含铁次生矿物对污泥脱水性能的影响研究
摘要：污泥脱水问题日益严重，生物沥浸作为一种有效的污泥脱水方法受到广泛关注。然而生物沥浸中产生的矿物与污泥脱水性能的关系尚未被研究，因此本实验主要研究了施氏矿物和黄钾铁矾对原始污泥、冻融污泥和化学酸化污泥（pH=2.25）脱水性能的影响。结果表明，向原始污泥加入黄钾铁矾后对污泥的脱水速率有一定程度的提高，当按2g/L的量添加到原始污泥后，污泥的毛细吸水时间（CST）降低了35%，污泥比阻（SRF）降低了53%。而对于冻融污泥和化学酸化污泥，加入这两种矿物后，污泥的脱水速率受到很大程度的抑制而其脱水程度得到并未受到影响，当按2g/L添加黄钾铁矾时，其泥饼含水率相较于原始污泥从83.6%分别降低到67.8%、66.9%。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）1
1材料与方法2
1.1 材料 2
1.2 方法 2
2结果与讨论3
2.1 不同添加量施氏矿物和黄钾铁矾对原始污泥脱3
2.2不同添加量施氏矿物和黄钾铁矾对冻融污泥脱水性能的影响 5
2.2不同添加量施氏矿物和黄钾铁矾对化学酸化污泥（pH=2.25）脱水性能的影响7
3结论9
致谢9
参考文献9
含铁次生矿物对污泥脱水性能的影响
引言
引言
截至2013年9月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3501座，日处理污水能力约1.47亿立方米，污水处理厂每年产生超过600万吨污泥（以干重计）[1]。但是, 目前城镇污水处理厂产生的剩余污泥含水率通常高达97％左右，如此高的含水量导致污泥体积庞大，给污泥的转运、后续处理处置都带来了很大的困难[2]。因此,寻找合适的方法大幅降低污泥水分含量，是解决污泥出路的关键所在[3] 。由于污泥的含水率极高且产量越来越大，所以污泥脱水成为污泥处理与处置中的一个必不可少的环节[4]。污泥脱水可以有效的降低运输费用，减小污泥的体积便于存放并增加焚烧时的能量输出。然而未经处理的污泥难以脱水，因此我们往往在脱水之前对污泥进行调理[5]。有效的污泥调理可以改变污泥的结构
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
和污泥中水分的物理状态，将污泥中的结合水变为自由水，甚至可以提高污泥的脱水性能以获得较高含固率的泥饼和其颗粒大小来提高污泥脱水性能。Mickael et al.则发现污泥的pH和其中的盐分对污泥脱水性能有重要影响（生物沥浸对两者均有影响）[7]。其实在生物沥浸的过程中会有大量矿物产生，但是很少有学者将生物沥浸过程中所形成的矿物和污泥的脱水性能联系到一起。Liao et al.研究发现在pH为2.102.88的污泥生物沥浸液中只有施氏矿物产生[8]。这可能与污泥中的一价阳离子浓度低，过高的DOM和硫酸根浓度，较低的pH和反应时间有关。然而有相关文献报导施氏矿物是一种亚稳态物质，当pH降低（小于3），且有一价阳离子如K+、Na+等存在时，则施氏矿物会转化为结晶度较高的黄铁矾类矿物。研究发现生物沥浸这一复杂体系中一价阳离子如K+、NH4+和Na+往往共存，其中K+的成矾能力最强[9]，因此在生物沥浸的整个过程中可能产生黄钾铁矾。本实验采用化学方法合成施氏矿物，生物法合成黄钾铁矾。前者合成时间较短，但是所合成的施氏矿物不存在孔结构，且颗粒间分布比较松散，其组织结构与网状相似，有大量互沟通的孔结构[10]。后者合成时间较长,但是其晶体粒径均匀，分散性好, 且没有无定形的羟基硫酸高铁副产物。矿物学方法用于环境污染治理在规模、成本、工艺、设备、操作、效果及消除二次污染等方面具有明显的优势,也是绿色环保技术的体现，被认为是继物理方法、化学方法和生物方法之后的环境污染治理的第四类方法[ 11]。本实验主要研究上述矿物对不同状态污泥（化学酸化污泥和冻融污泥）脱水性能的影响。
1 材料与方法
1．1 供试污泥
供试污泥取自江苏省无锡市太湖新城污水处理厂的污泥浓缩池。采集后立刻测定污泥pH、含固率、有机质含量、污泥比阻。污泥基本理化性质如下：pH 为7.43，含固率为2.8%，有机质含量为46.5%，污泥比阻为9.84×1012 m/kg，CST为24.6s。采集的污泥保存于4°C冰箱中待用。
1.2 矿物合成方法
1.2.1 化学法合成施氏矿物
