Fenton对污泥脱水性的影响.doc

精品整理 Fenton对污泥脱水性的影响 　　随着城市污水处理厂处理规模的快速提升，污泥产量迅速增长。丰富的有机物及K、N、P等营养元素赋存于污泥中，故作为肥料施用于土地是污泥处置的理想去向。但是，污泥中含有多种有害物质，尤其是重金属的存在，是限制污泥的土地利用的主要原因之一。 　　去除污泥中重金属的方法包括植物修复法、电动修复法、化学法、生物淋滤法等。其中，生物淋滤是一种利用嗜酸性硫杆菌等特定微生物及其代谢产物的离子化作用，将固相中重金属分离浸提至液相得到去除的技术。此技术具有反应条件温和、环保、成本低的特点，近年来受到研究者的广泛关注。生物淋滤效率除受淋滤菌、基质及操作条件等因素影响外，重金属化学形态也是决定其能否有效溶出的关键因素。根据BCR顺序提取法(黄土重金属顺序提取形态标准物质)，重金属化学形态可分为弱酸提取态(FA)、可还原态(FB)、可氧化态(FC)和残渣态(FD)，其中，弱酸提取态和可还原态重金属的迁移性和生物有效性较强属于不稳定态，可氧化态和残渣态重金属的迁移性和生物有效性较差属于稳定态。研究发现，重金属对环境的毒性和迁移性并不能只依据重金属的含量来判断，其生物有效性和环境行为与其化学形态也有着不可忽视的联系。同时，重金属化学形态对生物淋滤的效果也会产生显著影响。污泥处理过程中，常采用不同的物化方法来改善污泥的脱水性、厌氧消化特性等以利于后续处理处置，重金属化学形态也会发生相应的转化。Fenton反应是利用Fe2+的催化作用使H2O2生成具有高反应活性的羟基自由基(OH)，高效降解有机物、破坏污泥微生物胞外聚合物，从而改善污泥的脱水性能。Fenton的强氧化性势必会造成污泥中重金属存在形态的变化，进而影响后继污泥处理处置过程中重金属的生物有效性和淋滤过程中的去除效率。 　　本研究针对污泥处理厂高固含率污泥，采用Fenton氧化对污泥进行处理，考察处理前后污泥中重金属化学形态变化情况，进而探讨Fenton处理对生物淋滤过程中重金属溶出效果和污泥脱水性的影响。 　　一、实验材料和方法 　　1.1 实验用泥 　　本研究所用污泥取自天津市某污泥处理厂调质池，污泥中的杂质与大颗粒物经标准筛(30方孔0.60mm)筛去后，剩余部分在4℃条件下备用，基本性质见表1。 　　1.2 氧化亚铁硫杆菌的培养与富集 　　本研究使用的淋滤菌由天津市某污水处理厂浓缩池污泥富集纯化培养所得。步骤如下： 　　(1)将10mL培养菌种的污泥置于300mL已灭菌处理的9K液体培养基中，在恒温振荡培养器中培养，培养条件为32℃、125r/min，当培养液颜色变为红棕色并且氧化还原电位(ORP)值大于500mV时，停止培养，进行(2)步骤; 　　(2)取1mL培养菌液用超纯水逐级稀释，稀释至106，每个梯度设置3个平行; 　　(3)在灭菌后的9K固体培养基平板上均匀涂抹不同稀释倍数的菌液各0.2mL，后移于32℃恒温生化培养箱中倒置培养6～8d; 　　(4)用无菌接种针挑取固体培养基平板上已变为红褐色的菌落于灭菌后9K液体培养基中富集培养，获得淋滤菌液。 　　1.3 Fenton预氧化法联用生物淋滤法实验 　　取300mL原污泥，用6mol/L硫酸溶液调节污泥pH为4.00，根据前期研究结果，Fe2+投加量为1.00g/L，按质量比(H2O2/Fe2+)为6、9、12投加H2O2溶液(分别用F6、F9、F12表示)处理酸化污泥，常温下混合充分反应1h后，各取20mL污泥样品在5000r/min转速下离心10min进行固液分离，将固体烘干至恒重后进行重金属形态测定，每组实验设置3组平行。Fenton反应完全后，在反应后污泥中添加3.00g/LFe2+作为营养物质，接种30%体积淋滤菌液进行淋滤实验，隔天进行pH、ORP值以及重金属含量测定。同时，在生物淋滤过程中测定污泥的毛细吸水时间(CST)、pH及ORP，每组实验设置3组平行，并进行空白组对照实验(不投加Fenton试剂，用F0表示)。 　　1.4 分析 　　1.4.1 污泥常规指标测定 　　采用重量法测定污泥TS、VS；采用电极法测定pH和ORP；采用CST毛细吸水时间测试仪测定CST。 　　1.4.2 重金属含量及形态分析 　　污泥样品在5000r/min转速下离心10min进行固液分离，将固体烘干至恒重。取烘干后的污泥样品0.25g加入2mL30%H2O2和6mLHNO3，微波消解35min；采用电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS，Agilent7700)对消解液进行重金属含量测定；采用改进的BCR顺序提取法对重金属形态进行测定。 　　1.5 动力学模型 　　利用动力学模型，评价Fenton对重金属溶出效果的的影响。对动力学模型积分得，其中，k为金属增溶速率常数，d1；Ms为污泥中重金属的