基于过一硫酸盐的高级氧化技...市政污泥脱水性能的影响研究_周钲.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .基于过一硫酸盐的高级氧化技术调理市政污泥脱水性能的影响研究周 钲，罗福钰，李 楠，林 珊，刘细祥，梁丽营（华鸿水务集团股份有限公司，广西 南宁；广西民族大学材料与环境学院，广西先进结构材料与碳中和重点实验室，广西高校环境友好材料及碳中和新技术重点实验室，土壤与地下水环境研究中心，广西 南宁）摘 要：采用基于过一硫酸盐（）的高级氧化技术对市政剩余污泥进行调理，以污泥比阻（）和泥饼含水率作为评价指标，研究了过 投加量、四氧化三铁（）：的摩尔比例、投加量、反应时间、反应体系初始 等因素对污泥脱水性能的影响。结果表明，当 投加量为 、投加量为 、:的摩尔比为.、反应时间为、体系初始 为 时，污泥的含水率和 最低，分别为.和.。基于过一硫酸盐的高级氧化技术可以有效改善污泥的脱水性能。关键词：高级氧化技术；污泥调理；磁性生物炭；过一硫酸盐中图分类号：文献标志码：文章编号：（）第一作者：周钲（），男，工程师，主要从事污泥脱水方向。通讯作者：梁丽营（），女，讲师，主要从事水污染控制方向。，（.，.，；，）：（），（）.，:.，.，.：；随着城市化进程加快，我国城市污水处理厂的污泥产量不断增多，据统计，年我国含水率 的污泥产量已超过 万吨，预计 年我国污泥年产量将突破 万吨。随着国家污染攻坚战的推进，我国污水处理率已超过，但是污泥无害化处置率不足，依然存在“重水轻泥”的现象。剩余污泥中含有大量的无机颗粒、有机颗粒、菌胶团、单个细胞及丝状菌等物质，其中也会存在大量重金属、病原菌及其他有害物质等，这些物质主要分布在由胞外聚合物（）构成的网状结构中，具有胶体稳定性。剩余污泥的特点是产量高、含水率高（以上）、处理处置费用高（占污水处理厂运行成本 左右）、二次污染风险高，因此对于剩余污泥的减量化、无害化处理与处置迫在眉睫，已成为污水处理厂亟需解决的问题。此前传统污泥的处理处置是直接使用混凝剂或絮凝剂的单一方法进行机械调理污泥，污泥内的胞外聚合物无法破解，脱水效率不高，以及存在运行成本高昂的缺点。而后许多环境科研工作者开发了污泥的调理方法，主要有微波超声调理、水热处理、电氧化技术、芬顿 类芬顿氧化技术、紫外光催化氧化技术、臭氧氧化技术、生物法（添加溶菌酶、微生物）、高级氧化技术等。高级氧化技术是通过产生强氧化性的自由基第 卷第 期周 钲，等：基于过一硫酸盐的高级氧化技术调理市政污泥脱水性能的影响研究 等活性物种将有机污染物分解成小分子物质，或者将其分解为二氧化碳、水和无机物。这些方法技术或多或少存在一些局限性，因此研究者们将热点转移到了活化过硫酸盐高级氧化技术上。基于过硫酸盐的高级氧化技术其原理是通过能量或过渡金属活化过一硫酸盐（）或过二硫酸盐（）产生同活性的硫酸根自由基（），与 相比，结构不对称，更易被活化产生，因此有更好的应用前景，降解有毒有害污染物。因其具有效率高、反应迅速、投加简便等优势，降解污染物得到了广泛应用，但是对于污泥脱水处理领域中的应用仍较少。因此，本研究使用基于过硫酸盐的高级氧化技术，产生破解污泥内的，结合生物炭构建大孔隙的骨架，促使污泥内难以处理的内部水释放，从而提高污泥的可压缩性，提高脱水性能。本研究以毛细吸水时间、污泥比阻和泥饼含水率作为评价指标，研究了过硫酸盐的高级氧化技术调理污泥的主要因素（投加量、:比例、投加量、反应时间、反应体系初始）的影响，探讨高级氧化技术对污泥深度脱水性能的改善效果。本研究以期为污泥调理提供参考依据及储备理论数据。材料与方法.实验材料实验用药品主要包括、。所用药品均为分析纯。污泥样品取自南宁市某污水厂二沉池末端剩余污泥。