在一系列容量为1L的三角瓶中，将25mL的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌休止细菌悬浮液(简称Acidithiobacillus ferrooxidans LX5)加入到溶有11.12g FeSO47H2O的溶液中， 保持反应体系总体积为500 mL ，使其在整个体系中细菌含量达到2×107个/mL。将上述接种有细菌的混合液置于180 r/min往复式摇床于28℃振荡培养。培养一定时间 后, 体系中生成的沉淀用0.45 μm 滤膜收集，用酸化(pH=2.0)的蒸馏水洗3次后，再用去离子水洗涤3次，50℃下烘干至恒重并保存于干燥器中备用。
1.2.2 生物法合成黄钾铁矾
在pH 为2.5 ，体积为250 mL的0.2 mol/L FeSO4 0.067mol/L K2SO4混合液中，接种Acidithiobacillus ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液使整个体系中细菌含量达到2×108 cells/mL。将上述接种有细菌的混合液置于180 r/mi n往复式摇床中于28℃下振荡培养7d ，动态检测混合液中的pH和Fe2+浓度(邻菲罗啉比色法)。培养结束后微生物催化合成的高铁沉淀用0.45 μm滤膜收集，用酸化的蒸馏水( pH 1.5) 洗2次，然后用重蒸水洗 2 次，再用丙酮洗 2 次，风干并保于干燥箱中备用。
1.3 脱水性能测量方法
污泥的比阻（SRF）采用布氏滤斗真空抽滤法测定[2]；污泥毛细吸水时间（CST）采用CST测定仪（TYPE 304M,英国Triton公司）测定；泥饼含水率由实验室提供的压滤装置进行压滤后测定（取50mL污泥加入压滤装置，给予污泥稳定持续的恒压，当有气泡产生，结束压滤，待压力为零，取泥饼称重，然后放入烘箱达到恒重）。
1.4 实验步骤
1.4.1 污泥调理实验1
假设污泥样品中的二价铁离子（2g/L的添加标准）完全转化为黄钾铁矾则体系中黄钾铁矾的浓度为5.96g/L，全部转化为施氏矿物则体系中的施氏矿物的浓度为3.46g/L。取18个250mL的锥形瓶，分别向其中添加150mL的污泥。其中9个锥形瓶分别按照2、4、6g/L的梯度浓度标准添加定量的黄钾铁矾，三个锥形瓶为一组平行。剩余9个锥形瓶分别按照2、3、4g/L的梯度浓度标准添加定量的施氏矿物，三个锥形瓶为一组平行。将上述样品置于28度，180转的摇床震荡一个小时，测量污泥样品的脱水性能（SRF、CST、泥饼含水率）。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）1
1材料与方法2
1.1 材料 2
1.2 方法 2
2结果与讨论3
2.1 不同添加量施氏矿物和黄钾铁矾对原始污泥脱3
2.2不同添加量施氏矿物和黄钾铁矾对冻融污泥脱水性能的影响 5
2.2不同添加量施氏矿物和黄钾铁矾对化学酸化污泥（pH=2.25）脱水性能的影响7
3结论9
致谢9
参考文献9
含铁次生矿物对污泥脱水性能的影响
引言
引言
截至2013年9月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3501座，日处理污水能力约1.47亿立方米，污水处理厂每年产生超过600万吨污泥（以干重计）[1]。但是, 目前城镇污水处理厂产生的剩余污泥含水率通常高达97％左右，如此高的含水量导致污泥体积庞大，给污泥的转运、后续处理处置都带来了很大的困难[2]。因此,寻找合适的方法大幅降低污泥水分含量，是解决污泥出路的关键所在[3] 。由于污泥的含水率极高且产量越来越大，所以污泥脱水成为污泥处理与处置中的一个必不可少的环节[4]。污泥脱水可以有效的降低运输费用，减小污泥的体积便于存放并增加焚烧时的能量输出。然而未经处理的污泥难以脱水，因此我们往往在脱水之前对污泥进行调理[5]。有效的污泥调理可以改变污泥的结构
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
