热处理对脱水污泥化学物质释放特性的影响研究(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】不同温度热处理后可溶性蛋白质的变化如图4所示。 图4 不同温度热处理后可溶性蛋白质浓度变化Fig. 4 Changes of soluble protein concentration by thermal treatment with
不同温度热处理后可溶性蛋白质的变化如图4所示。
图4 不同温度热处理后可溶性蛋白质浓度变化Fig. 4 Changes of soluble protein concentration by thermal treatment with varying temperatures
从图4 可以看出, 在40 和50 ℃加热条件下,前30 min 内增加的幅度比其他3 个温度下小, 150 min 时的可溶性蛋白质的质量浓度分别为745.3 和1 253.9 mg/L。 而在60、 70 和80 ℃加热条件下,溶液中蛋白质在30 min 内增幅较大, 此后随时间的延长呈现的增加趋势有所缓和, 仍然存在一定差异。 比如在最高温度为80 ℃的加热条件下, 溶液中蛋白质呈现持续的增加趋势, 150 min 时其质量浓度最高为1 935.8 mg/L, 且在80 ℃时蛋白质浓度要显著高于其他温度下。 这主要是因为不同的温度下细胞膜、 RNA、 DNA 等相继会被破坏, 随着温度进一步升高蛋白质也会发生变形, 而80 ℃导致更多的细胞膜被破坏, 更多的蛋白质释放到溶液中[16,20]。 因此, 80 ℃热处理条件下污泥中蛋白质溶出量最大, 使得溶液中蛋白质含量最高。
不同温度热处理后可溶性多糖的变化趋势如图5 所示。
图5 不同温度热处理后可溶性多糖浓度变化Fig. 5 Changes of soluble polysaccharide concentration by thermal treatment with varying temperatures
由图5 可以看出, 低温热处理时可溶性多糖的溶出并不明显, 40 和50 ℃加热时污泥的可溶性多糖溶出量很小, 使得水体中可溶性多糖的质量浓度在30 min 内增加幅度较小, 且随后时间基本保持在一个水平线上, 最终分别为439.2 和501.4 mg/L。 多糖主要由碳水化合物水解而来, 而在低温条件下多糖的热稳定性较高, 导致低温对污泥中多糖释 放 作 用很 有 限[22]。 60 和70 ℃加 热 处 理 时, 在30 min 时污泥可溶性多糖溶出量比40 和50 ℃加热处理时的多, 此后保持一个缓慢增加的趋势, 最终分别为1 645.1 和2 054.7 mg/L。 而在80 ℃处理温度下, 多糖释放速率与其他温度明显不同。 虽然在前30 min 内比在60 和70 ℃加热处理时的稍低,但此后持续保持较高的增加趋势, 其质量浓度最终为4 381.4 mg/L。 与可溶性蛋白质一样, 可溶性多糖的溶出量随着温度的升高而增加, 且两者密切相关。 研究表明, 污泥中蛋白质和多糖主要松散地分布在胞外聚合物层, 加热会导致污泥中细胞膜破裂和有机物释放, 并逐渐将大部分化合物分解为小分子化合物[15-16]。
2.4 热处理过程分析
污泥热处理后, 污泥中氮、 磷、 有机物均基本呈现加速释放的趋势, 其机理包括2 个过程: 固体物质和细胞絮体的破坏过程以及有机物的水解过程。热处理使得污泥中的微生物细胞表面首先被破坏,形态发生变化, 促进了污泥中大分子向小分子的转化, 使得细胞内某些物质溶解, 有机物得到有效水解, 溶液中SCOD、 蛋白质和多糖含量增加[23-24]。通常越高的温度和越长的处理时间更有利于有机物的溶出, 污泥中SCOD 的溶出量大小表征了污泥水解的效果好坏, 其溶出浓度代表着污泥当中整个有机物的溶出效果。 污泥细胞中的间隙水会转化为游离态的水, 这会大大改善污泥的脱水性能, 使其中难以去除的间隙水得到脱除, 有效地减小了污泥体积[23]。 热处理还促进了污泥中有机氮的溶出和释放。 同时, 污泥受热, 使得细胞膜破裂, 随着温度升高, DNA 和RNA 也相继被破坏、 水解, 向溶液释放出磷[24], 使得溶液中氮、 磷含量显著增加。 经热处理作用后, 污泥的可生化性能提高, 脱水性能提 高, 有 利 于后 续 消 化 效 率 和 产 气 量 的 提 高[1,9]。在实际应用过程中, 需要考虑加热成本支出与收益, 以本研究为例, 综合考虑氮、 磷、 有机物含量变化, 以60 ℃加热60 min 为最佳热处理条件。彭永臻等[25]基于改善污泥脱水性能进行类似研究,得出最佳热水解条件为70 ℃、 30 min 的结论。
3 结论
通过对某污水处理厂的脱水污泥进行加热处理, 研究发现热处理对污泥理化性能有较大影响,有利于后期污泥消化过程的进行和产气量的增加。
(1) 污泥热处理后, 脱水污泥溶液中氨氮和硝酸盐氮的增加主要集中在前30 min 内, 只有在80℃加热条件下硝酸盐氮才会保持持续增加。 热处理还促进了污泥中有机氮的溶出和释放。 在60 ~80 ℃加热后, 溶液中总氮质量浓度由原来的12.2 mg/L 增加到59.4 ~64.7 mg/L。
(2) 脱水污泥溶液中磷酸盐和总磷浓度与加热温度并不是呈现正相关关系, 在60 ~80 ℃加热条件下溶液中总磷质量浓度由原来的11.4 mg/L 增加至127.4 ~148.3 mg/L。
文章来源:《金属热处理》 网址: http://www.jsrclzzs.cn/qikandaodu/2021/0730/599.html
上一篇:含油污泥热处理技术研究进展
下一篇:酸碱热及碱热联合预处理对剩余污泥水解性能的