張維寧,肖智華,馬 彬,曾清如,* (.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖南 長沙 408；.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)洞庭湖區(qū)農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室,湖南 長沙 408)

污泥作為污水處理的副產(chǎn)品,伴隨著污水處理而大量排放到環(huán)境中.污泥處理帶給環(huán)境和城市的負(fù)擔(dān)已成為我國不容忽視的問題.近年來,國內(nèi)外在污泥農(nóng)用、環(huán)境效應(yīng)以及控制標(biāo)準(zhǔn)方面已取得顯著進(jìn)展,經(jīng)過無害化處理后的污泥更是能夠?qū)⑽勰嘀械?N、P、有機質(zhì)及其他營養(yǎng)物質(zhì)作為改良劑來達(dá)到改善土壤物理性質(zhì)、提高土壤肥力等效果[1-3].同時污泥中也存在著大量的銅、鎘等有毒的重金屬、難降解有機物、病原菌、寄生蟲卵等[4],長期大量使用會顯著增加土壤和植物可食部分的重金屬含量,并對地下水和動植物造成二次污染,給環(huán)境帶來巨大壓力[5-6].而市政污泥本身具有高含水率、高有機質(zhì)以及脫水性能較差等特點,使得對污泥處理投入的費用和難度不斷加大[7].

近期,基于過硫酸鹽的高級氧化技術(shù)逐漸受到重視,其具有強氧化性質(zhì)的硫酸根自由基(SO4-i)在處理土壤、水體的有機污染物時,具有效率高,降解有機物受 pH值影響小等特點,且相比傳統(tǒng)的 O3和 H2O2,過硫酸鹽分解過程中不會產(chǎn)生快速的耗損[8].目前,過硫酸鹽運用于廢水和土壤治理方面的相關(guān)研究較多[9-10].相比之下,利用過硫酸鹽處理污泥的研究還較少,多數(shù)學(xué)者主要圍繞污泥脫水展開研究,并采用活化的方式來考察深度脫水的可行性.Zhen等[11]用Fe2+活化過硫酸鹽處理污泥,污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,污泥毛細(xì)吸水時間(CST)在短時間內(nèi)大幅降低,污泥脫水效果得到提高.Xu等[12]以污泥胞外聚合物(EPS)中的蛋白質(zhì)和多糖為參數(shù),研究各組分間含量的分布變化,也驗證了 Fe2+活化過硫酸鹽氧化對污泥脫水性能的影響.還有一些學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究,并獲得了一些結(jié)果[13-14].但針對藥劑最佳投加量在污泥脫水及減量等問題上,普遍沒有達(dá)成一致的共識,且對于污泥重金屬去除方面的研究更鮮有報道.從長遠(yuǎn)來看,活化過硫酸鹽的方式是非常必要的,但目前無論采取何種方法(熱活化、紫外活化、過渡金屬活化)均會極大提高污泥的處理成本.

本文以K2S2O8為研究對象,采用單獨投加的方式,研究氧化劑濃度、pH值對污泥重金屬去除效率、污泥脫水性能、上清液水質(zhì)指標(biāo)的影響;同時,考察CaO對污泥上清液水質(zhì)改善和重金屬去除的影響,為上清液資源重新回收提供新的思路,也為高級氧化技術(shù)對污泥資源化實際應(yīng)用推廣提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實驗污泥

試驗所用污泥取自長沙市某污水處理廠內(nèi)的濃縮池,通過測定,污泥基本指標(biāo)如下：含水率96%～97%,pH6.6±0.1,污泥TSS 4.49g/L,污泥 VSS 2.08g/L,污泥SV3065.0%;上清液COD 15.2mg/L,上清液TP 8.15mg/L,上清液TN 6.03mg/L.對污泥進(jìn)行取樣消解,得到不同重金屬含量,見表1.

