Fe（Ⅱ）-过硫酸盐调理污泥过程中EPS亲疏水组成的影响与调控

发布时间：2020-05-06 20:30

【摘要】：污泥调理作为污泥脱水的前处理步骤,近年来越来越受研究学者们的关注;目前,常见的污泥调理技术主要包括超声、微波、芬顿及高级氧化技术等。其中,活化过硫酸盐氧化技术作为高级氧化技术之一,由过硫酸盐在活化条件下分解产生的硫酸根自由基(SO_4~-·)对污泥EPS有很好的破坏与分解作用,因而国内外一些研究学者开始利用该项技术对污泥进行优化调理以提升污泥脱水性能,并证实SO_4~-·可以对污泥EPS结构和其中部分化学物质起到有效的破坏作用,促进污泥絮体中部分束缚水的释放,从而改善污泥脱水性能。为此,本文将活化过硫酸盐氧化技术用于污泥优化调理,旨在了解活化过硫酸盐氧化体系对污泥脱水性能的改善效能,并阐明在此过程中污泥EPS组成及亲/疏水特性对其脱水性能的影响。论文以污泥毛细吸水时间(CST)和滤饼含水率(W_c)作为评价污泥脱水性能的主要指标,主要考察污泥初始pH条件、过硫酸盐投加浓度(n(S_2O_8~(2-)))以及过硫酸盐/亚铁盐摩尔比(n(S_2O_8~(2-))/n(Fe~(2+)))对污泥脱水性能的影响。实验结果表明:Fe(Ⅱ)-过硫酸盐氧化体系能有效破解EPS结构并改善污泥脱水性能;在原污泥pH、n(S_2O_8~(2-))=1.2 mmol/gVSS,n(S_2O_8~(2-))/n(Fe~(2+))=0.9条件下,剩余污泥有最高CST降低率56.15%和Wc降低率40.19%。对实验再培养污泥进行系列Fe(Ⅱ)-过硫酸盐优化调理发现,Fe(Ⅱ)-过硫酸盐对实验再培养污泥脱水性能具有良好的改善效果。以乙酸钠为碳源的污泥样品经Fe(Ⅱ)-过硫酸盐氧化调理后CST可分别从347.4 s、208.3 s和158.3 s降低至125.3 s、59 s、45.5 s,其降低率高达70%左右,明显高于以葡萄糖为碳源的污泥样品。污泥EPS亲/疏水特性与污泥脱水性能密不可分;以乙酸钠为碳源的污泥样品(类疏水性污泥)具有更高浓度的EPS含量,而以葡萄糖为碳源的污泥样品(类亲水性污泥)EPS含量则较低。调理过程发现污泥EPS疏水性组分占比与滤饼含水率Wc之间呈现显著的线性正相关关系,表明污泥EPS中疏水性物质占比的增加将直接降低污泥脱水性能。此外,碳源种类与污泥停留时间的不同也将对污泥EPS组成及性质产生影响。随着污泥停留时间的延长,分别以乙酸钠和葡萄糖为碳源的实验再培养污泥松散结合型EPS(LB-EPS)及紧密结合型EPS(TB-EPS)蛋白质含量呈现逐渐下降趋势,而LB-EPS与TB-EPS中多糖含量则呈无规则变化,表明污泥EPS中蛋白质含量的分布与浓度将直接影响污泥脱水性能,主要表现为污泥TB-EPS中蛋白质含量的增加将降低污泥脱水性能。通过一系列指标测定及表征实验,对Fe(Ⅱ)-过硫酸盐氧化体系作用前后污泥EPS各组分中蛋白质含量、多糖浓度、UV-254及TOC含量等进行测定,再辅助以Zeta电位、红外光谱与三维荧光光谱等分析。结果表明,活化过硫酸盐在调理污泥过程中产生的SO_4~-·能优先作用于EPS中带苯环或共轭体系的疏水性化合物,即疏水性色氨酸类蛋白质、腐殖酸和多聚糖类等大分子骨架结构化合物,随着反应的进行,SO_4~-·将与EPS中溶出的疏水性化合物发生进一步反应,使其逐渐降解为小分子单体物质并释放其中束缚水,最终实现污泥脱水性能的有效提升。
【图文】：

结构示意图,污泥,微生物,微生物细胞

组成、结构及物化性质处理手段，即利用污泥中的微生物聚集体对废水中部分有而这些微生物在利用和降解有机物的同时，自身也会进行繁物（Extracellular polymeric substance, EPS）。一般来说，污的粘性，能和水中存在的悬浮物、原生动物、病菌和有机及从而形成含水率极高的菌胶团结构[18]。污泥絮体主要由胞外聚合物、微生物细胞和水分子物质等组则主要体现在胞外聚合物上。污泥胞外聚合物主要由微生物及附着在粘液层上的有机及无机物质等构成。有研究表明状结构，许多研究学者则根据 EPS 是否与微生物细胞结合PS 与结合型 EPS，后者一般呈现双层结构；根据 EPS 与微度，又可将结合型 EPS 分为紧密结合型 EPS（Tightly bou松散结合型 EPS（Loosely bound EPS, LB-EPS）[19]。污泥 E图 1-1 所示：可溶性 EPS

示意图,内部水分,污泥,示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文从文献可以看出，目前对于污泥内部自由水分的划分一般比较同一，即通过机即可去除的水分，但对结合水的划分则各异。因此，现阶段对于使用不同的技段或设备对污泥中的水分进行定性与定量化分析也成为污泥研究领域的一大问题。有研究表明：经常规脱水技术处理后的污泥一般不能达到污泥部分后续工艺对含水率 60%及以下的要求[30]。因此，采用经济有效的调理手段及技术泥进行优化调理，并进一步降低污泥絮体中结合水的含量，，对提升污泥脱水性低污泥含水率有着重要意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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