过硫酸盐强化水热对污泥脱水性能及污泥炭催化性能的研究
随着我国污水处理量的迅速增加，污水处理厂产生了大量的污泥。污泥的含水率高、体积大、含有大量的污染物，从而增加了运输、处理和处置的成本。污泥的深度脱水已经成为了污泥处理中一个巨大的技术挑战也是降低污泥运输、处理处置费用，以及污泥减量、无害化和资源化的制约因素。污泥脱水后的处理包括填埋和焚烧，填埋和焚烧同样会造成处理成本过高以及带来环境污染的问题。对污泥进行预处理从而改善其脱水性能是对污泥后端资源化利用的关键步骤，水热法联合过硫酸钠能破坏絮体结构和胞外聚合物，高效脱除水分的同时能使固体部分具备较高的利用价值可以制备高性能污泥生物炭。水热脱水工艺和污泥碳化工艺在污泥减量化和资源化利用方面体现出较大优势，具有良好的发展前景。 首先以污泥比阻最低值作为优化目标，使用响应曲面法对水热联合过硫酸钠的反应条件进行了优化，得出最佳的反应条件为：水热温度200℃，水热时间为101min，过硫酸钠的投加量为100mg/g干物质。在最佳反应条件下污泥比阻降低了91.65%，污泥的毛细吸水时间降低了69.59%。结果表明水热联合过硫酸钠能显著改善污泥的脱水性能。 通过对污泥的Zeta电位、粒径分布、三维荧光光谱、结合水含量、微观结构等分析来阐明水热法联合过硫酸钠改善污泥脱水性能的内在机理。结果表明，该方法能显著破坏污泥胞外聚合物释放大量结合水，污泥絮体在电荷中和作用下再絮凝，形成疏松多孔的刚性结构为水分排出提供通道，从而极大的提升了污泥的脱水性能。 为了实现污泥资源化，对脱水后的污泥进行改性制备生物炭，催化过硫酸钠降解有机污染物双氯芬酸钠。对污泥生物炭催化降解的影响因素进行探究，得出最佳的反应条件为：催化剂投加量为0.5mg/L，氧化剂投加量0.6mmol/L，反应温度25℃和初始pH为7.52。在此条件下该生物炭活化过硫酸钠能在30min内降解98%的双氯芬酸钠，说明水热脱水后污泥制备的生物炭具备良好的催化性能。 通过对生物炭材料的有机元素、红外光谱、拉曼光谱、比表面积、X光电子能谱分析等来研究生物炭催化性能提升的机理。结果表明，较大的比表面积、较多的孔隙结构能够提供更多的反应位点；丰富的表面官能团和较高的石墨化程度能有助于电子转移，从而加快反应速率。抑制实验和EPR分析表明，反应体系是通过非自由基途径，主要是通过产生单线态氧活化过硫酸盐降解有机污染物。
过硫酸盐;强化水热;污泥脱水;炭催化性能;污水处理
武汉纺织大学
硕士
环境工程
李进平
2021
中文
X703.1
2021-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）