表1 污泥重金屬含量值Table 1 The content of heavy metals in sewage sludge

1.2 實驗方法

根據(jù)梁花梅等[15]在研究K2S2O8處理剩余污泥時的結(jié)果來看,往污泥每克 SS中投加 0.5g K2S2O8,其處理后的污泥上清液中,SCOD、TP、TN含量迅速增加,并且在投加0.8g時,各指標(biāo)仍呈繼續(xù)上升的趨勢.此外,在一些利用 K2S2O8處理污泥的報道中,往污泥中投加更高濃度的K2S2O8后,可進(jìn)一步改善污泥的脫水性能,并且隨著投加量的增加,趨勢逐漸減小[16].在此基礎(chǔ)上,本文通過逐級增大 K2S2O8的濃度,來考察污泥的脫水性能及對重金屬去除效率的影響.實驗設(shè)置三個平行,同時設(shè)定不添加 K2S2O8,其余反應(yīng)條件均相同的對照組作為對照.取1L的污泥置于燒杯中,配置5mol/L的H2SO4溶液調(diào)節(jié)供試污泥的 pH值,分別加入一定濃度(0,0.67,1.34,2.01,2.68,3.35,4.02g/g SS)的 K2S2O8溶液.將污泥溶液放置在磁力攪拌器下均勻攪拌 60min,控制反應(yīng)溫度為 25℃,反應(yīng)完成后,將混合污泥分成兩部分.先取一部分混合污泥倒入布氏漏斗于0.1MPa真空度下過濾,每隔10s記錄抽濾所得的濾液體積,當(dāng)不再有濾液濾出時,停止過濾并收集濾紙上的泥餅,再于105℃烘箱下烘干至恒重,分別計算SRF和Wc.對烘干后的泥餅研磨粉碎,稱量 1.0g污泥置于 50mL消解管中,依次加入4.5mLHCl、1.5mLHNO3、5.0mLHClO4進(jìn)行消解,待溶液消解至近干后,定容,測定泥餅重金屬含量.

對另一部分的混合污泥離心獲得上清液,進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)的檢測,并投加相應(yīng)比例的氧化鈣(上清液與氧化鈣的質(zhì)量比分別為 0.025%、0.030%、0.040%、0.050%、0.075%、0.10%、0.25%、0.50%)于磁力攪拌器下均勻攪拌 60min.待反應(yīng)完成后,取5.0mL上清液放入50mL比色管中,加入 5.0mL 王水(HNO3：HCl=1：3),水浴 90min 后,定容,測定上清液重金屬含量.

1.3 實驗分析項目

污泥泥餅中的重金屬采用 HCl-HNO3-HClO4法消解[17],污泥上清液重金屬采用王水水浴法消解,并用 ICP(ICPMA8300,Perkinelmer)及原子吸收石墨爐(GTA120,Varian)來測定重金屬含量;污泥含水率采用重量法;污泥比阻采用布氏漏斗抽濾法[18];污泥 TSS、SV30采用標(biāo)準(zhǔn)方法;上清液 COD采用重鉻酸鉀法-硫酸亞鐵銨滴定法;上清液TP采用鉬酸銨分光光度法[19];上清液TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[20].實驗結(jié)果取 3次的平均值表示,并采用 SPSS Statistics V21.0軟件和Origin V8.0分別對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和繪圖.

2.1 K2S2O8對污泥處理前后脫水性能的影響

2.1.1 濾餅含水率Wc及污泥沉降比SV30由于污泥細(xì)胞表面附著大量不溶性有機物-胞外聚合物(EPS)[21],如何將污泥中的 EPS進(jìn)行有效分解是解決污泥脫水困難的關(guān)鍵問題.傳統(tǒng)的 Fenton氧化技術(shù)通過產(chǎn)生強氧化性的·OH,將蛋白質(zhì)、多聚糖等有機大分子物質(zhì)降解,使得包括污泥細(xì)胞壁在內(nèi)的一系列結(jié)構(gòu)破壞,起到改善污泥脫水性能的效果[22].而基于過硫酸鹽的氧化同樣可以促進(jìn)污泥的破解,提升污泥的脫水性能[23].在 pH=2,溫度25℃,反應(yīng)1h的條件下投加量對污泥濾餅含水率Wc以及污泥沉降比SV30的影響如圖1所示.

