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溶菌酶改善剩余污泥脱水性能的效果及影响因素研究

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安全与环境学报 2022年第2期22卷 1006-1013页

作者：罗璐施周周先敏李广超周石庆邓靖湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082 浙江工业大学建筑工程学院杭州310014

研究了溶菌酶在改善剩余污泥脱水性能方面的效果,以污泥真空抽滤泥饼含水率、污泥毛细脱水时间(Capillary Sunction Time,CST)来表征污泥脱水性能,分别考察了酶投加量、污泥初始pH值、反应温度、反应时间等影响因素对酶促污泥脱水作用... 详细信息

研究了溶菌酶在改善剩余污泥脱水性能方面的效果,以污泥真空抽滤泥饼含水率、污泥毛细脱水时间(Capillary Sunction Time,CST)来表征污泥脱水性能,分别考察了酶投加量、污泥初始pH值、反应温度、反应时间等影响因素对酶促污泥脱水作用的影响。结果表明:溶菌酶在污泥脱水反应中充分发挥了水解破壁的功能,导致细胞结构的破坏,显著降低了污泥含水率及CST,对污泥脱水反应有明显的促进作用;基于响应面分析,各影响因素对污泥抽滤泥饼含水率和污泥CST的显著性由大到小为酶投加量、反应温度、污泥pH值,建立了相关多元二次回归模型并进行了有效性验证,获得了各影响因素对于酶促污泥脱水反应的最佳反应条件;酶促污泥脱水反应在适当溶菌酶投加量(15%)、较短的反应时间(0.5 h)内、室温条件(20℃)下、无需调节污泥pH值(pH=6)即可得到较好的脱水效果,污泥含水量下降25%,污泥CST下降65%。因此,采用溶菌酶作为城市污水厂剩余污泥调理剂,可显著增进污泥的脱水性能。

关键词：环境工程学溶菌酶剩余污泥污泥脱水

污泥脱水耦合热解碳化过程典型污染物迁移转化行为研究

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污泥脱水耦合热解碳化过程典型污染物迁移转化行为研究

作者：张慧鹏东北电力大学

学位级别：硕士

活性污泥法是目前污水处理的主流工艺,在其工艺运行时会产生大量的剩余污泥,而剩余污泥普遍含水率高,脱水困难,因此,剩余污泥的处理处置问题成为环境中的一大难题。污泥中还含有大量的有毒有害物质,如磷、重金属、抗生素抗性基因、新冠... 详细信息