污泥取回后保存在 冰箱中，并尽快使用。在进行试验和测定前充分搅拌污泥样品使其达到均质状态。取至二沉池污泥沉淀 后的污泥基本数据见表。表 实验剩余污泥的基本性质 参数数值.（）（）.含水率.实验方法取 污泥样品分别放到 个 烧杯中，分别标记，采用稀 和 调节污泥的。在每个烧杯中依次添加、，然后使用电子搅拌设备搅拌，反应一定时间后，取出测定污泥比阻和污泥含水率。.测定指标及方法实验主要分析、污泥含水率、指标，其中 采用英国 污泥毛细吸水时间测试仪测定；采用 型 计（天津盛邦）测定；采用 比阻测定仪（上海同广）测定；含水率采用重量法测定，取污泥样品置于布氏漏斗内，经过抽滤后，将泥饼取出置于蒸发皿内，于烘箱 恒温干燥至恒重。结果与讨论.不同研究体系对污泥脱水性能的研究为验证不同体系对污泥的脱水性能，分别对比了原泥（）、单一、单一、体系的脱水效果。投加量为 ，投加量为 ，摩尔比为.，作体系对比实验，考察污泥的脱水性能，结果如图 所示。图 不同体系下对市政污泥脱水性能的影响.从图 可以看出，体系对污泥的脱水效果最佳，污泥的、和含水率均优于单独的、处理，最终污泥的含水率降为.，单一的絮凝处理对污泥脱水性能的提升能力有限。然而，预处理，可通过体系产生的 自由基的强氧化作用裂解 刚性结构并释放蛋白质、多糖，可进一步通过络合作用加速与释放出来的蛋白质和多糖的分离，促进污泥结合水的释放。然后，被破解的 呈流动状态，添加 后对污泥可形成支撑作用，产生更大的孔隙，让更多的结合水释放出来。.:摩尔比对污泥脱水性能的影响为探讨:摩尔比对污泥脱水性能的影响，将:摩尔比设定为.、.、.、.、，不同摩尔比下污泥脱水效果如图 所示。图 不同摩尔比的:对污泥脱水性能的影响.:从图 可以看出，随着:摩尔比的增加，污泥 广 州 化 工 年 月的脱水效果越来越好，污泥的含水率及污泥比阻也逐渐降低，在摩尔比为.时效果最好，污泥含水率为.。而后摩尔比的增加也没有提高脱水效果，污泥的含水率及比阻都开始上升。这是由于随着 及 的投加量增加，体系中 含量随之增加，活化 产生的 也增多，氧化能力变强，更多的 刚性结构被破坏分解为细小的絮体，释放更多的结合水，上的负电荷官能团与 接触的比例增加，因此 及含水率进一步降低。.氧化体系的反应时间对污泥脱水性能的影响将体系的反应时间设定为、，:摩尔比设定为.、投加量 ，探讨反应时间对污泥脱水性能的影响，结果如图 所示。图 反应时间对污泥脱水性能的影响.从图 可以看出，反应体系随着时间的推移，反应效果并不是越来越好，而是在 时反应已基本完成，此时污泥的脱水效果最好，含水率降低为.。这表明 催化 产生 的速率较快，破解 的速度随之加快，氧化反应迅速完成。.投加量对氧化体系脱水性能影响为探讨 投加量对污泥脱水性能的影响，反应体系中加入 基础摩尔比为.的。投加量设定为、，不同 投加量下的污泥脱水效果如图 所示。图 投加量对污泥脱水性能的影响.从图 可以看出，随着 投加量的增加，污泥比阻及污泥含水率逐渐降低随后上升，在 投加量为 时，脱水效果最好，污泥含水率降低为.。增加 的投加量会提高氧化体系中 的含量，进而提高氧化能力，促进更多 的破解，释放更多的内部水。进一步提高 的投加量，含水率和 会升高，不利于污泥脱水。这可以解释为与破解出来的蛋白质和多糖已经吸附饱和，无法促进更多的结合水释放。继续加大 投加量使得短时间内产生过多的，发生自由基相互反应，体系的氧化能力减弱，不利于污泥脱水。.氧化体系初始 对污泥脱水性能的影响为探讨反应体系初始 对污泥脱水性能的影响，取 污泥样品到 烧杯中，用.和 调整污泥初始。加入 为基础摩尔比为.的 及。投加量设定为 ，不同 下对污泥脱水性能的效果如图 所示。