先對未經(jīng)任何處理的原污泥濾餅含水率(83.5%,pH=6.61)同K2S2O8投加量為0時的濾餅(82.6%,pH=2)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)經(jīng)適當(dāng)酸處理后,污泥可脫水程度得到提高,濾餅含水率降低[24].當(dāng)污泥投加0.67g/g SS的K2S2O8后,濾餅含水率和污泥沉降比均明顯下降.其中,Wc由82.6%降低至76.5%,SV30由65%下降至44%.當(dāng)K2S2O8的投加量增長至2.01g/g SS,Wc隨著K2S2O8投加量的增加而減小且趨勢逐漸變緩,在投加量為 2.01g/g SS時,Wc達(dá)到最低值,為 74.7%.當(dāng)投加量大于2.01g/g SS,Wc隨著K2S2O8投加量增加出現(xiàn)小幅上升的現(xiàn)象.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是,過硫酸鹽作為非選擇性氧化劑,可對污泥起一定的氧化作用,降低污泥的含水率,改善污泥脫水性能.但過硫酸鹽在常溫下性質(zhì)較為穩(wěn)定,常需要采取不同的活化方式來促進(jìn)過硫酸鹽分解生成硫酸根自由基(SO-4i),且投加過量的K2S2O8不僅不會提高體系的反應(yīng)速率[25],反而會成為SO-4i的淬滅劑[26-27],并且影響硫酸根自由基對污泥的氧化作用,見式(1)和式(2)[28].

圖1 K2S2O8濃度對濾餅含水率與污泥沉降比的影響Fig.1 Effect of K2S2O8 dosage on the water content of sludge cake and SV30

這與唐海等[29]的研究結(jié)果相似,其研究 Fe2+活化S2O28-時發(fā)現(xiàn),逐漸增加S2O28-的投加量(Fe2+與S2O28-物質(zhì)的量比固定),污泥的相對疏水性(RH)呈上升趨勢,污泥脫水性能得到改善.隨著S2O28-投加量超過一定值時,RH開始出現(xiàn)下降的趨勢,氧化效率不再提高.

2 結(jié)果與討論

2.1.2 污泥比阻 SRF 通過采用測定污泥比阻的方法[18]來評價氧化處理后的污泥過濾性能.如圖2所示,K2S2O8投加量小于2.01g/g SS時,污泥比阻SRF隨著投加量的增加呈現(xiàn)不斷下降的趨勢.當(dāng)投加量為2.01g/g SS時,污泥受到的單位過濾面積阻力最小,污泥比阻降至最低,為 5.19×108S2/g.這是因為,隨著 K2S2O8投加量的增加,產(chǎn)生具有強氧化性的硫酸根自由基(SO4-i)的量也相應(yīng)增多,提高了污泥胞外聚合物(EPS)的分解效率,污泥比阻降低[30].而 K2S2O8投加量大于2.01g/g SS,污泥比阻會隨著投加量的增加而增加.這也與宋秀蘭等[23]研究的結(jié)果相符,她研究了單獨投加 K2S2O8和采用過渡金屬 Fe2+活化K2S2O8對污泥脫水性能的影響,發(fā)現(xiàn)單獨投加K2S2O8至一定濃度(1.2mmol/g VSS)時,污泥比阻可達(dá)到最低值,隨后增大投加量,污泥比阻會略微增加.通過投加適量Fe2+來激活K2S2O8調(diào)理污泥,可進(jìn)一步降低污泥比阻.結(jié)合圖1分析,污泥含水率的變化趨勢與污泥比阻基本類似,適量的K2S2O8可改善污泥的脫水性能,投加過量的K2S2O8不僅不會使氧化效果得到提高,反而會導(dǎo)致污泥比阻略微上升.通過實驗結(jié)果可知,K2S2O8投加量在1.34g/g SS時,相比原污泥,Wc、SV30、SRF均明顯下降.增大投加量雖然可使污泥比阻進(jìn)一步降低,但濾餅含水率變化不大.綜上所述,1.34g/g SS為K2S2O8的最佳投加量.