活性污泥法是目前污水处理的主流工艺,在其工艺运行时会产生大量的剩余污泥,而剩余污泥普遍含水率高,脱水困难,因此,剩余污泥的处理处置问题成为环境中的一大难题。污泥中还含有大量的有毒有害物质,如磷、重金属、抗生素抗性基因、新冠病毒和微塑料等。同时,污染物的迁移性会造成巨大的环境风险,也制约着污泥资源化利用的发展。本文针对污泥脱水难度大,污泥中污染物存在迁移性等问题,开展了污泥脱水耦合热解碳化过程典型污染物迁移转化行为研究的工作,并深入探究了污泥脱水过程的污泥理化特性变化以及调理剂与胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的相互作用,揭示污泥脱水与热解过程中磷及重金属的赋存形态间的变化,解析减量化与资源化过程中污染物的迁移转化行为,为实现污泥减量化与资源化利用提供理论支持。主要研究结果如下:(1)聚合氯化铝(Polyaluminium chloride,PAC)与Fe Cl调理均可以明显的改善污泥的脱水性能。PAC在0.06 g/g TSS的投加量时基本达到最佳脱水效果;Fe Cl调理的最佳投加量为0.12 g/g TSS。PAC具有更高的电荷密度,对于污泥的脱水效能改善效率明显高于Fe Cl调理。PAC的脱水作用主要为电中和作用和压缩双电层作用;Fe Cl调理具有吸附架桥作用。Fe Cl能与污泥颗粒表面有机物发生配位络合反应,Fe Cl对于蛋白质二级结构中α螺旋型向β折叠型转化的作用强于PAC,从而引起减少污泥表面亲水性基团的减少,弱化污泥颗粒上有机物的束水能力,改善污泥的脱水性能。(2)在污泥脱水过程中,固相中的有机磷(Organic phosphorus,OP)向液相中发生迁移。固相中,经PAC调理后的污泥磷灰石态无机磷(Apatite inorganic phosphorus,AP)占比增加,PAC的投加致使体系p H值降低,磷在酸性环境中更倾向于与Ca离子结合形成磷酸钙类化合物。经过Fe Cl调理后的污泥中,非磷灰石态无机磷(Non-apatite inorganic phosphorus,NAIP)占比增加,是由于投加了大量铁离子,磷优先与铁离子结合生成相应的配合物。在脱水过程中八种重金属残渣态的形态占比基本未发生变化,可氧化态的重金属向可交换态或可还原态重金属进行转化;Fe Cl调理后的泥饼中Pb与Ni这两种重金属潜在迁移性(Potential migration index,PMI)发生减小,其他六种重金属和经PAC调理后的八种重金属潜在迁移性均增强。在脱水过程中有机物的破坏和释放,使得重金属与有机物间的结合被破坏,重金属释放后与无机物配体结合或呈游离离子态存在,两种无机调理剂在脱水过程中没有固化重金属的作用,反而会导致重金属的环境风险增大。(3)有机磷在热解碳化过程中含量降低至10%以下,由于热解过程中大部分有机物被高温分解,有机磷向无机磷发生转化。且投加了两种调理剂的污泥在热解过程中,非磷灰石态无机磷含量占比发生增加,在热解过程中磷主要与铁和铝的化合物进行结合。在热解过程中,非磷灰石态无机磷含量占比会随着热解温度的升高发生减少,在高温热解时,磷更倾向于与钙结合生成更加稳定的化合物。八种重金属在热解碳化过程中基本都以残渣态的存在形式为主。As、Cd、Cu和Zn在600℃时残渣态含量占比高于800℃,是由过高的热解温度使一部分重金属转移至热解气中流失导致。在热解过程中Cr的固化效果会随着热解温度的升高得到提高。Fe Cl在热解过程中对于Cd元素的固化效果优于PAC;但对于Cu的稳定化效果弱于PAC。大部分金属在最佳热解温度下的PMI基本达到5%以下,两种调理剂在热解碳化过程中对重金属都具有较好的固化作用。

关键词：污泥脱水胞外聚合物磷形态重金属热解碳化

内源Fe^(2+)活化过硫酸盐联合生物炭增强厌氧消化污泥脱水性能的研究

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安全与环境学报 2023年第3期23卷 855-863页

作者：白杨吴铮张文彭道平黄涛成都工业学院材料与环境工程学院成都611730 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756

为实现厌氧消化污泥脱水性能提升,利用厌氧消化污泥内源Fe^(2+)活化过硫酸盐(PDS)联合核桃壳生物炭开展其脱水性能调理,并探讨了作用机理。结果表明,调理体系在pH值为6、PDS质量浓度为6.2 g/L、生物炭投加量为25.6 g/L、粒径范围125~150... 详细信息

为实现厌氧消化污泥脱水性能提升,利用厌氧消化污泥内源Fe^(2+)活化过硫酸盐(PDS)联合核桃壳生物炭开展其脱水性能调理,并探讨了作用机理。结果表明,调理体系在pH值为6、PDS质量浓度为6.2 g/L、生物炭投加量为25.6 g/L、粒径范围125~150μm条件下,低压抽滤后泥饼含水率为70.3%,厌氧消化污泥的毛细吸水时间(CST)降低至114.7 s,CST降低率达到81.3%,脱水性能明显提升。在调理过程中,PDS氧化污泥中含铁矿物释放内源Fe^(2+),进一步活化PDS生成·SO_(4)^(-)和·OH,降解胞外聚合物(EPS),释放结合水,显著增强厌氧消化污泥脱水性能;生物炭能够吸附EPS中的亲水性有机物,并提供骨架支撑作用,实现脱水性能进一步提升。对抽滤后泥饼重金属分级提取结果表明,调理体系能够明显削弱污泥固相重金属的环境浸出能力,并降低其浸出毒性;环境效益成本比值(BCR)结果表明提出的联合调理手段可行性较强,需进一步研究实现工业化应用。

