腐植酸负载纳米零价铁活化过硫酸盐调理污泥脱水研究

发布时间：2020-11-18 22:11

　　 随着我国经济的快速发展,城市污水处理厂的建设规模和服务范围不断扩大,污水处理量也随之不断增长。然而,在污水的生物处理过程中,不可避免地形成副产物—活性污泥。随着污泥产量的不断提升,如果这些污泥得不到有效的处置,将不仅增加污水处理厂的运营成本,更会对我国的生态环境构成严重的威胁。因此,必须通过脱水技术降低活性污泥体积量,进而削减污泥处理运输成本,控制相关的环境风险。胞外聚合物(EPS)是造成污泥脱水困难的关键组分。过硫酸盐作为一种易于贮存、水溶性好以及价格廉价的强氧化剂,可以有效的破坏污泥絮体结构,溶解污泥EPS组分。本研究制备了具有高反应活性的腐植酸负载纳米零价铁(nZVI/HA)材料,通过腐植酸负载纳米零价铁活化过硫酸盐体系(nZVI/HA-PS)进行调理污泥深度脱水实验。实验采用内蒙古呼和浩特市公主府污水处理厂浓缩池的污泥作为研究对象,以污泥比阻(SRF)和泥饼含水率(Wc)作为污泥过滤脱水性能指标,考察了材料的投加量、质量负载比、以及污泥溶液的初始pH值等因素对污泥脱水性能的影响变化规律。本文结合污泥的最佳调理条件,分析了nZVI/HA-PS体系对污泥的反应机理,为推动实际污水处理工程中污泥脱水技术的发展提供理论支持。本文的主要研究内容和结论如下:1)利用经典的液相还原法制备了nZVI/HA纳米材料,并通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和全自动比表面积分析仪等对其表征,以探究纳米材料的微观特性、表面结构、官能团以及元素组成。结果显示,nZVI颗粒均匀的分散在HA表面上,有效地解决了nZVI易聚集和不稳定等问题,为研究活化过硫酸盐效果和调理污泥脱水的机理分析提供理论基础。2)基于单因素实验法得到nZVI/HA-PS调理污泥的最佳条件:在常温、不调节pH的条件下,nZVI/HA(m_(nZVI):m_(HA)=1:3)的投加量为300 mg/L,过硫酸盐的投加量为1.2 mmol/g VSS,污泥的脱水性能得到了明显的改善,SRF降低率为86.47%,Wc降至79.87%。3)通过分析调理过程中污泥EPS中蛋白质和多糖含量分布以及污泥颗粒微观特征的变化对污泥脱水进行了机理探讨。结果表明:过硫酸盐由nZVI/HA活化产生具有强氧化性的硫酸根自由基(SO_4~-·),有效地破坏了污泥絮体稳定性结构,使EPS释放出大量的蛋白质和多糖。污泥中TB-EPS的分解是污泥脱水的主要机制,TB-EPS中的蛋白质样有机成分部分转化为S-EPS。在污泥脱水调理体系中,HA的引入不仅可以很好的防止nZVI颗粒的聚集,而且作为骨架助剂起到了降低污泥压缩性的作用,支撑了疏水通道的形成,有利于污泥内部结合水的排出,从而提升污泥的脱水性能。实际工程应用分析表明该技术在经济上可行。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：

图 2-1 腐植酸负载纳米零价铁的制备过程示意图Fig. 2-1 Diagram of nZVI/HA preparation2.2 材料的表征方法按照上述步骤制备的 HA、nZVI 及 nZVI/HA 如图 2-2 所示。通过肉眼观察，nZVI/HA颗粒聚集成团，且在同等储存条件下易被氧化。

图 2-1 腐植酸负载纳米零价铁的制备过程示意图Fig. 2-1 Diagram of nZVI/HA preparation 材料的表征方法按照上述步骤制备的 HA、nZVI 及 nZVI/HA 如图 2-2 所示。通过肉眼观察，nZVI/HA聚集成团，且在同等储存条件下易被氧化。

内蒙古工业大学硕士学位论文EDS 能谱图可以观察到 HA 中 C、O、Si、Al、Mg、Fe、K 和 Ca 等化学元素的峰，其中 Fe 的峰值相对较弱，质量分数仅为 1.49%，这与大多数种类 HA 的元素分布一致。nZVI 的 EDS 能谱图中检测出 Fe 峰值较大，质量分数高达 61.60%。nZVI/HA 的能谱图显示 Fe 的质量分数为 38.86%，明显大于 HA，这也间接证明 nZVI 被成功负载到 HA 的表面上。
【参考文献】

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本文编号：2889271