和色氨酸类蛋白质区,经过热水解后可溶性微生物代谢产物的荧光响应值升高,再经过厌氧消化后提升了腐殖酸区域荧光响应值;EPS的去除对于污泥流动性有重要影响。热水解污泥和热水解厌氧消化污泥去除EPS后表观黏度下降幅度较大;此外,不同的脱水方法对污泥含固率的影响也不同。混合污泥和热水解厌氧消化污泥去除S-EPS层后含固率提升366.67%和148.92%,而热水解污泥去除S-EPS层后提升效果不明显。研究结果从污泥组分和流变学角度为污泥脱水提供思路和依据。     

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。     

超声耦合高铁酸钾对印染污泥脱水性能的影响

分别采用高铁酸钾、超声、超声耦合高铁酸钾对印染污泥的脱水性能进行研究,考察了印染污泥中沉降速率(SV30)、毛细吸水时间(CST)、污泥破解率DDCOD和泥饼含水率等脱水指标的变化情况。结果表明,低声能密度(0.225~0.45 W·mL-1)和短超声时间(1~6 min)都能够促进污泥的脱水性能。在声能密度为0.45 W·mL-1,超声时间为4 min的最佳超声条件下,SV30和CST分别下降了6.3% 和16.35%。同时,高铁酸钾的添加使污泥脱水效果更显著,在最佳添加量(60 mg·g-1)下,SV30、CST和泥饼含水率较原污泥减少了18.36%、31%和13.07%。为了促进污泥脱水,最佳污泥破解率DDCOD为2%~5%。扫描电镜结果显示,在最佳条件下处理的污泥较原污泥变化明显,原有颗粒结构被破坏,利于污泥脱水。     

电絮凝耦合DSA或过氧化氢强化污泥脱水性能的比较与机理分析

为解决电絮凝法调理污泥期间电场无法有效破解污泥絮体、改善污泥脱水问题,分别将电絮凝与尺寸稳定阳极 (DSA,Dimensionally-stable anodes) 电极、H₂O₂进行耦合,比较和分析2种耦合工艺对污泥过滤性能、絮体破解程度、胞外聚合物 (EPS) 组分改变和污泥脱水性能的差异。结果表明,电絮凝耦合H₂O₂形成的间接氧化体系中,由于电致·OH在非均相体系中能无选择性地破坏污泥絮体、破解污泥细胞并降解胞外聚合物 (EPS),从而促使阳极释放的铁离子通过吸附架桥、网捕等作用与絮体碎片和EPS片段重聚并沉淀,使15 min内污泥毛细吸水时间 (CST) 和污泥含水率 (MC) 分别下降了73.9%和31.4%;然而电絮凝耦合DSA直接氧化法同期的污泥CST和MC仅分别下降了64.9%和26.4%。此外,间接氧化法可以同时降解松散结合层 (LB-EPS) 和紧密结合层 (TB-EPS) ,破坏EPS蛋白质亲水基团与水的作用力,并改善传统电化学法主要降解LB-EPS的不足,实现了提高电化学方法在同步污泥破解与沉降脱水方面的双重效能。本研究结果可为电化学预处理改善污泥脱水提供参考。     

磁场处理对市政污泥脱水性能的影响

为研究磁场对市政污泥脱水性能的影响,通过自主研制的磁场装置,开展了4种不同含水率(99.15%、97.41%、95.52%和93.73%)的市政污泥的磁场处理实验。实验结果表明:市政污泥经过磁场处理后脱水性能显著改善;高含水率下的污泥在磁场作用下脱水性能改善效果比低含水率好,在4种含水率下市政污泥的毛细吸水时间最大依次降低了90.5%、65.8%、61.6%和51.6%;通过实验数据优化分别得出4种含水率下污泥的最佳磁场处理强度和最佳磁场作用时间,且磁场强度、磁场作用时间与市政污泥含水率均呈二次多项式的关系;磁场处理对污泥离心脱水有影响,市政污泥经过磁场处理比未经过磁场处理的离心脱水含水率降低了约0.6%;建议在市政污泥脱水工艺中可考虑磁场与其他预处理工艺联合处理的方法以前达到更好的脱水效果。     

