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Fenton对污泥脱水性的影响

摘要:Fenton对污泥脱水性的影响,随着城市污水处理厂处理规模的快速提升,污泥产量迅速增长。丰富的有机物及K、N、P等营养元素赋存于污泥中,故作为肥料施用于土地是污泥处

  伴随着大城市污水处理站解决经营规模的迅速提高,淤泥生产量快速提高。丰富多彩的有机化合物及K、N、P等微量元素赋存于淤泥中,故做为化肥施用以土地资源是污泥处理的理想化动向。可是,淤泥中带有多种多样有害物,尤其是重金属超标的存有,是限定淤泥的土地资源利用的关键缘故之一。

  除去淤泥中重金属超标的方式包含绿色植物修补法、电动式修补法、化学方法、微生物淋滤法等。在其中,微生物淋滤是一种运用嗜酸性硫链球菌等特殊微生物菌种以及新陈代谢物质的离子化功效,将固看中重金属超标分离出来萃取法至高效液相获得除去的技术性。此技术性具备反映标准柔和、环境保护、低成本的特性,近些年遭受学者的普遍关心。微生物淋滤高效率除受淋滤菌、栽培基质及实际操作标准等要素危害外,重金属超标有机化学形状也是决策其可否合理总混的首要条件。依据BCR次序获取法(黄土层重金属超标次序获取形状国家标准物质),重金属超标有机化学形状可分成弱酸性获取态(FA)、可复原态(FB)、可氧化态(FC)和沉渣态(FD),在其中,弱酸性获取态和可复原态重金属超标的迁移性和微生物实效性较强归属于不稳定态,可氧化态和沉渣态重金属超标的迁移性和微生物实效性较弱归属于平稳态。研究发现,重金属超标对自然环境的毒副作用和迁移性并不可以只根据重金属超标的成分来分辨,其微生物实效性和自然环境个人行为两者之间有机化学形状也拥有 不容忽视的联络。另外,重金属超标有机化学形状对微生物淋滤的实际效果也会造成明显危害。污泥处置全过程中,常选用不一样的有机化学方式来改进淤泥的脱水性、厌氧消化特点等以利于事后解决应急处置,重金属超标有机化学形状也会产生相对的转换。Fenton反映是运用Fe2 的催化反应使H2O2形成具备高反映特异性的羟基自由基(•OH),高效率溶解有机化合物、毁坏淤泥微生物菌种胞外高聚物,进而改进淤泥的脱干特性。Fenton的强氧化性必定会导致淤泥中重金属超标存有形状的转变,从而危害后续污泥处置应急处置全过程中重金属超标的微生物实效性和淋滤全过程中的除去高效率。

  本科学研究对于淤泥处理站高固含率淤泥,选用Fenton空气氧化对淤泥开展解决,调查解决前后左右淤泥中重金属超标有机化学形状转变状况,从而讨论Fenton解决对微生物淋滤全过程中重金属超标总混实际效果和污泥处理性的危害。

  一、试验原材料和方式

  1.1 试验用泥

  本研究室用淤泥源自天津某淤泥处理站热处理池,淤泥中的残渣与大细颗粒物经标准筛(30圆孔0.60mm)筛去后,剩下一部分在4℃标准下预留,基础特性见表1。

1.jpg

  1.2 氧化亚铁硫链球菌的塑造与聚集

  本科学研究应用的淋滤菌由天津某污水处理站浓缩池淤泥聚集提纯塑造个人所得。流程以下:

  (1)将十米L塑造菌苗的淤泥放置300mL已杀菌解决的9K液体培养基中,在控温震荡塑造器中塑造,塑造标准为32℃、125r/min,当细胞培养液色调变成棕红色而且氧化还原反应电位差(ORP)值超过1000mV时,终止塑造,开展(2)流程;

  (2)取1米L塑造菌液用超纯水系统逐步稀释液,稀释液至10−6,每一个梯度方向设定3个平行面;

  (3)在杀菌后的9K固体培养基平板电脑上匀称擦抹不一样稀释倍数的菌液各0.1mL,后退于32℃控温生化培养箱中颠倒塑造6~8d;

