酸碱热及碱热联合预处理对剩余污泥水解性能的(2)
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【摘要】以上指标分析方法具体操作均可参考国家环保局颁布的《水和废水监测分析方法》(第四版)。 2 结果与分析 2.1 酸碱预处理 图1 为污泥经酸碱预处理后上
以上指标分析方法具体操作均可参考国家环保局颁布的《水和废水监测分析方法》(第四版)。
2 结果与分析
2.1 酸碱预处理
图1 为污泥经酸碱预处理后上清液中SCOD和TSS 的浓度变化图。 由图1 可以看出,SCOD 释放量随着污泥酸性或碱性的增强而增大,但碱性条件下SCOD 的释放量明显高于酸性条件。 强碱pH=13时SCOD 浓度最大,为2507 mg/L,是未处理前的22倍;强酸pH=1 时SCOD 的浓度仅为395 mg/L,是未处理前的3.5 倍。 图1 中TSS 的变化趋势与SCOD的变化趋势相反,并在强碱条件下降低更显著;pH=13 时TSS 浓度最小,是未处理前的67.12%。酸碱预处理能促进污泥中颗粒态有机质向溶解态有机质的转化[5]。 酸预处理可以将难溶的大分子聚合物分解成可溶的有机单体或小分子聚合物[7]; 碱预处理可以促进污泥水解,pH 值的增加改变了污泥中微生物细胞渗透压,使得细胞破壁和胞外聚合物 (EPS) 的溶解,进而更易增加细胞内SCOD 的 释 放[6]。
图1 酸碱预处理对SCOD 和TSS 的影响
图2 为污泥经酸碱预处理后上清液中、TN 和 TP 的浓度变化图。 由图 2 可以看出,、TN 和TP 的释放量总体均随着酸碱的增强而增大。对于TN 而言,碱处理的增长幅度明显大于酸处理增长幅度,且 pH=13 时 TN 达到 321.20 mg/L,而此时较小,为55.74 mg/L。 碱处理使污泥的絮体结构和细胞结构同时遭到破坏,一方面胞外聚合物中蛋白质水解成溶解态含氮有机物,另一方面胞内储存的有机氮大量释放,从而使得TN 浓度随着pH 的增加逐渐上升。 对于而言,强碱处理条件下(pH=12、13)浓度明显降低,原因可能是部分铵根离子在高碱性条件下转化为氨气[9],也可能是发酵液中的铵根离子、磷酸根离子与污泥释放的金属离子(如 Mg2+、Ca2+)结合成难溶沉淀物质而降低了氨氮的含量[17]。 晏波等[18]、Cokgor 等[19]指出:溶液中氮与磷的摩尔比大于1.1~1.6 时有利于沉淀物质的生成。 酸碱处理液中氮与磷的摩尔比约为2.7~6.0,因此有利于沉淀物质的生成。 对于TP 而言,pH=2 和 pH=12 时 TP 浓度分别为 75.15 mg/L 和63.01 mg/L,且碱性条件下TP 增长幅度小于酸性条件,这与陈汉龙等[6]的研究结果相似,即污泥在破解过程中产生的 Ca2+、Mg2+、Fe2+等金属离子在碱性条件下更易和结合生成沉淀,使得碱性条件下TP 浓度低于酸性条件。
图2 酸碱预处理对、TN 和TP 的影响
2.2 热及碱热联合预处理
图3 为低热和碱热联合预处理后上清液中SCOD 和TSS 的浓度变化图。 由图 3 可以看出,随着温度的升高,低热预处理后SCOD 浓度总体呈上升趋势,但在80 ℃时出现下降拐点,随后又逐渐升高,并在100 ℃时达到最大,此时SCOD 浓度是未处理前的38 倍。 热处理可以使有机大分子物质的化学键断裂,进而溶解污泥中胞外聚合物和释放胞内有机物,从而实现COD 增溶[20]。 相比于酸碱预处理,低热预处理后SCOD 浓度总体较高,其相对于未处理前的最小比值是5,与pH=11 时的值大致相同。碱热联合预处理对污泥中SCOD 的释放具有较好的协同促进作用,但在70 ℃和80 ℃时明显降低,随后呈上升趋势,在pH=13、90 ℃时达到最大,是未处理前的44 倍,分别是单独酸碱预处理和热预处理SCOD 最大值的1.98 倍和1.15 倍。
图3 热及碱热联合处理对SCOD 和TSS 的影响注:图中 SCOD-热、SCOD-碱热、TSS-热、TSS-碱热分别表示热预处理和碱热联合处理后上清液中SCOD 和TSS 浓度。
低热预处理后,TSS 浓度随温度升高总体呈下降趋势,并在100 ℃时达到最小值。 碱热联合预处理后TSS 浓度与SCOD 浓度变化基本一致,且TSS/SCOD 的最小比值为0.57,而酸碱预处理和低热预处理后TSS/SCOD 的最小比值分别为1.95 和2.05,表明碱热联合预处理可以显著降低TSS 浓度,促使污泥中颗粒态有机质更好地向溶解态有机质转变[21],并在一定温度条件下,碳水化合物水解为小分子的多糖或单糖,蛋白质水解成多肽、二肽、氨基酸等[22],促使TSS 向 SCOD 转变。
图4 和图5 分别为污泥经低热和碱热联合预处理后上清液中、TN 和TP 的浓度变化图。由图4 可以看出,和TN 浓度随温度升高而增大,并于80 ℃时出现最大值,随后二者出现下降趋势,原因可能是温度过高使得铵根离子转化为氨氮析出所致。 低温预处理时在0.19~0.27 之间,未处理前为0.80,表明水解液中的氮主要以有机氮的形式存在,即加热处理促进了蛋白质的水解。由图5 可以看出,碱热联合预处理后污泥上清液中和TN 浓度变化相对比较平缓,且其值均较热处理时要小。浓度明显降低,可能是高温及强碱(pH=13)的双重作用加剧了氨氮的挥发,也可能是污泥中促进氨氮生成的一些水解酶(如蛋白酶、肽酶等)活性受到抑制所致。 Zhang 等[20]研究氢氧化钠和热处理对脱水活性污泥增溶及厌氧消化的影响,认为pH 升高是污泥中氨氮浓度降低的原因。
文章来源:《金属热处理》 网址: http://www.jsrclzzs.cn/qikandaodu/2021/0730/600.html