生物淋滤-Fenton对印染污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性硫杆菌生物淋滤联合Fenton氧化法对印染污泥脱水性能进行了研究。结果表明,生物淋滤过程中pH下降速率随着硫粉添加量增加而变快,经生物淋滤处理后污泥的脱水性能在一定程度上得到了改善。对生物淋滤后的污泥进行了Fenton氧化处理,获得的最佳反应条件为反应时间2h,H2O2和Fe2＋添加量分别为6g／L和0．5g／L。在该条件下,污泥上清液中总有机碳（TOC）由20．8mg／L增加到356．6mg／L;污泥比阻（SRF）和滤饼含水率分别由5．98×10^11s2／g和88．75％减少至1．26×10^11 S2／g和82．85％。生物淋滤-Fenton氧化法在污泥破解程度和脱水性能改善方面均优于单独Fenton氧化法。     

生物淋滤-Fenton对印染污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性硫杆菌生物淋滤联合Fenton氧化法对印染污泥脱水性能进行了研究。结果表明,生物淋滤过程中pH下降速率随着硫粉添加量增加而变快,经生物淋滤处理后污泥的脱水性能在一定程度上得到了改善。对生物淋滤后的污泥进行了Fenton氧化处理,获得的最佳反应条件为反应时间2 h,H2O2和Fe2+添加量分别为6 g/L和0.5 g/L。在该条件下,污泥上清液中总有机碳(TOC)由20.8 mg/L增加到356.6 mg/L;污泥比阻(SRF)和滤饼含水率分别由5.98×1011s2/g和88.75%减少至1.26×1011s2/g和82.85%。生物淋滤-Fenton氧化法在污泥破解程度和脱水性能改善方面均优于单独Fenton氧化法。     

电解-CPAM联用对印染污泥脱水性能的影响

采用铜-石墨为电极,考察了电解电压、反应时间、极板间距和阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)等因素对印染污泥脱水效果的影响.结果表明,在极板间距为3 cm,电压为15 V,反应时间为40 min时,印染污泥的絮体破解效果最佳.该条件下,添加6.67 mg/g(以污泥干基计,DS) CPAM后,印染污泥的比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)与粘度分别下降了59.30%、41.62%和68.14%,滤饼含水率由89.30%下降至82.08%.扫描电镜结果显示,经过最佳条件处理后,污泥絮体被破坏,减弱了对内部结合水的保持力,使污泥脱水性能得到改善.     

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。     

酸碱联合调节剩余污泥对有机质的释放和脱水性能的影响

为了研究酸碱联合调节剩余污泥水解酸化过程中溶解性蛋白质(SPN)和溶解性碳水化合物(SPS)的释放规律以及对脱水性能的影响,采用3个反应器,其中,1#为先酸(pH 3.0)后碱(pH 10.0)、3#为先碱(pH 10.0)后酸(pH 3.0)的两段控制方式(每段8 d),同时以2#pH不调作为对比实验。结果表明,3个反应器中SPN和SPS的释放情况是调节为碱性>酸性>空白,在相同的控制阶段,SPN的释放量明显高于SPS的释放量;SPN和SPS的最大释放量出现在1#的碱性阶段(后8 d),SPN在碱性阶段的第2天达到最大释放量(883.618 mg/L),SPS在碱性阶段的第8天达到最大释放量(165.922 mg/L)。1#在实验的整个过程中比阻值较低,说明先酸后碱调节方式更利于污泥脱水;在调节为碱性第4天时污泥比阻(SRF)达到最小值(0.342×1013m/kg),处于中难度脱水范围内。与2#相比,3#中的SRF虽稍有改善,但始终处于难脱水范围内。     

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5.3×109 m·kg-1降低至2.0×109 m·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。