从图 可以看出，随着初始 的增加，污泥的含水率逐渐降低后升高，反应体系的强酸或者强碱条件下的氧化效果均不理想，而在 为 时，污泥的脱水效果最好，污泥含水率为.。这可能是由于过酸条件下，会产生沉淀，减少了 的含量，则无法活化 产生大量的，因而氧化能力减弱。图 反应初始 对污泥脱水性能的影响.结 论采用基于过硫酸盐的磁性生物炭复合材料的高级氧化技术对污泥进行调理，反应最佳条件为 的，与摩尔比为.，的投加量为 ，反应时间为，为，可有效改善污泥脱水性能，调理后的污泥含水率降低为.。增加 与 的投加量可提高反应体系的氧化能力，促进 的破解，但继续加大投加量使得短时间内产生过多的，自由基之间相互反应，氧化能力减弱，不利于污泥脱水。参考文献 戴晓虎.我国污泥处理处置现状及发展趋势科学，（）：，.林凤.胞外聚合物对污泥深度脱水性能影响及水分迁移转化机制的研究广州：华南理工大学，.，.（）.，：.（下转第 页）广 州 化 工 年 月识相关的案例故事。引人入胜的故事背后蕴含的道理，在老师的娓娓道来中，潜移默化地根植在学生心中，改变了以往枯燥沉闷的学习气氛，使得课程更加贴近生活，更加充满活力。二、听过教师讲解后，学生们更加愿意去探索生活。在实验课后，很多学生自发地前往实验室进行自主实验环节，由此可见学生在实验教学后受到了良好的启发。三、通过考核结果发现，围绕课程的思政内容考核良好。有关于实验室安全内容、职业操守与精神、前沿学科发展认知、自然资源保护等方面的讨论，大部分学生们都能创造性地提出自己的观点。当然，仪器分析实验课程思政建设的起步阶段，依然存在一些问题值得改进。比如专业教师对思政的认识还不够深入，短期内，课程思政的教学有生搬硬套的缺点；实验课程本身内容繁多复杂，课时紧张，有些专任教师在规定时间内完成教学尚且吃力，没有过多时间投入课程思政建设或者教学中。今后仍需在配套的人才培养大纲、课程大纲、教案设计等教学材料中，进一步修改并增加思政的内容。而做好这些工作都需要所有教师的共同努力。结 语仪器分析实验是一门理工科属性很强的专业基础课，在紧密围绕人才培养方案的教学要求下，有意识、有计划、有步骤地将思政元素融入到教学内容中；将社会主义核心价值观融入课堂，培养学生的职业道德素养、食品安全责任意识和保护自然环境的责任担当。基于应用型大学的办学目标和要求，在全面推进高校课程思政的背景下，以仪器分析实验为例，探索仪器分析实验课程思政的教学新思路。分别就提高教师思想政治水平的方式方法、引用课程思政的案例提升课程质量、课程考核方法与评价等方面做出探索和实践。将思政元素融入实验教学的全过程，以期在现有教学条件下提高教师和学生的思政水平，开拓学生的创新思维，坚定学以为用的观念，培养学生良好的职业素养等。参考文献 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调：把思想政治工作贯穿教育教学全过程，开创我国高等教育事业发展新局面人民日报，.习近平主持召开学校思想政治理论课教师座谈会新华社，.教育部关于印发高等学校课程思政建设指导纲要的通知：.刘春宇，王绍岩，徐抒平，等.食品中苏丹红和辣椒红的表面增强拉曼散射（）光谱与激发发射矩阵荧光光谱鉴别高等学校化学学报，（）：.王重洋，王宁，吴琼，等.基质固相分散超快速液相色谱测定山楂片中的 种苏丹红染料分析化学，（）：.仲科.水体中重金属离子危害及检测方法研究山西化工，（）：.（上接第 页），.，（）：.，.，（）：.徐文迪，常沙，明铁山，等.基于硫酸根自由基（）的污泥预处理技术环境工程学报，（）：.，.，：.，.（），：.，.，（）：.，.（，）（）.，：.，.（）.，（）：.，.，：.占鹏，孙微，廖小龙，等.活化氧化体系处理垃圾渗滤液实验研究水处理技术，（）：.