过硫酸钾化学氧化处理污泥及含磷农药的研究

发布时间：2020-04-26 13:22

【摘要】：过硫酸盐氧化技术作为一种新兴的高级氧化技术,因其较常规Fenton反应较广的酸碱适用性等优势,近来在诸多难降解污染物的分解及稳定化处理过程中获得了研究者的广泛青睐,本论文为研究过硫酸盐氧化法对污泥破碎及磷回收的适用性,采用多方法活化的过硫酸盐技术对剩余污泥进行了裂解与元素释放研究,实验证明其可有效破碎污泥菌胶团的絮体结构,显著提高污泥的脱水性及可滤过性,并在此基础上对污泥破碎及元素释放过程的机理进行了系统研究。除此之外本文以敌百虫这一在农业生产过程中曾大量使用的含磷农药作为过硫酸盐高级氧化法的目标物质,对其分解过程动力学参数及后期的磷回收过程进行了系统研究。为研究过硫酸盐氧化过程中剩余污泥的破碎机理及后期的元素回收可能性,本实验拟采用过硫酸盐作为外加药剂以期提高污泥处理过程中的元素释放效率,实验初期发现,高温活化的过硫酸盐氧化过程可极大地促进污泥破碎及其内氮磷元素的释放,处于最佳操作裂解条件时(UV,65~oC,PS/WAS=1.5),污泥上清液中的PO_4-P与NH_4-N浓度在反应结束时可达到204 mg/L与216 mg/L,同时MLSS较原污泥可降低64%。而在经条件优化的磷酸铵镁沉降过程中PO_4-P与NH_4-N的最高回收率可分别达到98.9%与34.8%(pH=9.5,Mg/P=1.3)。而在低剂量氢氧化钠活化的过硫酸盐氧化过程中,污泥含水率相较于原污泥可降低14.41%,且当过硫酸盐与氢氧化钠浓度分别为10 mmol/L及0.5 mmol/L时,反应结束时液相体系中的TN浓度可达到22.34mg/L。但此过程无法对污泥絮体内的细胞表面结构造成明显的破坏,其活性自由基的主要作用位点应为污泥絮体间的长链胞外分泌物质,在整个反应过程中其被硫酸根自由基及羟基自由基切割破碎形成短链小分子,进而释放进入液相体系中造成污泥消解上层清液中COD的持续升高。在针对抗坏血酸对几种剩余污泥处理体系中元素释放及污泥脱水性能影响的探究中发现,于硫酸盐氧化过程开始一定时间后投加较高剂量的抗坏血酸有利于污泥可滤过性在短时间内迅速提高;在污泥的碱处理体系中,抗坏血酸的加入并不能对碱主导的污泥破碎过程造成太大的影响;而在碱活化过硫酸盐消化过程的机理探究中发现,投加抗坏血酸后反应体系中污泥可滤过性的波动,主要应与污泥絮体胞外含氮类长链有机物的破碎分解有关,但其具体机理仍需进一步实验研究。而在过硫酸盐破碎分解含磷农药敌百虫的研究过程中发现,高温环境可极大地促进含磷农药敌百虫在过硫酸盐氧化过程中磷元素的释放,在辅以紫外辐照的条件下,反应结束时液相体系中的农药的分解率可达95.63%(UV,80~oC,PS/敌百虫=7),且在经过条件优化的元素回收过中磷的回收率最高可达到93.4%(pH=11.5,Mg/P=2)。
【图文】：

趋势图,浓度,体系,趋势

燕山大学工学硕士学位论文的大量活性自由基集团，，其可快速破碎污泥絮体间的联结蛋白及污泥细胞，有助进污泥均胶团破碎胞间物质释放及分解过程[44,45]。相较而言，在整个反应体系中氮磷元素的释放过程对温度及紫外辐照表现高的敏感性，例如在在 45oC 的污泥消化体系中，无论辅以紫外辐照与否，反应时上清液中的 PO43-P 浓度均稳定在 20 mg/L 左右。但当温度升至 65oC 时污泥体的 PO43-P 浓度可达到 171 mg/L，而辅以紫外辐照时污泥上清液中的 PO43-P 浓度小时后可达到 45oC 条件下的 10 倍之高(205.03 mg/L)。研究者认为高温之所以提高污泥内部物质的释放速率，归其原因是高温可以拓宽污泥细胞膜表面的物换孔道，从而促进胞内物质如 poly-P 的释放及分解[46]。类似的，剩余污泥氧化中氮元素的释放趋势与磷酸盐几乎相同，在 45oC 的反应条件下，污泥上清液NH4+-N 浓度在结束反应前缓慢上升至 30-40 mg/L，而若在高温消解(65oC 与 85o同时辅以紫外辐照，6h 后污泥上清液中的 NH4+-N 浓度分别可达到 215.8 mg/L265.6 mg/L。

影响图,过硫酸盐,剩余污泥,释放过程

度(65oC)后，控制过反应体系中过硫酸盐/污泥质量比率(PS/WAS)为 1:1-2:1，以上清液中的 PO43-P 与 NH4+-N 浓度及 MLSS 为参照对污泥破碎体系中过硫酸盐量进行进一步优化。实验结果如图 2-2 所示。如图 2-2 所示，污泥上清液的 pH 在不同 PS/WAS 比例的反应体系中均从反始的 5.75 降到 1.76-2.44，这应归因于污泥细胞内小分子有机酸在污泥发酵前期速释放过程[47]。相较于不同 PS/WAS 污泥消解体系中差别较小酸化过程，污MLSS 变化在不同 PS/WAS 比例的污泥破碎体系中显现出较为明显的差异，其PS/WAS 升至 1.5/1 时，过硫酸盐氧化体系中的 MLSS 将从反应之初的 20 g/L 7.2 mg/L，而当 PS/WAS 比率继续升高时反应体系中的污泥浓度将不再发生明显化。而对于剩余污泥氮磷的释放过程来讲，其亦受到过硫酸盐投加量较大的影响PS/WAS 比率逐渐升高时，反应结束时污泥上清液中的 PO43-P 浓度由初始条件168.6 mg/L(PS/WAS=1) 达到 220 mg/L(PS/WAS=1.75)，而反应体系中的 NH4+-N 变动在高 PS/WAS 比率时呈现出较为相似的趋势，如在 PS/WAS 比率处于 1.5:1时，反应结束时污泥上清液中的 NH4+-N 浓度维持在 215-230 mg/L。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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