超声强化污泥Fenton氧化预处理及物质回收技术研究

论文摘要

随着我国污水处理量增加和出水水质标准提高，污泥处理处置问题日益突出，除了传统的脱水问题外，污泥臭味控制和物质回收也越来越受到关注。针对这些问题，研究了超声强化Fenton氧化改善污泥脱水性能、控制恶臭及回收资源物质的效果和机理，并开发了成套工艺。主要研究成果如下：相同的脱水性能改善时，超声强化Fenton氧化的Fe2+和H2O2投加量比普通Fenton氧化降低66.7%和75.0%，反应时间降低75.0%。采用响应面法分析得出处理最优条件为：声能密度77.03W/L、Fe2+和H2O2投加量0.28g/L和0.58g/L、处理时间0.71h，实验验证此时污泥毛细吸水时间为10.2s，比未处理污泥降低92.21%。超声强化Fenton氧化处理过程中还原性硫化物最大释放速率和释放潜能比未处理污泥分别降低88.36%和83.76%，处理后静置24h，未处理污泥的还原性硫化物释放潜能依旧高达468.72μg/L污泥，而超声强化Fenton氧化处理后污泥仅为52.23μg/L污泥。超声波强化Fenton氧化处理过程中羟基自由基产生量比普通Fenton氧化增加了2.74倍，从而促进污泥结构破解和有机物溶出。处理1.5h后污泥体平均粒径从50.94μm降低到35.97μm，上清液中SCOD、多聚糖和蛋白质分别增加了5.37、6.50和1.55倍。针对处理后污泥的特点，开发了超声强化Fenton氧化处理污泥物质回收技术工艺。处理后污泥经过碱破解，93.35%磷浓缩在残渣中，酸破解和再沉淀后生产出了高附加值的磷酸铁产品；50.80%的氮元素溶解到碱破解液中，膜分离得到高含氮腐殖酸浓缩液，可生产液态肥。超声强化Fenton氧化处理可以大大降低Fenton试剂的使用量和处理时间，改善污泥脱水性能，控制污泥臭味释放，同时有效回收污泥中的资源物质，为污泥减量化和产品化提供了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 我国城市污泥的产生及处理现状
• 1.1.1 我国城市污水处理厂污泥产生量大，增长快
• 1.1.2 城市污水厂污泥处理处置的影响巨大
• 1.1.3 我国对城市污水厂污泥处理处置越来越重视
• 1.2 城市污水处理厂污泥处理中的问题
• 1.2.1 提高污泥脱水性能是污泥处置的关键
• 1.2.2 回收利用污泥中资源物质是污泥处理处置的新思路
• 1.2.3 污泥处置中恶臭等问题日益突出
• 1.3 污泥破解调质预处理技术研究现状
• 1.3.1 污泥破解调质技术研究概述
• 1.3.2 污泥超声波预处理就现状
• 1.3.3 污泥 Fenton 氧化预处理研究现状
• 1.3.4 超声波和 Fenton 氧化对污泥的破解的协同机理
• 1.4 课题设计
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 污泥来源与性质
• 2.1.1 污泥基本性质
• 2.1.2 污泥元素组成
• 2.1.3 污泥微观结构
• 2.2 关键实验设备研发
• 2.2.1 连续式超声波发生器
• 2.2.2 污泥腐殖酸陶瓷膜分离设备
• 2.3 试验仪器和方法
• 2.3.1 污泥基本性质的测定
• 2.3.2 污泥元素组成分析
• 2.3.3 污泥微观结构分析
• 2.3.4 污泥脱水性能
• 2.3.5 污泥稳定化效果
• 2.3.6 污泥上清液中物质分析
• 2.3.7 污泥腐殖酸及磷酸铁氧化物表征
• 2.3.8 其他仪器和装置
• 第3章 超声强化 Fenton 预处理效果研究
• 3.1 污泥超声破解效果研究
• 3.1.1 超声频率
• 3.1.2 声能密度
• 3.1.3 停留时间
• 3.2 超声强化 Fenton 氧化改善污泥脱水性能研究
• 3.2.1 pH 值
• 2+投加量'>3.2.2 Fe²⁺投加量
• 2O₂投加量'>3.2.3 H₂O₂投加量
• 3.2.4 反应时间
• 3.2.5 关键参数的响应面法优化
• 3.3 超声强化 Fenton 氧化控制污泥恶臭效果研究
• 3.3.1 污泥恶臭控制效果实验系统建立
• 3.3.2 超声强化污泥 Fenton 氧化处理过程中恶臭控制效果分析
• 3.3.3 超声强化污泥 Fenton 氧化处理后污泥恶臭控制效果
• 3.4 本章小结
• 第4章 超声强化污泥 Fenton 氧化机理研究
• 4.1 羟基自由基（·OH）
• 4.2 污泥微观结构变化
• 4.2.1 环境扫描电镜观察
• 4.2.2 粒径分布
• 4.3 溶解性物质
• 4.3.1 溶解性化学需氧量（SCOD）
• 4.3.2 多聚糖和蛋白质
• 4.4 本章小结
• 第5章 超声强化 Fenton 氧化处理污泥物质回收技术研究
• 5.1 污泥腐殖酸液态肥分离回收技术研究
• 5.1.1 污泥腐殖酸溶出方法筛选及溶出液基本性质分析
• 5.1.2 污泥腐殖酸的分离提纯
• 5.1.3 污泥腐殖酸透过液碱回流利用分析
• 5.2 污泥中磷元素分离回收技术研究
• 5.2.1 污泥磷元素分布研究
• 5.2.2 以磷酸铁回收污泥中磷元素技术研究
• 5.3 超声强化 Fenton 氧化处理污泥物质回收技术工艺开发
• 5.3.1 工艺流程图设计
• 5.3.2 污泥中氮磷元素的归趋分析
• 5.3.3 超声强化 Fenton 氧化处理污泥物质回收技术工艺评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果