关键词：环境工程学厌氧消化污泥污泥脱水过硫酸盐内源Fe^(2+)活化

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聚乙二醇溶液渗析联合真空的污泥脱水研究

中国给水排水 2023年第9期39卷 78-82页

作者：汤连生周展朋郑邓衡孙银磊王玉玺廖宇中山大学地球科学与工程学院广东珠海519082 广州理工学院建筑工程学院广东广州510540 南方海洋科学与工程广东省实验室<珠海> 广东珠海519082 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082

聚乙二醇溶液渗析能够有效脱出污泥中的水分,可达到深度脱水的目的,但其有效脱水范围有限,难以直接应用于污泥的工业化脱水中。为此,进一步设计了聚乙二醇溶液渗析联合真空压力的污泥脱水试验,以分析多场联合作用下规模化的污泥脱水效... 详细信息

聚乙二醇溶液渗析能够有效脱出污泥中的水分,可达到深度脱水的目的,但其有效脱水范围有限,难以直接应用于污泥的工业化脱水中。为此,进一步设计了聚乙二醇溶液渗析联合真空压力的污泥脱水试验,以分析多场联合作用下规模化的污泥脱水效果。试验结果表明,真空压力的作用能够显著提高聚乙二醇溶液渗析的有效脱水范围,在80 kPa真空压力作用下,聚乙二醇溶液渗析的有效影响距离可达到15.2 cm,与无真空压力作用相比提高了约181%。对脱水后的污泥进行扫描电镜及光学显微镜观察发现,真空压力可以压密污泥结构,阻碍聚乙二醇溶液渗析脱水过程中裂隙的形成,有利于排水通道的畅通,从而提高聚乙二醇溶液渗析的脱水效果及其有效性。

关键词：污泥脱水聚乙二醇溶液渗析真空压力有效影响距离脱水机理

热改性给水污泥联合酸提液调理促进剩余污泥脱水

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中国给水排水 2023年第13期39卷 39-46页

作者：张彦平郑松超孙雪萌李芬李一兵河北工业大学土木与交通学院天津300401 中建六局<天津>绿色建筑科技有限公司天津300451 哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150040

为了改善剩余污泥的脱水性能,采用热改性给水污泥(HMS)联合其酸提液调理剩余污泥,研究了联合调理对污泥脱水性能的影响和机理。结果表明,当HMS投加量为30%(以干污泥DS计)、酸提液投加量为8 mg/g(以Fe/DS计)时,污泥毛细吸水时间(CST)和... 详细信息

为了改善剩余污泥的脱水性能,采用热改性给水污泥(HMS)联合其酸提液调理剩余污泥,研究了联合调理对污泥脱水性能的影响和机理。结果表明,当HMS投加量为30%(以干污泥DS计)、酸提液投加量为8 mg/g(以Fe/DS计)时,污泥毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)分别降至10.3 s和0.83×10^(9)s^(2)/kg,较HMS联合FeCl_(3)的调理效果进一步降低了48.8%和37.3%,药剂使用量降低了约60%。调理过程中,HMS可作为骨架颗粒,使污泥压缩系数由1.39降至0.82,提高污泥的透水性;酸提液中的Fe、Al、Ca等金属阳离子有助于增大污泥絮体体积、使结构更密实,使得分形维数从1.29增至1.65;酸提液及HMS溶解出的阳离子可中和污泥表面的负电荷,使Zeta电位升至0.15mV,有利于污泥絮体团聚与脱水;在HMS和酸提液的共同作用下,胞外聚合物(EPS)总量降低(多糖降低了30.9%、蛋白质降低了36%),且伴随着紧密结合型EPS(TB-EPS)向疏松结合型EPS(LBEPS)和可溶性EPS(S-EPS)的转化,从而使得污泥的脱水性能得到较大提高。经HMS联合酸提液调理后,污泥上清液浊度及SCOD较原污泥分别降低了86.9%和73.2%,有利于后续处理。

