热处理对脱水污泥化学物质释放特性的影响研究
发布时间：2021-03-30 07:01
污水处理厂的脱水污泥直接进行厌氧消化处理具有有机物降解效率低、产能少的特点,而热处理可以改变污泥的脱水性能,提高污泥厌氧消化过程中有机物的水解速率,提高厌氧消化效率。考察了不同温度（40、50、 60、 70和80℃）下的热处理对污泥中化学物质释放的影响。结果显示,经过不同温度的热处理后,污泥中氮、磷、有机物、可溶性蛋白质和多糖的释放量随温度升高和处理时间延长呈现不同程度的增大。考虑到成本和释放效果,污泥热处理最佳工艺条件为:60℃加热60 min,这时污泥中的化学物质都可达到较为理想的释放效果。
【文章来源】：工业用水与废水. 2020,51(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同温度热处理后磷酸盐和总磷浓度变化
热处理对污泥中SCOD释放作用的影响如图3所示。从图3可以看出，溶液中SCOD的浓度随加热时间的延长而逐渐增大，且不同温度对污泥中有机物的溶出和释放过程存在差异。在40和50℃加热条件下，SCOD浓度在90 min内的变化趋势一致，但此后，50℃加热条件下SCOD浓度增加幅度比40℃更大，在150 min时SCOD质量浓度为1 228.9mg/L。而在60、70和80℃加热条件下，溶液中SCOD浓度在前30 min内增加幅度较大，而后呈现一个缓慢的增加趋势，在150 min时SCOD的质量浓度为1 282.1～1 338.9 mg/L。苑宏英等[10]研究表明，加热1.5 h溶液中SCOD浓度才趋于稳定，加热2 h达到最大。污泥中有机物主要是挥发性悬浮固体，由细菌、真菌、原生动物等组成[16]。因此随着温度的升高，污泥中这些生物细胞膜结构首先会被破坏，固体物质溶解，接着RNA、DNA和细胞壁被破坏，甚至发生蛋白质变性的现象，导致溶液中SCOD浓度呈现随温度升高而增加的趋势[16,20]。Do等[21]研究表明，在60～90℃条件下的热处理后，污泥的生物降解效率提高了1.4～2.2倍。SCOD是污泥破解程度的重要指示指标，SCOD浓度越高，污泥絮体破解越完全，后续越易被生物利用[22]。
由图1(c）可以看出，总氮变化基本反映了氨氮和硝态氮总和的变化趋势，都随时间的延长而逐渐增加。在40和50℃加热条件下，溶液中总氮浓度以及变化趋势一致，随时间一直呈现增加趋势。而在60、70和80℃加热条件下，溶液中总氮浓度更高，150 min时其质量浓度范围为59.4～64.7 mg/L，且溶液中总氮变化趋势较为一致，前30 min总氮释放速率最大，而后水体中总氮浓度随时间呈现微弱增加趋势。同时，通过计算可以看出，溶液中总氮浓度要大于氨氮和硝酸盐氮的浓度之和，表明热处理促进了污泥中有机氮的溶出和释放，这与薛涛等[12]的研究结论一致。污泥中的氮主要赋存于蛋白质中，进一步研究发现，污泥中氮的含量从高到低依次为蛋白质-氮、吡啶-氮、铵态氮、吡咯-氮，其中蛋白质-氮的比例最大约占55%[13-14]。热处理过程中从污泥絮体和细胞内溶解出的有机物发生水解，生成溶解性中间产物，并进一步转化为相对分子质量更小的化合物，如有机酸、氨和二氧化碳等[15-16]。溶液中硝酸盐氮和氨氮的区别，主要与2种形态氮的基本特性有关，后者受温度影响较大，导致40～80℃加热条件都能促进污泥中氨氮快速溶出。与此同时，文献[17-18]研究表明，污泥中氨气在60℃条件下开始有部分析出，主要是因为污泥干燥过程中会产生一定量的氨气，这可能是导致30 min后各个温度加热处理下溶液中氨氮浓度变化较小的原因。同时，与氨氮含量相比，溶液中硝酸盐氮含量较低，这表明污泥中以铵态氮存在形式的比例较高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同预处理方法对脱水污泥厌氧消化的影响[J]. 余华平,黄瑛,洪锋,周克梅,周卫东. 环境工程学报. 2018(09)
[2]低温热处理对剩余污泥有机物溶出及脱水性能改变的影响[J]. 彭永臻,郭思宇,李夕耀,何岳兰,高瑶远,李璐凯. 北京工业大学学报. 2017(03)
[3]市政污泥中磷的释放研究进展综述[J]. 彭信子,刘志刚,周思琦,戴翎翎,戴晓虎. 净水技术. 2017(01)
[4]热处理温度对污泥水解效果的影响及其三维荧光光谱特征[J]. 李倩倩,郭亮,赵阳国,佘宗莲,高孟春,柳苗苗. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(09)
[5]城市污泥慢速热解过程中氮的转化规律[J]. 郭明山,金晶,林郁郁,王永贞,侯封校. 化工进展. 2016(01)
[6]温度调节对污泥中有机质和氮磷溶出的影响研究[J]. 苑宏英,孙锦绣,王亭,祁丽. 天津城建大学学报. 2015(06)
[7]水热电解质法污泥脱水技术[J]. 孔宝. 工业用水与废水. 2015(03)
[8]不同热处理温度对污泥厌氧发酵产氢的影响[J]. 陆源,谢育红,郑育毅,刘常青. 环境工程学报. 2013(12)
[9]市政污泥水热干化系统的开发及工程化应用[J]. 邓舟,王伟,夏洲,张超,张丽颖,荀锐. 中国给水排水. 2012(19)
[10]污泥干化过程氨的释放与控制[J]. 翁焕新,章金骏,刘瓉,倪伟伟,马学文. 中国环境科学. 2011(07)
