碱渣强化剩余污泥厌氧消化及对重金属稳定性影响的研究

摘要

剩余污泥厌氧消化是一种绿色、资源化处理技术。目前，常采用NaOH、Ca(OH)2等碱性试剂预处理方法提升剩余污泥厌氧消化速率，但存在处理成本高、污泥脱水性能恶化等问题。碱厂碱渣作为氨碱法工艺中的副产物，具有产量大、含水率高、碱性强及难处理等特点。因此，需开发一条合理利用途径对碱渣进行妥善治理。论文主要采用碱渣强化剩余污泥厌氧消化水解产酸，同时实现两种固体废物的处理处置及资源化利用。 论文研究了碱渣煅烧温度和投加量对剩余污泥厌氧消化的影响。研究结果表明，碱渣煅烧温度越高，消化系统初始pH越高，越有利于剩余污泥的消化水解。经800℃煅烧碱渣投加后对剩余污泥厌氧消化过程中SCOD的溶出量和VFAs的产量达到最高，分别为3450和1798.6 mg/L;继续升高煅烧温度对产酸量没有提升效果。投加AR800，污泥的脱水性能恶化，但恶化程度不是特别明显，原因是碱渣中存在Ca2+与污泥絮体间起到了架桥的作用。因此，选择800℃作为碱渣最佳煅烧温度，改变其投加量观察对剩余污泥厌氧消化的影响。当投加量为0.35 g/g VSS时，最高产酸量可达2177.4 mg/L，脱水性能稍变差，消化液中PO43-维持在较低水平，有利于消化液的回用。当投加量达到0.75g/g VSS时，产酸量没有继续提升，而污泥含固量高于原污泥，不符合污泥处理减量化处理原则，因此选择0.35 g/gVSS作为碱渣最适投加量。在此研究条件下，进一步对碱渣强化剩余污泥厌氧消化作用机制进行说明。碱性环境下污泥的水解作用大于絮凝作用，有利于污泥厌氧消化水解产酸;反之，有助于污泥脱水性能的改善。同时，投加AR800后消化系统中易被微生物降解的有机物含量明显增多，并有利于Firmicutes，Acidobacteria，Planctomycetes等水解酸化功能菌属比例的增加。 以剩余污泥中Zn、Cu、Cr和As这四种重金属为考察对象，研究碱渣对剩余污泥厌氧消化过程重金属的稳定性影响。研究结果显示，投加碱渣后消化污泥中各重金属稳定态含量增加。当达到厌氧消化第7d，其Zn、Cu、Cr和As稳定态含量最高，分别为69.25％、94.49％、98.74％和97.27％。当AR和AR800投加量分别为2％、5％和8％时，污泥中重金属形态分布差异不大，选择2％作为最适投加量。消化后污泥中Zn、Cu、Cr和As不稳定态与稳定态的比值分别从2.17、0.35、0.08和0.16降低至0.69、0.04、0.02和0.05。因此，碱渣投加后能在一定程度上有效降低重金属的潜在迁移能力，原因是碱性物质的存在增加了消化污泥表面电荷，促使重金属更稳定存在于污泥厌氧消化过程中。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1剩余污泥概述

1．1．1剩余污泥的产生及危害

1．1．2剩余污泥的处理处置

1．2剩余污泥厌氧消化技术

1．2．1剩余污泥厌氧消化机理

1．2．2剩余污泥厌氧消化影响因素

1．2．3剩余污泥厌氧消化研究现状

1．2．4剩余污泥厌氧清化中重金属形态变化的影响

1．3碱渣概述

1．3．1碱渣的产生及危害

1．3．2碱渣的综合利用

1．4研究目的与研究内容

1．4．1研究目的

1．4．2研究内容

1．4．3技术路线

2实验材料与方法

2．2实验试剂与仪器

2．3实验方法

2．3．1剩余污泥厌氧消化实验方法

2．3．2消化过程重金属稳定性研究试验方法

2．4分析项目与检测方法

2．4．1碱渣表征方法

2．4．2 SCOD的测定

2．4．3 VFAs的测定

2．4．4可溶性蛋白的测定

2．4．5可溶性多糖的测定

2．4．6胞外聚合物(EPS)的测定

2．4．7三维荧光光谱的测定

2．4．8微生物群落结构的测定

2．4．9重金属的提取和测定

2．4．10其他常规指标的测定方法

3碱渣对剩余污泥厌氧消化水解产酸的过程的影响

3．1引言

3．2．1碱渣煅烧前后组成成分的变化

3．2．2碱渣煅烧前后微观结构的变化

3．2．3碱渣煅烧的热重分析图

3．3碱渣煅烧温度对剩余污泥厌氧消化过程的优化

3．3．1碱渣煅烧温度对厌氧消化水解过程的影响

3．3．2碱渣煅烧温度对厌氧消化产酸过程的影响

3．3．3碱渣煅烧温度对厌氧消化氮磷释放的影响

3．3．4碱渣煅烧温度对消化污泥脱水性能的影响

3．5碱渣投加量对剩余污泥厌氧消化过程的优化

3．5．1碱渣投加量对有机物溶出的影响

3．5．2碱渣投加量对产酸及组分变化的影响

3．5．3碱渣投加量对pH的影响

3．5．4碱渣投加量对消化过程氮磷释放的影响

3．5．5碱渣投加量对消化污泥后续处理的影响

3．4碱渣优化剩余污泥厌氧消化的机理探究

3．4．1消化过程pH的变化

3．4．2胞外聚合物(EPS)的分布

3．4．3有机物的荧光光谱分析

3．4．4微生物群落结构变化

3．6本章小结

4碱渣对剩余污泥厌氧消化过程重金属稳定性研究

4．1引言

4．2碱渣投加量对污泥厌氧消化前后重金属形态分布的影响

4．2．1消化前重金属形态分布

4．2．2消化后重金属形态分布

4．4剩余污泥厌氧消化中重金属的潜在迁移能力

4．5本章小结

5结论与展望

5．1结论

5．2展望

致谢

参考文献

附录