圖2 K2S2O8濃度對污泥比阻的影響Fig.2 Effect of K2S2O8 dosage on the specific cake resistance

2.2 K2S2O8對污泥重金屬去除的影響

2.2.1 初始 pH值對污泥重金屬去除的影響 重金屬對反應(yīng)體系的 pH 值較為敏感,實驗首先考察了在不同pH值條件下,投加1.34g/g SS的K2S2O8處理污泥后對重金屬去除效率的影響,見圖3.

圖3 不同pH值對K2S2O8去除污泥重金屬的影響Fig.3 Removal rate of heavy metals on different pH by potassium persulfate oxidation of sewage sludge

在酸性條件下,過硫酸根可以通過質(zhì)子催化形成硫酸根自由基來氧化包括重金屬在內(nèi)的大多數(shù)污染物,見式(3)和式(4)[31].

式(4)中形成的硫酸根自由基轉(zhuǎn)化為硫酸根SO24-,同時又與水反應(yīng)生成·OH.此時,形成的·OH與SO-4i共同氧化污染物質(zhì)[32],見式(5).

圖3中,K2S2O8在pH 1～3間對各重金屬有著很好的去除效果.其中,Pb受pH值影響相比Zn、Cu、Cd更大,這可能是因為溶液含有的SO2-4離子會與釋放到液相中的部分Pb離子生成穩(wěn)定的硫酸鉛沉淀[33].隨著pH值從3升至5后,各重金屬的去除效果均出現(xiàn)下降趨勢.需要討論的是,一些學(xué)者在利用 Fe2+活化過硫酸鹽處理污泥時,認(rèn)為強酸條件下會引起硫酸根自由基的加速形成,而在自由基濃度過高的情況下,會使自由基發(fā)生自我消除,抑制自由基對污泥的氧化作用,從而影響污泥脫水效果.因此,所使用的污泥均未調(diào)節(jié)初始pH值,使反應(yīng)均在 pH值為 6左右下進(jìn)行[34-35].而陳曉旸等[27]采用 UV/K2S2O8處理偶氮染料AO7時發(fā)現(xiàn), AO7在酸性條件下降解的速率要大于在中、堿性條件下的降解速率,即增大pH值不利于過硫酸鹽的活化.以上結(jié)論說明,pH環(huán)境直接影響了K2S2O8體系的反應(yīng)速率以及硫酸根自由基的生成.在Fe2+/K2S2O8體系中,Fe2+與過硫酸鹽反應(yīng)可生成大量具有強氧化性的SO4-i,如式(6)所示[36].

當(dāng) Fe2+濃度過高,會直接消耗SO4-i,如式(7)所示[37].

如果 Fe2+/K2S2O8體系在強酸條件下進(jìn)行,結(jié)合反應(yīng)式(3)和(4)來看,溶液中 Fe2+與 H+均會與 K2S2O8反應(yīng),加速體系中更多的SO4-i生成,而SO-i過量則直接生成硫酸根 SO2-4,從而導(dǎo)致氧4化效率降低.而在酸性條件下單獨投加 K2S2O8,H+主要與S2O2-8催化生成SO4-i.當(dāng) pH 值升高,不利于SO4-i的生成,對污泥重金屬的去除能力降低.而且酸性條件有利于重金屬的浸出,溶液中的氫離子會與大部分金屬或其化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng),奪取金屬原子的核外電子,使金屬原子和化合物轉(zhuǎn)化為離子溶出.從本實驗結(jié)果來看,一些依賴于酸度的重金屬元素Pb、Zn、Cu、Cd,隨著 pH 值的降低,溶出能力逐漸增強[38].并且在一定酸性環(huán)境下(pH 2或3),能夠進(jìn)一步提高污泥的可脫水性[39].實驗中,分別對pH值在2和3反應(yīng)下的濾餅測定含固率,發(fā)現(xiàn)pH 2相比3有著更好的脫水效果(濾餅含固率分別為17.4%、16.9%).

