生物淋滤联合类Fenton反应去除污泥中重金属研究

发布时间：2020-06-27 02:43

【摘要】：随着污水处理的普及,剩余污泥的产量急剧增加,适宜的污泥处理处置技术变得越来越重要。土地利用被认为是一种最经济有效的污泥处置办法。然而,污泥中的重金属对人类健康存在巨大的潜在风险,尤其是超标重金属成为污泥土地利用的主要限制因素。生物淋滤是一种微生物污泥处理技术,由于其具有环境友好和成本低等原因,已引起广泛的关注。然而,生物淋滤的处理时间较长,成为限制生物淋滤应用的主要障碍。为了克服这一障碍,本文研究了生物淋滤联合类Fenton反应去除污泥中的重金属的特征和机理。选择以氧化亚铁硫杆菌为主的土著混合铁氧化菌作为接种菌,以硫酸亚铁为反应底物,采用连续三次培养方法,培养土著混合铁氧化菌。通过比较无机酸淋滤、单独的生物淋滤以及生物淋滤联合类Fenton反应的效果评估生物淋滤联合类Fenton反应去除污泥中重金属的可行性。结果表明,生物淋滤联合类Fenton反应是去除污泥中重金属的有效方法。生物淋滤联合类Fenton反应的效率明显高于无机酸淋滤,略高于单独15d生物淋滤,联合处理方法的反应周期大大缩短,从15d缩短到了5d。经生物淋滤联合类Fenton反应处理以后,污泥中残留的重金属含量可达到中国《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)中的酸性土壤标准。从两个方面分析了生物淋滤联合类Fenton反应处理污泥的机理,一是联用基础,二是铁离子的变化。在生物淋滤联合类Fenton反应体系中,生物淋滤技术不仅可以为类Fenton反应提供酸性条件和催化剂,还可以降低类Fenton反应阶段的重金属负荷;而类Fenton反应不仅可以缩短污泥生物淋滤的运行周期,还能提高重金属的溶出效率,是传统污泥生物淋滤技术的一个显著改进。铁离子在生物淋滤联合类Fenton反应体系中起承前启后的作用。铁离子在生物淋滤阶段以Fe~(2+)形态作为土著混合铁氧化菌的能源物质,为土著混合铁氧化菌的生长提供能量,并以Fe~(3+)形态通过间接淋滤反应参与重金属的溶出;铁离子在类Fenton反应阶段先由Fe~(3+)还原成Fe~(2+),再以Fe~(2+)的形式作为催化剂催化分解H_2O_2产生具有强氧化作用的羟基自由基(?OH)。此外,在生物淋滤联合类Fenton反应体系中,经过5d生物淋滤反应后,体系中的铁离子主要以Fe~(3+)形式存在,可以降低?OH的消耗速率,提高H_2O_2的利用率。从反应温度、污泥含固率、亚铁投加量、H_2O_2投加量、类Fenton反应起始pH值和类Fenton反应时间等方面对生物淋滤联合类Fenton反应处理污泥进行了优化。生物淋滤联合类Fenton反应去除污泥中重金属的优化条件如下:反应温度为30℃、污泥含固率为3%、亚铁投加量为10.0 g/L、H_2O_2投加量为7.5 g/L、类Fenton反应起始pH值为2.5、类Fenton反应时间为90 min。在优化条件下,Cu、Zn、Cd的溶出率分别为77.5%、75.8%、69.7%。经生物淋滤联合类Fenton反应处理,污泥的性质发生了明显变化:(1)污泥液相中的蛋白质、多糖、EPS以及SCOD均大幅度提高,表明生物淋滤联合类Fenton反应对污泥中的EPS具有一定的破解作用;(2)污泥中Cu、Zn、Cd、Pb的含量均可满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T 309-2009)以及《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)的相关要求。此外,污泥中重金属的稳定性提高;(3)虽然污泥中TN、TP和有机质的损失较大,但处理后的污泥所含TN、TP仍高于猪厩肥的平均值;(4)污泥的脱水性能得到明显改善,SRF由处理前的1.85×1013 m/kg降到1.56×1012 m/kg,滤饼含水率由处理前的89.7%降到80.1%,污泥的离心脱水率由处理前的74.5%上升到处理后的84.7%;(5)污泥中总大肠菌群数和粪大肠菌群数大幅降低,去除率分别为99.98%和99.92%,污泥的安全性进一步提高。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【图文】：

[89]。根据微生物的适宜生长温度可将其分为如图1.1所示的三大类[90]：图 1.1 铁硫氧化菌分类示意图Figure 1.1 Classification of iron sulfur oxidizing bacteria中温菌（mesophile）：中温菌的适宜生长温度为40 ℃以下，当温度超过45 ℃时不能生长。中温菌类中最常见的菌种主要有氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans，简称T.f），氧化硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans, 简称T.t）和

（5）青霉菌的生殖方式青霉菌的生殖方式绝大多数情况下为无性生殖，极少数情况下也可发生有性生殖。青霉菌的生殖方式如图1.2所示。（a）无性生殖（b）有性生殖图 1.2 青霉生殖方式示意图（a. 无性生殖；b.有性生殖）Figure 1.2 Reproductive mode of Penicillium（a. asexual reproduction; b. sexual reproduction）

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本文编号：2731227