空化协同类芬顿及酸化降解污染物和破解污泥及其机理探究
发布时间：2019-10-09 14:21
【摘要】：印染废水及其处理过程中产的剩余污泥难以用传统方法降解,许多研究者开始关注高级氧化技术。其中空化联合其他处理技术因其高效性,引起人们的广泛重视。空化协同其他技术可以进一步提高污染物降解与污泥脱水程度。构建了水力空化与类芬顿反应(ZVI/H2O2)耦合降解橙黄G(OG)染料的系统。结果表明芬顿法联合水力空化可以显著提高OG的脱色率。并且酸性条件更有利于脱色反应进行。零价铁(ZVI)的固定位置有对脱色率也有重要影响,固定于筛板附近更有利于OG脱色。在双氧水浓度一定的情况下,提高ZVI浓度可增大OG的脱色率,ZVI的最佳浓度为0.7 g/L。此外,实验中未观察到入口流体压力对OG降解率有显著影响。双氧水的加入可以进一步提高OG的脱色率,这是由于双氧水可以带来更多的羟基自由基使得OG进一步氧化,双当氧水浓度为0.02 g/L时降解率可达到93.7%。此外,通过HPLC-ESI-TOF系统检测到13种降解产物,在不同降解途径(偶氮键裂解还原,分子间脱水和脱磺酸基反应)下产生的多种降解产物毒性可能比OG更大并且更难以矿化。以OG为降解底物,构建了超声联合类芬顿反应(ZVI/H2O2)体系。讨论了各影响因素包括ZVI、超声、自由基捕获剂、超声产生的双氧水的作用和US/ZVI体系的协同机理。结果表明超声联合类芬顿反应有明显协同作用。这是由于超声作用会促进酸性条件下氢离子对ZVI的侵蚀。此外,ZVI是二价铁离子的良好替代剂,零价铁在酸性条件和双氧水的作用生成亚铁离子(Fe2+),并进一步在双氧水作用下生成三价铁离子(Fe3+)和羟基自由基,而ZVI又可将三价铁离子还原成二价铁离子,以此循环。加入适量双氧水可控制羟基自由基的量,避免双氧水对羟基自由基的捕获作用,提高脱色率。此外,双氧水的投加剂量和投加方式对矿化过程也有影响。探究了超声和酸化结合对污泥脱水性能的影响和机理。超声-酸化处理下污泥脱水效果比单独超声,单独酸化明显提高,含水率从77.6%降到70.6%。超声可以打碎污泥絮体,200 W下污泥粒径从101.6μm下降到79.3μm,同时更多水分释放。但是超声增大污泥絮体表面积不利于污泥过滤,200 W时含水率最低达到70.52%,200 W后CST呈上升趋势。单一超声会使得污泥CST从7.9 s上升到54.1s。超声和酸化联合作用,可减小污泥过滤的CST并进一步降低滤饼含水率。酸化通过引入氢离子产生质子化作用使得污泥发生絮凝在pH为3的情况下,污泥絮体粒径从29.6μm 增大到149.3 μm。同时通过对污泥中有机物的分析可以看出酸性条件下可以污泥絮体也会发生溶解。此外,向系统中引入自由基可进一步提高污泥的脱水性能,在最优条件下污泥含水率达到67.46%。讨论了水力空化-酸化联合处理对污泥脱水效果的影响,并讨论了水力空化时间,pH等对污泥脱水的影响和机理。水力空化可以破坏污泥絮体,使得胞外聚合物释放。pH值为3的条件下污泥Zeta电位从-56.6 mV上升-6.9 mV,静电排斥减弱,产生污泥压缩粒径从38.1μm增大到207.5 μm,同时水分从絮体中释放。同时通过对污泥中有机的分析可以看出絮体中细胞在强酸条件下结构也会发生破坏,更多的有机物溶出。结果表明水力空化-酸化体系中,空化使得污泥絮体更加脆弱,酸化作用得以强化,超声-酸化处理下污泥脱水效果比单独超声,单独酸化明显提高,最有条件下含水率从81.41%降到72.53%,两者在提高污泥脱水效果上具有协同作用。
【图文】：
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本文编号：2546819
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