  (4)用无菌检测接种针挑取固体培养基平板电脑上已变成淡褐色的菌体于杀菌后9K液体培养基中聚集塑造,得到淋滤菌液。

  1.3 Fenton预空气氧化法联用微生物淋滤法试验

  取300mL原淤泥,用6mol/L硫酸溶液调整淤泥pH为4.00,依据早期科学研究結果,Fe2 泥量为1.00g/L,按质量比(H2O2/Fe2 )为6、9、12加药H2O2水溶液(各自用F6、F9、F12表明)解决碱化淤泥,常温状态混和充足反映1h后,各取50mL淤泥试品在5000r/min转速比下抽滤10min开展固液分离设备,将固态风干至恒重后开展重金属超标形状测量,每一组试验设定3组平行面。Fenton反映彻底后,在反映后淤泥中加上3.00g/LFe2 做为营养元素,打疫苗30%容积淋滤菌液开展淋滤试验,第二天开展pH、ORP值及其重金属超标成分测量。另外,在微生物淋滤全过程中测量淤泥的孔状吸湿時间(CST)、pH及ORP,每一组试验设定3组平行面,并开展空缺组对照组(不加药Fenton实验试剂,用F0表明)。

  1.4 剖析

  1.4.1 淤泥基本指标值测量

  选用净重测定方法淤泥TS、VS;选用电级测定方法pH和ORP;选用CST孔状吸湿時间检测仪测量CST。

  1.4.2 重金属超标成分及形状剖析

  淤泥试品在5000r/min转速比下抽滤10min开展固液分离设备,将固态风干至恒重。取风干后的淤泥试品0.20g添加1mL30%H2O2和6mLHNO3,微波加热消除35min;选用电感器藕合等离子技术质谱仪器(ICPMS,Agilent7700)对消除液开展重金属超标成分测量;选用改善的BCR次序获取法对重金属超标形状开展测量。

  1.5 动力学方程

  运用动力学方程,点评Fenton对重金属超标总混实际效果的的危害。对动力学方程7.jpg積分得9.jpg,在其中,k为金属材料助溶速率常数,d−1;Ms为淤泥中重金属超标的原始品质,mg;M为高效液相中重金属超标的品质,mg;t为微生物淋滤時间。

  二、結果与探讨

  2.1 不一样H2O2泥量的Fenton解决淤泥微生物淋滤全过程ORP和pH的转变

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  pH和ORP是定性分析微生物淋滤全过程的重要主要参数,可体现嗜酸硫链球菌等作用微生物菌种的新陈代谢特异性。不一样泥量H2O2的淤泥Fenton解决后,微生物淋滤全过程中pH和ORP的转变状况如图所示1所显示,F0、F6、F9、F12的pH各自由4、3.7、3.7、3.5降到2.22、2.21、2.17、2.04。Fenton解决后淤泥淋滤起止pH较低,是由于Fenton解决环节Fe3 的水解反应产酸功效,在淋滤全过程中pH的减少很有可能存有两层面缘故,一方面是在微生物淋滤全过程中,金属硫化物空气氧化产酸,另一方面是Fe3 水解反应产酸及与淤泥中的K 反映形成黄钾铁钒。由图1能够看得出空缺组pH较F6、F9、F12的降低速度快,是由于在Fenton解决环节的强化学作用将淤泥中较平稳的可氧化态重金属超标(关键为硫酸盐)空气氧化,促进一部分重金属超标从淤泥中总混,使淤泥中金属硫化物降低,淋滤全过程中产阶层酸量少。

  ORP和pH的趋势分析反过来,这与很多微生物淋滤试验得到的結果一致。ORP扩大是因为Fe2 根据微生物菌种化学作用空气氧化为Fe3 。F0、F6、F9、F12的ORP各自由−54.4mV、61mV、203.8米V、333.2mV转变至598米V、598.1mV、596.2mV、593.4mV,空缺组和对照组最后的ORP均在600MV上下。pH降低和ORP的升高是微生物淋滤全过程中淋滤菌一切正常生长发育的标示,Fenton解决未对淋滤菌特异性导致显著危害。

