硫酸根自由基對(duì)污泥的預(yù)處理范文

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《大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第四期

1參數(shù)與測(cè)定方法

采用重量法測(cè)定污泥的破解率，采用重鉻酸鉀法測(cè)定SCOD［8］，采用微波消解鉬酸銨分光光度法測(cè)定TP濃度［9］，采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定TN濃度［9］，采用水楊酸－次氯酸鹽光度法測(cè)定NH＋4－N質(zhì)量濃度，采用苯酚－硫酸法測(cè)定多糖質(zhì)量濃度，采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度。

2結(jié)果與討論

2．1過硫酸鉀投加量對(duì)污泥破解效果的影響微波功率400W、微波時(shí)間120s、ρ（SS）＝7112mg／L，每克SS的K2S2O8投加量從0增加到0．4g，測(cè)試不同K2S2O8投加量對(duì)污泥破解率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨著K2S2O8投加量的增加，污泥破解率呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著K2S2O8投加量的增加，產(chǎn)生的硫酸根自由基（SO－4•）的量也隨之增加，其氧化效果也隨之增強(qiáng)，使污泥中的微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)更充分地被破壞，污泥破解得更充分，去除效果更明顯。雖然增加過硫酸鉀的投加量能更有效地破解污泥，但是過多的過硫酸鉀會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸鹽，對(duì)以后的厭氧消化反應(yīng)起到抑制作用。

2．2微波功率對(duì)污泥破解效果的影響微波時(shí)間為90s、每克SS中K2S2O8投加量0．3g、ρ（SS）＝8790mg／L、微波功率由80W增加到800W測(cè)試不同微波功率對(duì)污泥破解效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著微波功率的增加，污泥破解率呈上升趨勢(shì)。功率的增加，能加速過硫酸鉀分解出硫酸根自由基，增強(qiáng)氧化能力，更充分地破壞污泥中微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，加速污泥的破解。雖然增大功率能使污泥破解率增大，但微波功率過大，耗能也隨之增大，會(huì)增加反應(yīng)的運(yùn)行成本；微波功率過小，反應(yīng)不完全，不能充分破解污泥。本研究采用的方法是通過過硫酸鉀對(duì)污泥進(jìn)行處理，是化學(xué)破解方法，對(duì)污泥細(xì)胞的氧化能力較強(qiáng)，微波功率在600W的條件下反應(yīng)效果最好［10］。

2．3微波時(shí)間對(duì)污泥破解效果的影響微波功率為400W、每克SS中K2S2O8投加量0．3g、ρ（SS）＝8790mg／L、微波時(shí)間由30s增加到180s，測(cè)試不同的微波時(shí)間對(duì)污泥破解效果的影響。SCOD是污泥特性的一個(gè)重要指標(biāo)［11］，直接反映污泥的破解程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著微波時(shí)間的增加，SCOD總體變化先是呈上升趨勢(shì)接著逐漸趨緩。微波時(shí)間在60s的時(shí)候SCOD出現(xiàn)了明顯的變化，微濾時(shí)間120s時(shí)，SCOD質(zhì)量濃度是原泥的3．5倍。微濾處理120s后，隨著微波時(shí)間的變長(zhǎng)，SCOD也趨于平緩，再增加時(shí)間污泥破解程度不明顯。

2．4預(yù)處理后污泥上清液的參數(shù)變化微波功率為400W、每克SS中K2S2O8投加量0．3g、ρ（SS）＝8790mg／L條件下測(cè)試預(yù)處理后的污泥上清液中總磷、TN、NH＋4－N、多糖以及蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度隨微波時(shí)間的變化情況。

2．4．1總磷質(zhì)量濃度的變化污泥一般是由胞外聚合物、細(xì)菌細(xì)胞、金屬陽離子以及有機(jī)與無機(jī)顆粒組成的聚集體，其密度一般為1．002～1．006g／cm3，易于沉降。污泥總磷的含量是污泥資源化的常規(guī)指標(biāo)之一，反映了污水生化處理過程對(duì)水中磷的去除能力的大小［11］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，預(yù)處理破壞了胞外聚合物和細(xì)胞結(jié)構(gòu)［12］，使污泥微生物細(xì)胞中原來不溶性的有機(jī)物從胞內(nèi)釋放出來，成為可溶性物質(zhì)［13］。微波時(shí)間越大，污泥破解得越多，由于污泥的破解，會(huì)釋放一些含磷有機(jī)物［14］，進(jìn)而磷的濃度也隨之變大，在微波時(shí)間180s時(shí)總磷的質(zhì)量濃度比原泥增加了1．73倍。

2．4．2TN、NH＋4－N質(zhì)量濃度的變化由圖5可知，污泥微生物里的一些含氮有機(jī)物，在硫酸根自由基的作用下，隨著污泥的破解，會(huì)釋放到上清液中，使上清液中TN質(zhì)量濃度增大，由56．95mg／L增加到91．26mg／L。硫酸根自由基具有強(qiáng)氧化性，會(huì)進(jìn)一步將有機(jī)氮化氧化礦化成無機(jī)氮即NH＋4－N，所以氨氮的質(zhì)量濃度呈上升趨勢(shì)。

2．4．3蛋白質(zhì)、多糖質(zhì)量濃度的變化污泥中大多數(shù)蛋白質(zhì)、多糖存在于微生物細(xì)胞中，EPS主要是由蛋白質(zhì)和多糖組成，除此之外還有微量的核酸和腐殖質(zhì)等［15］。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)就是破碎細(xì)胞壁膜以釋放出蛋白質(zhì)、多糖［16］。由圖6可知，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度由26．34mg／L增加到58．56mg／L，多糖質(zhì)量濃度由13．65mg／L增加到44．11mg／L。上清液中蛋白質(zhì)和多糖的質(zhì)量濃度升高，是由于隨著時(shí)間的增加，更多的污泥微生物細(xì)胞被破解，會(huì)釋放出更多的蛋白質(zhì)、多糖，對(duì)其后續(xù)的厭氧消化起著積極作用，加快厭氧消化速率。

3結(jié)論

增加K2S2O8投加量、微波時(shí)間以及微波功率，促進(jìn)了污泥的破解，污泥的破解率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)每克SS中K2S2O8投加量為0．3g、微波時(shí)間為120s、微波功率為400W時(shí)，污泥的破解率達(dá)到17．85％。在氧化劑的作用下，污泥中微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，胞內(nèi)的一些有機(jī)物被釋放到污泥上清液中，使處理前的SCOD質(zhì)量濃度由226．4mg／L提高到796．1mg／L，使TN質(zhì)量濃度比處理前增加了60．24％；微生物胞外聚合物被分解，細(xì)胞瓦解，胞內(nèi)物質(zhì)釋放到污泥溶液中，使蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度由處理前的26．34mg／L增加到處理后的58．56mg／L，多糖質(zhì)量濃度由13．65mg／L增加到44．11mg／L。

作者：于林孫德棟任晶晶王玲玲董曉麗馬春?jiǎn)挝唬捍筮B工業(yè)大學(xué)輕工與化學(xué)工程學(xué)院