关键词：污泥脱水给水污泥酸提液骨架构建分形维数

电解耦合Fe^(2+)活化过硫酸盐强化污泥脱水及其机理

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中国给水排水 2023年第15期39卷 15-22页

作者：何妙琳张彦平李一兵河北工业大学土木与交通学院天津300400

采用电解(EC)耦合Fe^(2+)/过二硫酸盐(PDS)预处理剩余污泥,考察了电解时间、电压、PDS投加量和Fe^(2+)∶PDS(物质的量之比)对污泥脱水性能的影响,并通过测定胞外聚合物(EPS)、三维荧光光谱(EEM)和扫描电镜(SEM)观察等探讨其机理。结果表... 详细信息

采用电解(EC)耦合Fe^(2+)/过二硫酸盐(PDS)预处理剩余污泥,考察了电解时间、电压、PDS投加量和Fe^(2+)∶PDS(物质的量之比)对污泥脱水性能的影响,并通过测定胞外聚合物(EPS)、三维荧光光谱(EEM)和扫描电镜(SEM)观察等探讨其机理。结果表明,EC/Fe^(2+)/PDS可有效提高污泥脱水性能。当电压为25 V、PDS投加量为2 g/L、Fe^(2+)∶PDS=0.4、电解时间为30 min时,毛细吸水时间(CST)降低58.3%,泥饼含水率降为74.2%,上清液的SCOD达到367.8 mg/L。EC/Fe^(2+)/PDS体系可有效促进Fe^(3+)向Fe^(2+)的转化,提高Fe^(2+)和PDS的利用率,减少药剂用量;并且,可有效破解污泥絮体及EPS结构,将紧密结合型EPS(TB-EPS)中的蛋白质、多糖和类腐殖酸等物质降解和转移。相关性分析表明,CST与EPS总量相关性较强,污泥脱水性能最佳时EPS理论值为320 mg/L。

关键词：污泥脱水电解过二硫酸盐二价铁胞外聚合物(EPS)

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物理调理法改善污泥脱水性能研究进展

工业水处理 2022年第8期42卷 51-59页

作者：叶新合刘军伟策红军王锐正阳县生态环境局河南驻马店463600 洛阳绿潮环保科技有限公司河南洛阳471000 洛阳理工学院环境工程与化学学院河南洛阳471023

采用活性污泥法处理城市废水和工业废水时会产生大量剩余污泥,其中含有病原体、重金属、有机污染物等有毒物质,如未经适当处置可能会产生严重的环境风险。脱水作为污泥处理的重要步骤,在减少污泥体积、方便运输、提高热值、减少垃圾填... 详细信息

采用活性污泥法处理城市废水和工业废水时会产生大量剩余污泥,其中含有病原体、重金属、有机污染物等有毒物质,如未经适当处置可能会产生严重的环境风险。脱水作为污泥处理的重要步骤,在减少污泥体积、方便运输、提高热值、减少垃圾填埋场渗滤液产生等方面发挥了重要作用。物理调理技术通过加入非化学调理剂或输入能量等方式改善污泥脱水性能,经济性好,应用广泛。而探寻高效物理调理剂与方法对于提升脱水效率至关重要。详细分析了物理调理技术的种类,归纳了典型物理调理技术,如多孔材料调理、超声波、热处理、冻融和电处理方法改善污泥脱水性能的作用机理。总结了不同物理调理方法的影响因素及其耦合增效作用对污泥脱水的影响,并对未来的研究工作进行展望。该领域未来的研究重点为采用物理法和化学法协同调理处理城镇污泥,结合使用混凝、生物分解、高温加热、冷冻和化学氧化,用硅藻土、人造纤维和石膏等为骨架颗粒与化学絮凝剂或药剂联合调理污泥。

