生物炭协同Fenton氧化技术对污泥脱水及资源化性能影响研究

摘要

污水处理量日益增长，导致大量污泥产生。脱水性能是限制污泥处理效率的主要因素，而污泥中大量的有害物质也影响了其资源化性能。因此，需寻求一种有效改善污泥脱水效率并降低污染物毒害的处理技术。本课题研究将生物炭作为Fenton调理补充骨架以提高污泥脱水性和资源化性能的可行性。通过正交试验选定最优Fenton氧化调理试剂配比，在此基础上添入不同浓度的生物炭，考察联合调理对污泥的影响，并探索作用机理，最后对调理后的污泥进行短期生物干化小试研究。主要研究内容和结果如下： （1）正交试验结果表明，Fenton氧化处理污泥能提高污泥的脱水性能，污泥的滤饼含水率从 81.28%降到 74.67%，降低了 6.61%；污泥比阻从 3.57×1012m/kg 降至3.96×1011m/kg，降低了87.28%；滤液中TOC浓度达到210.35mg/L，是原污泥的1.86倍。Fenton调理后的污泥中的重金属Cd、Cr、Ni、Pb、Zn、Cu含量均减少，Cr和Ni去除效果最为明显，去除率分别达到38.89%和33.63%。最优Fenton试剂配比为Fe2+浓度90mg/g DS（污泥干重），H2O2浓度30mg/g DS，CaO浓度90mg/g DS。 （2）在Fenton调理基础上添入生物炭可以提高污泥的沉降性能和脱水性能，联合调理后的污泥泥饼含水率、污泥比阻大幅下降，滤液TOC浓度增加，且变化幅度与生物炭添加量相关。添加500mg/g DS生物炭与Fenton试剂调理后，污泥的含水率从81.28%降至68.05%，降低了13.23%；污泥比阻由3.57×1012m/kg降低到2.87×1011m/kg，降低了93.28%；滤液中TOC浓度由112.95mg/L 升高到220.35mg/L，是原污泥滤液中TOC浓度的1.95 倍；联合调理污泥中 Cd、Cr、Ni、Pb、Zn、Cu 含量降低至3.65mg/kg、106.24mg/kg、38.61mg/kg、153.47mg/kg、207.60mg/kg、96.49mg/kg，去除率分别达到50.49%、57.57%、51.86%、31.62%、35.29%、42.40%。此时，污泥中各重金属含量均满足污泥农用标准。重金属形态分析结果表明：联合调理或单独调理方式并不能实现污泥中重金属的共同稳定化；Fenton调理污泥可以增加污泥中残渣态的Cu和Ni比例，增加其相对稳定性，但会导致残渣态Pb比例降低，相对稳定性变差。调理后的污泥中总有机碳含量由226.86g/kg降低至194.51g/kg，减少了14.26%；总氮含量由27.17g/kg降低至25.65g/kg；总磷含量由38.97g/kg降低至22.82g/kg，减少了41.44%；总钾含量由1.87g/kg增加到2.48g/kg。 （3）三维荧光测定结果表明：Fenton及联合调理主要通过氧化破解T-EPS，提高污泥脱水性能；联合调理及Fenton单独调理后污泥T-EPS中类蛋白荧光峰强度远低于原污泥、PAM以及生物炭调理污泥，且对应TOC浓度也大幅度降低，由131.75mg/L降低至38.6mg/L；经Fenton调理后的污泥中荧光峰发生了蓝移，且出现了类富里酸荧光峰和类腐殖质酸荧光峰；通过相关性分析发现，T-EPS中类酪氨酸荧光峰与类色氨酸荧光峰强度有很好的线性相关性，R2为0.9532，且分别于TOC浓度表现出很高的相关性，R2分别为0.8901和0.9814。 （4）经生物炭和Fenton联合调理后的污泥生物干化效果优于其他处理的污泥，其中添加浓度为500mg/g DS生物炭的污泥堆体生物干化过程中温度可达到48.9℃，生物干化第6天含水率降至58.51%，可以满足后续污泥处理处置的需求。

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