和污泥中水分的物理状态，将污泥中的结合水变为自由水，甚至可以提高污泥的脱水性能以获得较高含固率的泥饼和其颗粒大小来提高污泥脱水性能。Mickael et al.则发现污泥的pH和其中的盐分对污泥脱水性能有重要影响（生物沥浸对两者均有影响）[7]。其实在生物沥浸的过程中会有大量矿物产生，但是很少有学者将生物沥浸过程中所形成的矿物和污泥的脱水性能联系到一起。Liao et al.研究发现在pH为2.102.88的污泥生物沥浸液中只有施氏矿物产生[8]。这可能与污泥中的一价阳离子浓度低，过高的DOM和硫酸根浓度，较低的pH和反应时间有关。然而有相关文献报导施氏矿物是一种亚稳态物质，当pH降低（小于3），且有一价阳离子如K+、Na+等存在时，则施氏矿物会转化为结晶度较高的黄铁矾类矿物。研究发现生物沥浸这一复杂体系中一价阳离子如K+、NH4+和Na+往往共存，其中K+的成矾能力最强[9]，因此在生物沥浸的整个过程中可能产生黄钾铁矾。本实验采用化学方法合成施氏矿物，生物法合成黄钾铁矾。前者合成时间较短，但是所合成的施氏矿物不存在孔结构，且颗粒间分布比较松散，其组织结构与网状相似，有大量互沟通的孔结构[10]。后者合成时间较长,但是其晶体粒径均匀，分散性好, 且没有无定形的羟基硫酸高铁副产物。矿物学方法用于环境污染治理在规模、成本、工艺、设备、操作、效果及消除二次污染等方面具有明显的优势,也是绿色环保技术的体现，被认为是继物理方法、化学方法和生物方法之后的环境污染治理的第四类方法[ 11]。本实验主要研究上述矿物对不同状态污泥（化学酸化污泥和冻融污泥）脱水性能的影响。
1 材料与方法
1．1 供试污泥
供试污泥取自江苏省无锡市太湖新城污水处理厂的污泥浓缩池。采集后立刻测定污泥pH、含固率、有机质含量、污泥比阻。污泥基本理化性质如下：pH 为7.43，含固率为2.8%，有机质含量为46.5%，污泥比阻为9.84×1012 m/kg，CST为24.6s。采集的污泥保存于4°C冰箱中待用。
1.2 矿物合成方法
1.2.1 化学法合成施氏矿物
在一系列容量为1L的三角瓶中，将25mL的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌休止细菌悬浮液(简称Acidithiobacillus ferrooxidans LX5)加入到溶有11.12g FeSO47H2O的溶液中， 保持反应体系总体积为500 mL ，使其在整个体系中细菌含量达到2×107个/mL。将上述接种有细菌的混合液置于180 r/min往复式摇床于28℃振荡培养。培养一定时间 后, 体系中生成的沉淀用0.45 μm 滤膜收集，用酸化(pH=2.0)的蒸馏水洗3次后，再用去离子水洗涤3次，50℃下烘干至恒重并保存于干燥器中备用。
1.2.2 生物法合成黄钾铁矾
在pH 为2.5 ，体积为250 mL的0.2 mol/L FeSO4 0.067mol/L K2SO4混合液中，接种Acidithiobacillus ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液使整个体系中细菌含量达到2×108 cells/mL。将上述接种有细菌的混合液置于180 r/mi n往复式摇床中于28℃下振荡培养7d ，动态检测混合液中的pH和Fe2+浓度(邻菲罗啉比色法)。培养结束后微生物催化合成的高铁沉淀用0.45 μm滤膜收集，用酸化的蒸馏水( pH 1.5) 洗2次，然后用重蒸水洗 2 次，再用丙酮洗 2 次，风干并保于干燥箱中备用。
1.3 脱水性能测量方法
污泥的比阻（SRF）采用布氏滤斗真空抽滤法测定[2]；污泥毛细吸水时间（CST）采用CST测定仪（TYPE 304M,英国Triton公司）测定；泥饼含水率由实验室提供的压滤装置进行压滤后测定（取50mL污泥加入压滤装置，给予污泥稳定持续的恒压，当有气泡产生，结束压滤，待压力为零，取泥饼称重，然后放入烘箱达到恒重）。
1.4 实验步骤
1.4.1 污泥调理实验1
假设污泥样品中的二价铁离子（2g/L的添加标准）完全转化为黄钾铁矾则体系中黄钾铁矾的浓度为5.96g/L，全部转化为施氏矿物则体系中的施氏矿物的浓度为3.46g/L。取18个250mL的锥形瓶，分别向其中添加150mL的污泥。其中9个锥形瓶分别按照2、4、6g/L的梯度浓度标准添加定量的黄钾铁矾，三个锥形瓶为一组平行。剩余9个锥形瓶分别按照2、3、4g/L的梯度浓度标准添加定量的施氏矿物，三个锥形瓶为一组平行。将上述样品置于28度，180转的摇床震荡一个小时，测量污泥样品的脱水性能（SRF、CST、泥饼含水率）。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/hxyhj/473.html