  2.2 不一样H2O2泥量Fenton解决对污泥处理性的危害

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  Fenton实验试剂解决淤泥可促进淤泥中胞外高聚物(EPS)破译,进而提升 淤泥的脱干特性。如图2所显示,空缺组原始淤泥CST为98.70s,加药6g/L、9g/L、12g/LH2O2反映后,淤泥CST降至51.70s、29.50s、22.60s,Fenton解决明显改进了淤泥的脱干特性,而且污泥处理特性随H2O2泥量提升而提升 ,预备处理后淤泥的脱干特性为F12组>F9组>F6组>F0组。在微生物淋滤全过程中,试验中的污泥处理性均在第7天实际效果最好是。微生物淋滤还可以明显改进淤泥的脱水性,微生物空气氧化造成的Fe3 的斜板沉淀池功效可能是微生物淋滤改进污泥处理特性的关键缘故。试验中的淤泥孔状脱干時间在第5天逐渐贴近,第7天以后,每组淤泥的孔状脱干時间维持相仿并平稳不会改变,因而,Fenton预备处理对微生物淋滤后淤泥的最后脱干特性沒有显著的改进。缘故可能是,淤泥中一定量存有的EPS是污泥处理性较弱的关键要素,而Fenton空气氧化和微生物淋滤均能够促进EPS合理破译,促使污泥处理特性变好,因为Fenton空气氧化全过程较强烈,短期内内就可以破译EPS改进污泥处理性,但并不会明显增强淤泥最后的脱干特性。

  2.3 不一样H2O2泥量Fenton解决对淤泥重金属超标形状的危害

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  Fenton解决淤泥前后左右重金属超标形状转变如图所示3所显示。因F12对照组H2O2泥量较高,淤泥pH降到3.5上下,重金属超标在解决后很多浸取,剖析Fenton解决对淤泥重金属超标形状危害时,不考虑到F12对照组。F9对照组中,重金属超标Zn、Cd、Mn的不稳定态各自由37%、84%和79%升高至90%、93%和84%,Ni各有机化学形状未产生显著转变;F6对照组中,重金属超标Zn、Mn的不稳定态各自由37%、79%升高至89%、81%,Cd、Ni各有机化学形状所占占比均未产生显著转变。不稳定态所占占比提升 的关键缘故一是Fenton的强氧化性促使重金属超标的可氧化态与沉渣态一部分总混。二是可氧化态Zn和Mn一部分以有机化合物结合态的方式存有于淤泥中,淤泥EPS中的腐植酸和富里酸能够络合作用重金属离子,Fenton解决的酸碱性自然环境和还原性会毁坏EPS,使重金属超标Zn和Mn一部分总混及向不稳定态转换。在F6及F9试验中,Ni平稳态所占占比均未产生显著转变,但从肯定成分上考虑到,Ni的可氧化态各自从25.64mg/kg降至23.53mg/kg与17.72mg/kg,相比于别的重金属超标,Ni的可氧化态所占占比在Fenton解决后转变较小,关键缘故可能是重金属超标可氧化态包含有机化学结合态和硫酸盐结合态,经空气氧化解决后转移转换方式不一样。而Cd转变比较显著,对比于F6对照组在F9对照组造成的pH及ORP标准下,Cd的平稳态显著总混。

  Fenton预备处理全过程推动了淤泥中重金属超标FC和FD向FA和FB开展转换,而重金属超标FA和FB在事后的微生物淋滤全过程中较可溶出,理论上能够提升 淤泥中重金属超标的总混高效率。

