微波诱导氧化在处理污泥中的应用

论文摘要

城市废水处理量的增加，无可避免的产生大量污泥，如何使剩余污泥减量化、资源化已成为国内外学者研究的热点，从现状来看，现有的污泥处理与处置方法在环境和经济方面均存在问题。通过加热、微波和超声波等预处理方法改变污泥的物化和生化特性，结合后续工艺，能够有效提高污泥处理效率。微波预处理作为一种非常快速的细胞水解方法，日益受到人们的关注。本文研究了基于微波技术的两种污泥预处理方法，分别是碱性条件下微波-活性炭纤维预处理方法和微波-过氧乙酸联合预处理方法。研究重点是预处理过程中污泥性质的变化，考察了微波功率、辐照时间以及吸波物质和氧化剂的投加量等对污泥破解效果的影响，分析了污泥破解前后，污泥溶液中SCOD、TN、TP、NH4+-N、蛋白质、多糖等成分浓度的变化。在碱性条件下,以活性炭纤维为催化剂，对微波诱导氧化剩余污泥过程中污泥性质的变化进行了研究。结果表明，在微波功率800W，微波辐照时间110s，加碱量为0.108g/g SS，投加1g/g SS的活性炭纤维条件下,污泥分解率达到55%,与未投加活性炭纤维相比，污泥溶解率增大23％。在此操作条件下，更多的微生物胞外聚合物分解、胞内物质释放到液相中，使污泥上清液中溶解性有机物含量明显增加，污泥溶液中的SCOD浓度由1239mg/L增至3395mg/L。污泥破解后，污泥中的蛋白质、多糖等成分释放到溶液中，与单独微波加碱相比，蛋白质和多糖的浓度分别增加了0.8倍和0.7倍。污泥溶液中的TN、TP浓度也明显增加，分别增加了0.6倍和1.4倍。污泥破解后，释放出的脂肪酸与污泥中的碱反应，使污泥溶液的pH值由9.8降至8.9。过氧乙酸（PeraceticAcid, PAA）联合微波辐射对剩余污泥进行预处理显示出了高效、快速的优势。实验与单独微波辐射作对比，考察了处理前后污泥性质的变化。结果表明，当微波功率600W，辐照时间60s，PAA投加量0.24g/g SS，污泥分解率可达35%以上；微生物胞外聚合物（EPS）被分解、胞内物质释放到液相中，使污泥上清液中SCOD浓度由单独微波时的1040mg/L增至2860mg/L；融胞释放的TN、TP浓度比单独微波处理分别增加了1.3倍和2.9倍，同时污泥溶液中的蛋白质和多糖浓度也显著增加，分别增加了2.7倍和3倍。在高温及氧化剂的作用下，部分有机氮被转化成NH4+-N，使污泥上清液中的NH4+-N浓度由11mg/L增至27mg/L。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 污泥的产生
• 1.1.2 污泥的分类
• 1.1.3 污泥的基本性质
• 1.1.3.1 物理性质
• 1.1.3.2 化学性质
• 1.1.3.3 生物学性质
• 1.1.4 污泥对环境造成的污染问题
• 1.3 污泥的减量——厌氧消化
• 1.3.1 污泥厌氧消化原理
• 1.3.2 厌氧消化存在的问题
• 1.4 强化厌氧消化——污泥预处理
• 1.5 污泥预处理技术
• 1.5.1 物理方法
• 1.5.2 化学方法
• 1.5.3 生物法
• 1.5.4 组合法
• 1.6 微波技术在污泥预处理领域的应用
• 1.6.1 微波技术简述
• 1.6.2 微波技术在污泥处理中的应用
• 1.6.2.1 微波干燥污泥
• 1.6.2.3 微波处理工业污泥
• 1.6.2.4 微波破解细胞壁
• 1.7 微波技术在污泥预处理中的应用
• 1.7.1 加入吸波物质
• 1.7.2 添加碱
• 1.7.3 与氧化剂共同作用
• 1.8 课题研究意义及研究内容
• 1.8.1 研究目的及意义
• 1.8.2 主要研究内容
• 第二章 碱性条件下微波-活性炭纤维诱导破解污泥的实验研究
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 理论依据
• 2.1.2 关键技术
• 2.2 实验原料、药品与装置
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验药品及试剂
• 2.2.3 实验装置
• 2.2.4 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.4 分析项目与方法
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 不同碱量下活性炭纤维投加量对污泥分解率的影响
• 2.5.2 污泥浓度对污泥分解效果的影响
• 2.5.3 活性炭纤维投加量对污泥 pH 值的影响
• 2.5.4 处理后污泥溶液中 SCOD 浓度的变化
• 2.5.5 处理后污泥溶液中蛋白质浓度的变化
• 2.5.6 处理后污泥溶液中多糖浓度的变化
• 2.5.7 处理后污泥溶液中 TP 浓度的变化
• 2.5.8 处理后污泥溶液中 TN 浓度的变化
• 2.5.9 活性炭纤维的重复利用性能
• 2.6 本章小结
• 第三章 微波-过氧乙酸联合处理剩余污泥的实验研究
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验原料、药品与装置
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验药品及试剂
• 3.2.3 实验装置
• 3.2.4 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.4 分析项目与方法
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 微波功率
• 3.5.2 微波辐照时间
• 3.5.3 微波功率与时间的最佳组合
• 3.5.4 PAA 投加量
• 3.5.5 处理后污泥溶液中 SCOD 浓度的变化
• 3.5.6 处理后污泥溶液中氨氮及总氮浓度的变化
• 3.5.7 处理后污泥溶液中多糖及蛋白质浓度的变化
• 3.5.8 处理后污泥溶液中总磷浓度的变化
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 4.1 碱性条件下微波-活性炭纤维诱导氧化
• 4.2 微波-PAA 联合作用处理污泥
• 参考文献
• 致谢
• 附录