綜合來看,pH值在2和3下,均能提高重金屬的去除效率,有利于污泥重金屬的溶出.當(dāng) pH值為3時,用來調(diào)節(jié)初始pH值的用酸量更小,成本相對更低.但脫水效果相較2稍差一些.

2.2.2 不同濃度的K2S2O8對污泥重金屬去除的影響 ·OH 本身具有極強的氧化性質(zhì),能將污泥中較穩(wěn)定的有機結(jié)合態(tài)和以硫化物形式存在的重金屬氧化、溶出[40].而SO4-i的氧化還原電位(E0=+2.60V)與羥基自由基·OH(E0=+2.80V)類似,同樣具有較強的氧化能力[41].其中 K2S2O8的濃度是形成硫酸根自由基多少的關(guān)鍵因素,直接影響到污泥的氧化效果.為了探究污泥在最佳脫水效果的條件下(pH=2),K2S2O8的濃度對重金屬的去除影響.實驗對調(diào)理后的污泥泥餅進(jìn)行重金屬含量測定,其去除率結(jié)果如表2所示.

表2 K2S2O8濃度對污泥重金屬去除率的影響(%)Table 2 Removal rate of heavy metals affected by K2S2O8 dosage in sewage sludge (%)

圖4 K2S2O8濃度對污泥上清液pH值的影響Fig.4 Effect of K2S2O8 dosage on the pH of sludge supernatant

通過表2發(fā)現(xiàn),K2S2O8投加量在小于2.01g/g SS時,各重金屬的去除率隨投加量的增加而增加.在酸性環(huán)境下,K2S2O8主要以SO4-i作為活性物反應(yīng).產(chǎn)生的SO4-i可有效去除污泥中絕大部分的Pb、Zn、Cu、Cd.其中,增加 K2S2O8的濃度,SO4-i的量相應(yīng)增加,氧化效率提高.當(dāng) K2S2O8投加量大于2.01g/g SS時,去除率增長變緩.這可能是因為,增加 K2S2O8的濃度,溶液中新增的SO4-i會與之前的SO4-i反應(yīng)生成過硫酸根(S2O82-)(式 1),而S2O82-又與溶液中的SO4-i直接生成硫酸根SO42-(式 2),此時對污泥的氧化效率不再提高,重金屬去除率略微增加.綜合前面脫水部分的內(nèi)容來看,投加1.34,2.01g/g SS K2S2O8均能對污泥起到良好的脫水效果.盡管投加量為2.01g/g SS時,對重金屬有著更好的去除效果,但投加藥劑的成本也相應(yīng)提高.

由于溶液中生成的S2O2-8在酸性條件下會與溶液中 H+發(fā)生反應(yīng),并通過質(zhì)子催化形成 SO·-4(式3、4),可能會導(dǎo)致pH上升.圖4中,氧化處理后的污泥pH值均有所上升.

2.3 K2S2O8對污泥其它指標(biāo)的影響

考察了上清液 COD、TN、TP及污泥 TSS指標(biāo).收集 K2S2O8氧化處理后的污泥上清液,考察K2S2O8投加量對上清液COD、TP、TN及污泥TSS指標(biāo)的影響.結(jié)果見表3、表4.