  2.4 不一样H2O2泥量Fenton解决后淤泥微生物淋滤重金属超标总混

  在微生物淋滤前期(3d),F0、F6及F9组pH减少至3.50,ORP升高至200mV之上。研究表明,ORP是危害重金属超标淋溶实际效果的关键因素,伴随着淤泥ORP的上升,金属硫化物被氧化为硫氰酸钾而融解出去,而且淤泥ORP、pH做到200mV和小于4.00时,可氧化态金属材料转换成离子态而总混,因而,重金属超标Zn、Cd、Mn、Ni中弱酸性获取态、可复原态和可氧化态成分很多总混,进而展现迟缓降低直到相对性稳定情况,见图4。针对F12对照组来讲,在微生物淋滤全过程中,重金属超标Zn、Cd成分未发觉有显著转变,展现稳定情况,重金属超标Mn、Ni成分仅有小幅度减少。Fenton处理方式中,碱化功效使重金属超标向弱酸性获取态的方式转换,而造成的还原性很强的•OH能将淤泥中较平稳的可氧化态和沉渣态存有的重金属超标空气氧化,使其释放出来到高效液相。因而,针对关键以不稳定态存有的重金属超标Zn、Cd、Mn、Ni来讲,Fenton预备处理大部分将重金属超标可溶出一部分总混,不容易浸取一部分在微生物淋滤全过程中一部分浸取。微生物淋滤完毕后,空缺组重金属超标Zn、Cd、Mn、Ni成分由3451.52mg/kg、6.45mg/kg、443.40mg/kg、94.96mg/kg降到590.53mg/kg、1.49mg/kg、205.09mg/kg、30.19mg/kg,而F9对照组各自减少至376.74mg/kg、1.10mg/kg、141.66mg/kg、21.77mg/kg,比独立微生物淋滤解决淤泥重金属超标残留量各自减少了36.20%、26.17%、30.92%和27.89%。

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  F6对照组H2O2泥量较低,微生物淋滤后重金属超标成分较F0组相仿或略微减少;F9对照组泥量适合,微生物淋滤后重金属超标成分较空缺组显著降低,Fenton处理方式增加了其在微生物淋滤全过程中的总混;F12对照组加药过多,Fenton强氧化性导致绝大多数重金属超标在预备处理环节就总混至高效液相,微生物淋滤全过程未具有关键总混功效。总的来说,选用适度H2O2泥量的Fenton解决淤泥,有益于微生物淋滤全过程中4种重金属超标的总混。

  2.5 动力学模型

  表2为选用动力学方程测算的不一样微生物淋滤全过程中获得的金属材料总混速率常数。

6.jpg

  如表2所显示,线形回归系数(R2)均很大,根据速率常数(k)得知,微生物淋滤全过程中Zn、Cd、Mn、Ni这4种重金属超标在不一样H2O2泥量Fenton解决后淤泥中总混速度排列为F12<f0<f6<f9。4种重金属超标在f9对照组微生物淋滤全过程中的总混速度排列为mn<cd<zn<ni,即在同一fenton预备处理试验标准下,该试验淤泥中mn、cd、zn、ni这4种重金属超标总混的难度系数水平为mn<cd<zn<ni。k不但与重金属超标原始成分相关,还很有可能与原始ph及orp相关,ni的k值的关键影响因素很有可能为原始ph及orp,在4种重金属超标中,尽管ni原始成分并不是最大,但在f9对照组造就的原始ph及orp标准下ni总混更快。zn因为原始成分远高于mn与cd,k值排在mn与cd以前。cd的k值关键影响因素与ni的类似,但因为cd原始成分较低,一定水平上限定了cd的总混速度。f12组k值低于f9组缘故为在fenton解决环节,4种金属材料就贴近总混的阀值,后续微生物淋滤全过程对重金属超标除去奉献较少。故从一阶动力学模型层面考虑到,本科学研究中f9对照组fenton解决标准有益于淤泥重金属超标的总混。

  三、结果

  (1)Fenton反映和微生物淋滤均可改进淤泥的脱干特性,Fenton解决可在短期内内快速减少淤泥的CST,但对微生物淋滤后最后的污泥处理性沒有明显提高功效。

  (2)Fenton解决后,淤泥中重金属超标Zn、Cd、Mn、Ni形状产生转移转换,弱酸性获取态和可复原态占比有一定水平的提高,后续微生物淋滤全过程污泥负荷显著提高,因为Fenton解决对EPS的毁坏和一部分平稳态重金属超标的总混功效,Fenton 微生物淋滤解决后淤泥中重金属超标含量和微生物实效性大幅度降低。

  (3)重金属超标形状剖析及一阶动力学模型科学研究表明Zn、Cd、Mn、Ni这4种重金属超标的总混速度为Mn<cd<zn<ni,且适度的fenton解决有益于提高重金属超标微生物淋滤总混高效率。(来源于:天津城建高校自然环境与市政工程工程学校;天津水体科学与技术重点实验室;天津市创业环保集团有限公司有限责任公司)

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作者: 三六五环保公司

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