热处理对脱水污泥化学物质释放特性的影响研究(2)
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【摘要】由图1(b)可以看出, 在40 和50 ℃加热条件下, 溶液中硝酸盐氮浓度无明显变化, 表明在这2个温度下加热对污泥中硝酸盐氮的溶出无促进作用。 在60 和
由图1(b)可以看出, 在40 和50 ℃加热条件下, 溶液中硝酸盐氮浓度无明显变化, 表明在这2个温度下加热对污泥中硝酸盐氮的溶出无促进作用。 在60 和70 ℃条件下加热, 溶液中硝酸盐氮浓度在30 min 内显著增加, 但是此后直到150 min过程中变化不大。 而在80 ℃加热条件下, 却一直呈现增加趋势。 这说明只有较高温度才能促进污泥中硝酸盐氮的释放和溶出。
图1 不同温度热处理后氨氮、 硝酸盐氮和总氮浓度变化Fig. 1 Changes of ammonia nitrogen, nitrate nitrogen and total nitrogen concentrations by thermal treatment with varying temperatures
由图1(c)可以看出, 总氮变化基本反映了氨氮和硝态氮总和的变化趋势, 都随时间的延长而逐渐增加。 在40 和50 ℃加热条件下, 溶液中总氮浓度以及变化趋势一致, 随时间一直呈现增加趋势。而在60、 70 和80 ℃加热条件下, 溶液中总氮浓度更高, 150 min 时其质量浓度范围为59.4 ~64.7 mg/L, 且溶液中总氮变化趋势较为一致, 前30 min 总氮释放速率最大, 而后水体中总氮浓度随时间呈现微弱增加趋势。 同时, 通过计算可以看出, 溶液中总氮浓度要大于氨氮和硝酸盐氮的浓度之和, 表明热处理促进了污泥中有机氮的溶出和释放, 这与薛涛等[12]的研究结论一致。
污泥中的氮主要赋存于蛋白质中, 进一步研究发现, 污泥中氮的含量从高到低依次为蛋白质-氮、吡啶-氮、 铵态氮、 吡咯-氮, 其中蛋白质-氮的比例最大约占55%[13-14]。 热处理过程中从污泥絮体和细胞内溶解出的有机物发生水解, 生成溶解性中间产物, 并进一步转化为相对分子质量更小的化合物, 如有机酸、 氨和二氧化碳等[15-16]。 溶液中硝酸盐氮和氨氮的区别, 主要与2 种形态氮的基本特性有关, 后者受温度影响较大, 导致40 ~80 ℃加热条件都能促进污泥中氨氮快速溶出。 与此同时, 文献[17-18]研究表明, 污泥中氨气在60 ℃条件下开始有部分析出, 主要是因为污泥干燥过程中会产生一定量的氨气, 这可能是导致30 min 后各个温度加热处理下溶液中氨氮浓度变化较小的原因。 同时, 与氨氮含量相比, 溶液中硝酸盐氮含量较低,这表明污泥中以铵态氮存在形式的比例较高。
2.2 溶液中磷浓度变化
热处理对污泥中磷酸盐和总磷释放作用的影响如图2 所示。
图2 不同温度热处理后磷酸盐和总磷浓度变化Fig. 2 Changes of phosphate and total phosphorus concentrations by thermal treatment with vary temperatures
从图2 可以看出, 前30 min 各温度条件下污泥中磷酸盐和总磷均呈现较大的释放速率, 而后随着时间的延长, 释放速率变小, 溶液中磷浓度增加幅度较小。 从图2 可以看出, 加热对磷的释放有明显的促进作用, 磷酸盐浓度和总磷浓度变化较为一致, 且占比较大, 因此热处理释放的磷以磷酸盐为主, 也说明了温度是影响磷释放的一个重要因素。 污泥中磷主要以无机磷形态存在, 占污泥中总磷的61% 以上, 而有机磷含量较低, 仅为15%~35%[19]。 初始溶液中总磷的质量浓度为11.4 mg/L,而在150 min 时, 在40 和50 ℃加热条件下溶液中总磷的质量浓度为105.2 ~107.2 mg/L, 在60、 70和80 ℃加热条件下溶液中总磷的质量浓度为127.4 ~148.3 mg/L, 分析其原因可能是50 ℃加热条件只是促进了固体物质的溶解及污泥絮体的破碎, 还不足以使污泥中的磷快速溶出[10,16]。 尹晶[20]研究结果显示, 温度从60 ℃上升到80 ℃, 污泥中有机磷含量略有增加, 而无机磷含量不变, 这说明低温热处理经过初期增加后变化都很小。 薛涛等[12]研究发现, 最佳热处理温度为50 ℃, 处理1 h 后可以释放95% 的总磷(以正磷酸盐为主)。 本研究结果显示, 在40 ~80 ℃低温加热范围内, 污泥中无机磷的释放有限, 可能更高的温度才能加快蛋白质变性, 从而释放更多的磷[20]。
2.3 溶液中有机物浓度变化
热处理对污泥中SCOD 释放作用的影响如图3所示。
图3 不同温度热处理后SCOD 浓度变化Fig. 3 Changes of SCOD concentration by thermal treatment with varying temperatures
从图3 可以看出, 溶液中SCOD 的浓度随加热时间的延长而逐渐增大, 且不同温度对污泥中有机物的溶出和释放过程存在差异。 在40 和50 ℃加热条件下, SCOD 浓度在90 min 内的变化趋势一致,但此后, 50 ℃加热条件下SCOD 浓度增加幅度比40 ℃更大, 在150 min 时SCOD 质量浓度为1 228.9 mg/L。 而在60、 70 和80 ℃加热条件下, 溶液中SCOD 浓度在前30 min 内增加幅度较大, 而后呈现一个缓慢的增加趋势, 在150 min 时SCOD 的质量浓度为1 282.1 ~1 338.9 mg/L。 苑宏英等[10]研究表明, 加热1.5 h 溶液中SCOD 浓度才趋于稳定, 加热2 h 达到最大。 污泥中有机物主要是挥发性悬浮固体, 由细菌、 真菌、 原生动物等组成[16]。 因此随着温度的升高, 污泥中这些生物细胞膜结构首先会被破坏, 固体物质溶解, 接着RNA、 DNA 和细胞壁被破坏, 甚至发生蛋白质变性的现象, 导致溶液中SCOD 浓 度 呈 现 随 温 度 升 高 而 增 加 的 趋 势[16,20]。Do 等[21]研究表明, 在60 ~90 ℃条件下的热处理后, 污泥的生物降解效率提高了1.4 ~2.2 倍。 SCOD是污泥破解程度的重要指示指标, SCOD 浓度越高,污泥絮体破解越完全, 后续越易被生物利用[22]。
文章来源:《金属热处理》 网址: http://www.jsrclzzs.cn/qikandaodu/2021/0730/599.html
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