表3 K2S2O8投加量對污泥上清液水質(zhì)指標(biāo)的影響Table 3 Effect of K2S2O8 dosage on the water qualityindexes of sludge supernatant

表4 K2S2O8投加量對污泥TSS指標(biāo)的影響Table 4 Effect of K2S2O8 dosage on the total suspended solid of sludge

表3中,同對照實驗比較,投加K2S2O8處理后的污泥,會顯著提高上清液中COD、TN、TP的含量,污泥TSS含量降低.出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是,在SO4-i的氧化作用下,導(dǎo)致污泥的胞外聚合物(EPS)及細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,層組分分布發(fā)生變化,原有的一些不溶性物質(zhì),如蛋白質(zhì)、核酸等高分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)釋放到液體中去.這與梁花梅等[15]研究的結(jié)果相符,結(jié)果表明,每克污泥SS中K2S2O8投加量由0增至0.5g,污泥上清液SCOD、TP、TN含量同對照實驗相比,分別增加了65%、60%和 46%,且隨投加量的增長,溶解率越高,各指標(biāo)含量變化總體呈上升趨勢.

實驗中,增加 K2S2O8投加量,產(chǎn)生的硫酸根自由基(SO4-i)的量也相應(yīng)增加,提高了氧化效率.污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)被氧化破解,胞內(nèi)的物質(zhì)被釋放出來,使得 COD 的增長呈線性上升趨勢.同時極大的提高了污泥上清液中 TN、TP的含量.當(dāng)K2S2O8投加量過高時,氧化效率降低,使得趨勢逐漸減小.同時,K2S2O8也能夠促進(jìn)污泥絮體的解體,減少污泥中的懸浮物質(zhì)[42],表4中,污泥TSS的質(zhì)量濃度隨著投加量的增加逐漸下降.

2.4 污泥上清液重金屬的去除

2.4.1 CaO劑量對上清液重金屬去除的影響 由于污泥受到氧化破解,污泥內(nèi)重金屬轉(zhuǎn)移至液體中,使上清液重金屬濃度升高.結(jié)合表1中的污泥重金屬含量以及K2S2O8投加量為1.34g/g SS時的重金屬去除率來計算,原污泥含固率約為3.5%,1L上清液中Pb、Zn、Cu、Cd的含量則分別為：0.427,1.56,0.82,0.0035mg.由于受儀器、消解程度等誤差的影響,投加1.34g/g SS的K2S2O8氧化后的上清液重金屬實測數(shù)值如表5所示.

表5 污泥上清液中重金屬含量值(mg/L)Table 5 The content of heavy metals in sludgesupernatant (mg/L)

為了去除上清液中的重金屬,實驗對K2S2O8投加量為 1.34g/g SS時的上清液添加不同劑量的CaO,上清液重金屬的去除效果如表6所示.

表6中,CaO溶于水后生成的OH-可以對上清液水中的重金屬離子起到一定的捕捉作用,使其生成難溶于水的沉淀物[43].在反應(yīng)時間 1h,溫度25℃下,投加0.025%的CaO,對重金屬Pb、Zn、Cu、Cd的去除效果并不明顯.加大 CaO的投加量,各重金屬去除率逐漸增大.當(dāng)投加量為0.075%時,可相應(yīng)去除上清液中 16.95%的 Pb、54.70%的Zn、58.90%的Cu以及21.95%的Cd.繼續(xù)增大投加量至 0.5%時,液體中重金屬 Pb、Zn、Cu、Cd的含量可進(jìn)一步降低,去除率分別達(dá)到59.55%、83.45%、78.95%、57.00%.本實驗中,盡管CaO投加量在0.5%時,對重金屬有著最佳的去除效果.但對比投加量在 0.075%時,不僅所需的成本需要提高幾倍,且液體隨著投加量的加大由澄清逐漸變?yōu)闇啙?對于Pb、Cd含量不高的上清液來說,經(jīng) 0.075%的 CaO處理后,各重金屬均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)[44]的要求.而處理一些重金屬含量較高的上清液時,可考慮適當(dāng)加大CaO的投加量,提高對上清液重金屬的去除效果.