关键词：市政污泥物理调理污泥脱水

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氧化—絮凝调理对剩余污泥脱水性能的影响

土木与环境工程学报（中英文） 2023年第3期45卷 173-182页

作者：夏加华饶汀季娟刘安康梁炎凯孙永军南京江北新区公用控股集团有限公司南京210044 南京沃谱瑞环境研究院有限公司南京211100 南京工业大学城市建设学院南京211816

针对污水处理厂污泥脱水难度大、运行成本高等问题,深入研究NaClO投加量、污泥混合液pH值以及在NaClO最佳投加量和污泥混合液最佳pH值下耦合聚合硫酸铁(PFS)和三氯化铁(FeCl_(3))对污泥脱水性能的影响,以期获得氧化—絮凝调理对活性污... 详细信息

针对污水处理厂污泥脱水难度大、运行成本高等问题,深入研究NaClO投加量、污泥混合液pH值以及在NaClO最佳投加量和污泥混合液最佳pH值下耦合聚合硫酸铁(PFS)和三氯化铁(FeCl_(3))对污泥脱水性能的影响,以期获得氧化—絮凝调理对活性污泥脱水性能的影响机制。结果表明,在NaClO投加量为40 mg/g DS(绝干污泥)和污泥混合液pH值为3时,PFS耦合NaClO调理后的泥饼含水率和污泥比阻(Specific Cake Resistance,SRF)分别降至85.86%和4.74×10^(11)m/kg;FeCl_(3)耦合NaClO调理后的泥饼含水率和污泥比阻分别降至86.36%和3.93×10^(11)m/kg。调理后的污泥絮体粒径D_(50)的大小关系为:NaClO+PFS>NaClO+FeCl_(3)>pH值>原泥>NaClO。显然,经过氧化—絮凝调理后的污泥絮体粒径明显增大,滤液中的有机质含量降低。氧化—絮凝调理可使活性污泥比阻显著降低,脱水性能显著改善。NaClO耦合PFS和NaClO耦合FeCl_(3)有望成为高效环保、价格低廉的新型污泥脱水调理剂。

关键词：污水处理污泥调理污泥脱水次氯酸钠絮凝

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剩余污泥脱水预处理技术研究进展

水处理技术 2023年第9期49卷 1-6页

作者：谢文玉郭晓培申屠灵女谭湘梁家豪李长刚广东石油化工学院环境科学与工程学院广东省石油化工污染过程与控制重点实验室广东高校石油化工污染控制重点实验室广东茂名525000 宁波锋成先进能源材料研究院有限公司浙江宁波315000 中国石油化工股份有限公司广州分公司广东广州510000

剩余污泥脱水实现减量化是后续处置的关键。利用CiteSpace分析了国内外剩余污泥脱水领域的研究方向,综述了化学调理和氧化(酸/碱预处理、药剂调理、氧化预处理等)、物理预处理(微波、超声、水热、冷融、电渗透等)及生物预处理等预处理... 详细信息

剩余污泥脱水实现减量化是后续处置的关键。利用CiteSpace分析了国内外剩余污泥脱水领域的研究方向,综述了化学调理和氧化(酸/碱预处理、药剂调理、氧化预处理等)、物理预处理(微波、超声、水热、冷融、电渗透等)及生物预处理等预处理技术强化剩余污泥脱水的机理和效果。最后,基于碳中和背景下,提出剩余污泥脱水前处理技术的发展方向,以期为污泥脱水工艺选择和研发提供有效的科学支撑。

关键词：污泥脱水污泥预处理剩余污泥污泥脱水技术