Fenton氧化破解城市污泥及生物淋滤处理河道底泥

论文摘要

城市生活污水处理厂剩余污泥体积庞大、成分复杂制约着污泥减量化和资源化,脱水是污泥减量的关键,其困难在于大量胞外聚合物（EPS）的存在。EPS是细菌细胞壁周围用以保护细胞并阻止其脱水的水合胶囊或粘液的聚合体,决定污泥的理化性质和生物特性,其质量（包括其结合水）约占污泥固体质量的80%,主要成分是具有亲水性和粘性的多聚糖、蛋白质、核酸、脂质和DNA等高分子物质。利用Fenton试剂的强氧化性破解污泥中的EPS,并通过释放出的多聚糖、蛋白质浓度以及SCOD的变化表征EPS的破解程度,重点考察pH、反应时间、H2O2/Fe2+、温度等条件对EPS破解的影响,旨在找出类Fenton试剂氧化污泥的适宜条件,并结合污泥粒度和显微镜观察进一步直观说明EPS破解程度。结果表明,pH2.5,反应时间90min,H2O2/Fe2+（质量比）= 8:1,温度6570℃为适宜反应条件。该条件下经Fenton氧化,污泥上清液中的SCOD、多聚糖和蛋白质浓度分别由45.88mg/L、10.96mg/L和11.99mg/L增加到684.93mg/L、382.17mg/L和302.62mg/L;污泥颗粒平均粒径和中值粒径分别由供试污泥的838.89μm和859.20μm减小到137.22μm和148.69μm。Fenton氧化可以有效调理污泥,破解EPS,提高污泥的稳定性和无机化程度,有利于污泥的后续减量化和资源化。随着工业的发展和人们生活水平的提高,除了城市污泥外,河道底泥也不同程度地受到污染,尤其是重金属污染较为严重,生物淋滤常用来去除泥相中的重金属。湘江株洲段霞湾港底泥碱度较高,重金属污染十分严重,本研究尝试将生物淋滤应用于碱度较高、性质复杂的河道底泥中,以期能有效去除底泥中大量存在的重金属。为保证菌种活性,实验从城市污水处理厂曝气池取菌,培养加富后,接种到底污中驯化,将驯化成熟的菌种按不同比例（0.67、1、1.5、2、3、4）回流到3%的新鲜底污中启动底泥重金属生物淋滤实验,比较各回流比条件下重金属去除效果的差别,并分析淋滤前后泥样中重金属形态和形貌的变化,旨在找出最佳回流比,提高处理效率。经过47d淋滤,回流比为1.5时4种金属的去除率分别为Zn（87.2%）>Cd（65.0%）>Cu（53.7%）>Pb（31.6%）,高于其他回流比时的去除率。五步连续萃取法分析重金属的结果表明,淋滤后重金属的总量减少,剩余重金属大多以稳定形态存在,底污重金属毒性降低。扫描电镜图像表明,底泥结构由原泥的松散絮状变为淋滤后紧实的块状,这将大大改善底泥的脱水性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 城市污泥的产生、处理与处置
• 1.1.1 城市污泥的产生
• 1.1.2 污泥的来源、种类及性质
• 1.1.3 污泥的处理与处置
• 1.2 底泥污染状况及湘江霞湾港底泥污染
• 1.2.1 底泥
• 1.2.2 底泥污染物种类
• 1.2.3 底泥污染修复方法
• 1.2.4 湘江及霞湾港的基本情况
• 1.2.5 霞湾港重金属污染
• 1.2.6 霞湾港重金属污染治理思路
• 1.3 胞外聚合物的性质及其对污泥性质的影响
• 1.3.1 胞外聚合物的组成和性质
• 1.3.2 胞外聚合物对活性污泥沉降性和絮凝性能的影响
• 1.3.3 胞外聚合物对污泥脱水性能的影响
• 1.3.4 胞外聚合物对膜生物反应器运行的影响
• 1.3.5 重金属离子与胞外聚合物
• 1.4 FENTON 体系的发展及其在污泥处理方面的应用
• 1.4.1 Fenton 体系的发展
• 1.4.2 Fenton 调理稳定剩余污泥的作用机制
• 1.4.3 Fenton 氧化处理剩余污泥的主要影响因素
• 1.4.4 Fenton 试剂在污泥处理中的应用
• 1.5 生物淋滤的主要机理及研究现状
• 1.5.1 生物淋滤
• 1.5.2 生物淋滤的菌种
• 1.5.3 生物淋滤去除重金属的机理
• 1.5.4 影响生物淋滤的条件
• 1.5.5 生物淋滤工艺流程
• 1.6 选题背景、研究目的和内容
• 1.6.1 选题背景
• 1.6.2 研究目的和意义
• 1.6.3 研究内容
• 第2章 FENTON 氧化破解城市污泥
• 2.1 引言
• 2.2 实验目的
• 2.3 实验仪器和试剂
• 2.3.1 主要实验仪器
• 2.3.2 主要器皿
• 2.3.3 药品
• 2.4 主要物征参数与测定方法
• 2.4.1 含水率（含固率）
• 2.4.2 pH 和ORP
• 2.4.3 VSS
• 2.4.4 SCOD
• 2.4.5 蛋白质浓度
• 2.4.6 多聚糖浓度
• 2.4.7 粒径分析
• 2.4.8 显微镜照片
• 2.5 供试污泥
• 2.6 实验内容
• 2.7 结果与讨论
• 2.7.1 pH 对EPS 破解的影响
• 2.7.2 反应时间对EPS 破解的影响
• 2O₂和Fe²⁺投加量对EPS 破解的影响'>2.7.3 H₂O₂和Fe²⁺投加量对EPS 破解的影响
• 2.7.4 温度对EPS 破解的影响
• 2.7.5 Fenton 氧化破解前后污泥粒度分布
• 2.8 小结
• 第3章 回流比对生物淋滤去除河道底泥中的重金属的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器和试剂
• 3.2.1 主要实验仪器
• 3.2.2 主要器皿
• 3.2.3 药品
• 3.3 主要表征参数与测定方法
• 3.3.1 含固率、pH 和ORP
• 3.3.2 重金属含量测定
• 3.3.3 重金属形态分析
• 3.4 供试污泥和底泥的性质
• 3.5 实验内容
• 3.5.1 污泥中菌种的驯化培养
• 3.5.2 底泥中菌种的驯化培养
• 3.5.3 底泥的生物淋滤
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 菌种的驯化培养
• 3.6.2 生物淋滤过程中pH 的变化
• 3.6.3 生物淋滤过程中ORP 的变化
• 3.6.4 回流比与容积负荷及处理效率间的关系
• 3.6.5 Cu、Zn、Pb 和Cd 的溶出动态
• 3.6.6 生物淋滤前后重金属形态的变化
• 3.6.7 生物淋滤前后底泥结构的变化
• 3.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 农用污泥中污染物控制标准值（MG/KG）