摘要
活性污泥工艺及其衍生工艺是应用最为广泛的污水处理技术,同时,会产生大量的剩余活性污泥(Waste Activated Sludge,WAS).污泥脱水是降低污泥运输费用,方便其后续处置必不可少的步骤.胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的氧化与裂解是实现深度污泥脱水的核心步骤.本课题分别采用亚铁(Fe2+)活化过氧化钙(CaO2,CP)和过碳酸钠(Na2CO3·1.5H2O2,SPC)这两种固态过氧化氢(H2O2)的体系,产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)作用于WAS,观察调理污泥理化性质的变化并阐明提高脱水性能的内在机理.此外,本文还评估了植物毒性,估算了技术成本,以期在未来为污泥调理技术的开发提供理论依据和技术支持. Fe2+/CP和Fe2+/SPC工艺调理WAS均能明显改善脱水性能,通过单因素实验获得最优条件.结果表明,初始pH为6.78,Fe2+和CP投加量分别为3.31mmol·g-1VSS和3.68mmol·g-1VSS时,污泥的脱水效果最好,污泥比阻(SRF)和含水率(WC)分别由20.99×1012m·kg-1和86.61%降低至3.91×1012m·kg-1和76.15%;初始pH为3.00,Fe2+和SPC投加量分别为1.44mmol·g-1VSS和1.20mmol·g-1VSS时,SRF和WC分别由12.22×1012m·kg-1和89.94%降低至1.81×1012m·kg-1和74.60%. 根据Fe2+/CP和Fe2+/SPC工艺对Zeta电位、粒径和EPS的影响,提出了一种氧化-再絮凝过程来阐述Fe2+/CP和Fe2+/SPC工艺提高脱水性能的机理.一方面,·OH的氧化作用有效地破坏污泥絮体,氧化EPS,破坏细胞壁,促进结合水转化为自由水;另一方面,Fe3+使污泥颗粒再絮凝形成多孔的絮体结构,形成排水通道,促进泥水分离.此外,SRF与污泥性质相关性分析表明,TB-EPS的降解和S-EPS的释放是提高WAS脱水性能的主要原因. 对Fe2+/CP、Fe2+/SPC和Fe2+/H2O2工艺提高WAS脱水性能进行了系统的对比研究.Fe2+与过氧化物联用有利于污泥脱水性能的提高,且脱水效率遵循Fe2+/H2O2＞Fe2+/SPC＞Fe2+/CP.经Fe2+/CP和Fe2+/SPC工艺调理后的污泥泥饼,其植物毒性降低.同时,Fe2+/CP和Fe2+/SPC工艺的处理成本和药剂投加量低于Fe2+/H2O2工艺,这说明Fe2+/CP和Fe2+/SPC工艺具有潜在的农业利用价值.
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