Ti/PbO2阳极对剩余污泥的电化学减量过程研究

作     者：路思佳 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑兴;赵会艳

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：剩余污泥 电化学 减量 溶胞 电极改性 

摘      要：活性污泥是污水处理过程中的必然产物,具有产量大、脱水难、处理费用高等特点。随着我国城镇污水的处理能力快速提高,污泥的产量也进一步急剧增加,而污泥的无害化处理和处置水平难以适应当前污泥快速增长的形势,因此,污泥的处理处置成为目前污水处理厂应对的主要问题。为减轻污泥后续处置的压力就必须对污泥进行减量化处理,传统的污泥减量方式有生物法、物化法以及联合处理的方法等,但这些方法都分别存在稳定性差、能耗高、工艺复杂等缺点。近年来,电力行业的快速发展使电能成本大大降低,极大的推动了电化学技术的发展,电化学技术因其具有高效清洁、无二次添加污染、无土建等优势在污泥处理行业得到学者的广泛关注。本文采用电化学技术分别对污泥减量化处理,污泥溶胞机制,阳极修饰改性以及修饰改性后电极对污泥的减量处理几部分进行探究,具体如下:(1)Ti/PbO阳极的制备、表征以及对剩余污泥的减量化处理效果采用热分解法、电沉积法制备Ti/PbO阳极,通过对制备出电极电化学性能、催化性能等进行表征分析,结果表明,制备出的Ti/PbO阳极涂层紧实、致密、排列规整。120 min内对ARG色度去除率可达95.78%,具有较高的催化活性。同时电极具有良好的稳定性,其强化寿命可达70 h。将制备出的Ti/PbO阳极用于污泥的减量化处理,以混合液悬浮物固体浓度(MLSS)、混合液挥发性悬浮物固体浓度(MLVSS)、毛细吸水时间(CST)为指标,来衡量电化学过程中电压、时间对污泥处理效果的影响。并通过检测电化学处理前后污泥上清液中溶解性有机碳(DOC)、氮(N)、磷(P)、DNA、粒径变化规律,以及使用液相色谱-有机碳联用检测仪(LC-OCD)、电子扫描显微镜(SEM)分别对污泥上清液分子量分布规律和电化学处理前后污泥微观形态的变化进行检测,来进一步阐述电化学处理污泥的机理。实验结果表明,电化学技术对污泥有明显的溶胞效果,以减量效果与能耗大小为衡量指标,综合分析,当电压为20 V,处理时间为120 min时,电化学对污泥具有较好的处理效率,此条件下污泥MLSS去除率为33.4%,MLVSS去除率为35.8%,同时CST提高33%。(2)电化学对污泥的溶胞机制Ti/PbO阳极降解有机污染物主要包括直接氧化过程中电子的得失和间接氧化过程中产生具有强氧化性的各类活性物质,通过循环伏安曲线、自由基屏蔽、添加氯离子(Cl-)等方式探究在电化学处理污泥过程中起溶胞作用的是哪种氧化途径。实验结果表明,羟基自由基(·OH)是电化学处理污泥过程中起溶胞作用的主要活性物质,当溶液中含有一定浓度的硫酸根离子(SO42-)和Cl-时,可显著增强电化学处理污泥的溶胞效果,而直接氧化过程和间接氧化过程中产生的臭氧(O3)对电化学溶胞过程无明显促进作用。(3)Ti/PbO阳极的修饰改性及其对污泥减量化处理效果通过RGO、ACF对Ti/PbO阳极表面进行修饰改性,可以提高电极电化学性能。实验结果表明,当RGO与ACF的掺杂浓度分别为0.05 g/L、0.1 g/L时,电极·OH产率最高,同时析氧过电位、表面电荷传输速率、寿命都有所增强。将PbO-RGO(0.05)电极与PbO-ACF(0.1)电极用于剩余活性污泥的减量化处理研究,实验结果显示,污泥经PbO-RGO(0.05)电极与PbO-ACF(0.1)处理后,污泥MLSS、MLVSS、CST以及溶胞效率都有明显的提高作用,表明·OH产率的提高可以显著增强Ti/PbO电极对污泥的处理效果。