硕士论文
[1]城市污泥（水）热处理固体产物中磷的迁移转化及释放回收研究[D]. 王涛.湖南大学 2018
[2]污泥热解过程中氮的迁移特性研究[D]. 张娜.沈阳航空航天大学 2013
本文编号：3109097
【文章来源】：工业用水与废水. 2020,51(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同温度热处理后磷酸盐和总磷浓度变化
热处理对污泥中SCOD释放作用的影响如图3所示。从图3可以看出，溶液中SCOD的浓度随加热时间的延长而逐渐增大，且不同温度对污泥中有机物的溶出和释放过程存在差异。在40和50℃加热条件下，SCOD浓度在90 min内的变化趋势一致，但此后，50℃加热条件下SCOD浓度增加幅度比40℃更大，在150 min时SCOD质量浓度为1 228.9mg/L。而在60、70和80℃加热条件下，溶液中SCOD浓度在前30 min内增加幅度较大，而后呈现一个缓慢的增加趋势，在150 min时SCOD的质量浓度为1 282.1～1 338.9 mg/L。苑宏英等[10]研究表明，加热1.5 h溶液中SCOD浓度才趋于稳定，加热2 h达到最大。污泥中有机物主要是挥发性悬浮固体，由细菌、真菌、原生动物等组成[16]。因此随着温度的升高，污泥中这些生物细胞膜结构首先会被破坏，固体物质溶解，接着RNA、DNA和细胞壁被破坏，甚至发生蛋白质变性的现象，导致溶液中SCOD浓度呈现随温度升高而增加的趋势[16,20]。Do等[21]研究表明，在60～90℃条件下的热处理后，污泥的生物降解效率提高了1.4～2.2倍。SCOD是污泥破解程度的重要指示指标，SCOD浓度越高，污泥絮体破解越完全，后续越易被生物利用[22]。
由图1(c）可以看出，总氮变化基本反映了氨氮和硝态氮总和的变化趋势，都随时间的延长而逐渐增加。在40和50℃加热条件下，溶液中总氮浓度以及变化趋势一致，随时间一直呈现增加趋势。而在60、70和80℃加热条件下，溶液中总氮浓度更高，150 min时其质量浓度范围为59.4～64.7 mg/L，且溶液中总氮变化趋势较为一致，前30 min总氮释放速率最大，而后水体中总氮浓度随时间呈现微弱增加趋势。同时，通过计算可以看出，溶液中总氮浓度要大于氨氮和硝酸盐氮的浓度之和，表明热处理促进了污泥中有机氮的溶出和释放，这与薛涛等[12]的研究结论一致。污泥中的氮主要赋存于蛋白质中，进一步研究发现，污泥中氮的含量从高到低依次为蛋白质-氮、吡啶-氮、铵态氮、吡咯-氮，其中蛋白质-氮的比例最大约占55%[13-14]。热处理过程中从污泥絮体和细胞内溶解出的有机物发生水解，生成溶解性中间产物，并进一步转化为相对分子质量更小的化合物，如有机酸、氨和二氧化碳等[15-16]。溶液中硝酸盐氮和氨氮的区别，主要与2种形态氮的基本特性有关，后者受温度影响较大，导致40～80℃加热条件都能促进污泥中氨氮快速溶出。与此同时，文献[17-18]研究表明，污泥中氨气在60℃条件下开始有部分析出，主要是因为污泥干燥过程中会产生一定量的氨气，这可能是导致30 min后各个温度加热处理下溶液中氨氮浓度变化较小的原因。同时，与氨氮含量相比，溶液中硝酸盐氮含量较低，这表明污泥中以铵态氮存在形式的比例较高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同预处理方法对脱水污泥厌氧消化的影响[J]. 余华平,黄瑛,洪锋,周克梅,周卫东. 环境工程学报. 2018(09)
[2]低温热处理对剩余污泥有机物溶出及脱水性能改变的影响[J]. 彭永臻,郭思宇,李夕耀,何岳兰,高瑶远,李璐凯. 北京工业大学学报. 2017(03)
[3]市政污泥中磷的释放研究进展综述[J]. 彭信子,刘志刚,周思琦,戴翎翎,戴晓虎. 净水技术. 2017(01)
[4]热处理温度对污泥水解效果的影响及其三维荧光光谱特征[J]. 李倩倩,郭亮,赵阳国,佘宗莲,高孟春,柳苗苗. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(09)
[5]城市污泥慢速热解过程中氮的转化规律[J]. 郭明山,金晶,林郁郁,王永贞,侯封校. 化工进展. 2016(01)
[6]温度调节对污泥中有机质和氮磷溶出的影响研究[J]. 苑宏英,孙锦绣,王亭,祁丽. 天津城建大学学报. 2015(06)
[7]水热电解质法污泥脱水技术[J]. 孔宝. 工业用水与废水. 2015(03)
[8]不同热处理温度对污泥厌氧发酵产氢的影响[J]. 陆源,谢育红,郑育毅,刘常青. 环境工程学报. 2013(12)
[9]市政污泥水热干化系统的开发及工程化应用[J]. 邓舟,王伟,夏洲,张超,张丽颖,荀锐. 中国给水排水. 2012(19)
[10]污泥干化过程氨的释放与控制[J]. 翁焕新,章金骏,刘瓉,倪伟伟,马学文. 中国环境科学. 2011(07)
硕士论文
[1]城市污泥（水）热处理固体产物中磷的迁移转化及释放回收研究[D]. 王涛.湖南大学 2018
[2]污泥热解过程中氮的迁移特性研究[D]. 张娜.沈阳航空航天大学 2013
本文编号：3109097
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