表6 CaO劑量對污泥上清液重金屬去除率的影響(%)Table 6 Removal rate of heavy metals affected by CaO dosage in sludge supernatant (%)

圖5 CaO濃度對污泥上清液pH值的影響Fig.5 Effect of CaO dosage on the pH of sludge supernatant

2.4.2 投加CaO后上清液各項指標(biāo)的變化 由表7可知,經(jīng)不同濃度的 CaO處理 K2S2O8(1.34g/g SS)氧化后的上清液,COD、TN、TP均有不同程度的變化.結(jié)合表3來看, TN、TP去除率隨著投加量的增加,逐漸上升,對磷的去除效果最明顯.這是因為溶液中的鈣離子與水中的磷結(jié)合,生成溶解度較小的沉淀物[45].也有學(xué)者指出[46],當(dāng)pH值＞10時,磷主要以HPO2-4和PO3-4形態(tài)存在, 較易與鈣離子形成 Ca3(PO4)2沉淀而去除.此外,投加CaO對上清液COD沒有較大變化.由于廢水中的大分子有機物質(zhì)存在的狀態(tài)復(fù)雜,有游離性的,也有聚合型的;或與水中其它雜質(zhì)反應(yīng),生成新的化合物.而 K2S2O8破解污泥后可能主要以大分子有機物質(zhì)的狀態(tài)存在,需要進(jìn)一步研究K2S2O8對污泥破解的機理.

表7 CaO投加量對污泥上清液水質(zhì)指標(biāo)的影響Table 7 Effect of CaO dosage on the water quality indexes of sludge supernatant

對2.4.1節(jié)中的重金屬集中處理后,上清液可考慮重新回流至污水處理池,利用生化系統(tǒng)來降低 COD含量,使這部分上清液能夠被循環(huán)利用.那么投加過量CaO處理的上清液, TN、TP含量較低,不會對正常處理的污水造成氮磷污染,但極高的pH值和渾濁的水質(zhì)會增加污水處理的難度.相反,投加量過低,仍含有大量重金屬且 TN、TP含量較高,回流后增加水體的污染程度.根據(jù)圖5、表7中的pH值、TN、TP等指標(biāo)結(jié)果來看,經(jīng)0.075%～0.1%的CaO處理后的上清液,回流至污水處理池后不會對污水處理造成較大負(fù)擔(dān),通過水廠工藝處理后可與污水一同排放.

3 結(jié)論

3.1 經(jīng) K2S2O8處理后的污泥,能夠改善污泥的脫水性能,污泥內(nèi)重金屬含量明顯降低,有利于污泥的后續(xù)處理.氧化污泥的最佳反應(yīng)條件為：pH值2.0,K2S2O8投加量為1.34g/g SS.在該反應(yīng)條件下,于25℃,反應(yīng)1.0h,濾餅含水率可由82.6%下降至 74.8%,污泥比阻由 6.70×108S2/g下降至5.43×108S2/g.同時,污泥中 59.65%的 Pb、85.15%的Zn、84.55%的Cu以及84.05%的Cd可以被去除.

3.2 K2S2O8氧化污泥后,會顯著提高污泥上清液中COD、TN、TP的濃度.同時,也會使上清液重金屬含量升高.對上清液投加 0.075%的 CaO,溶液 pH值升高至 8.98,同時可相應(yīng)去除上清液16.95%的Pb、54.70%的Zn、58.90%的Cu以及21.95%的 Cd.處理后的溶液重金屬含量均低于排放標(biāo)準(zhǔn)的要求.此外,經(jīng)氧化鈣處理后的上清液,可去除約32%的TN和71.4%的TP,但COD變化不大.處理后的上清液可重新回流至污水處理池,與污水一同處理后排放.

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