电化学联合高铁酸钾对剩余污泥的调理研究

2018-11-28罗宿星母应丹伍远辉

遵义师范学院学报 2018年6期

罗宿星，母应丹，伍远辉

（遵义师范学院化学化工学院，贵州遵义563006）

污水处理厂剩余污泥含水率高（大于95%）、体积庞大、水分难以脱除，污泥的调理直接影响污泥的脱水效率[1]，调理可极大改善污泥的脱水性能。污泥调理最常见的是采用微波、超声、辐射等物理调理，及添加氧化剂、酸、盐、表面活性剂等化学调理[2]。但单独使用物理调理和化学调理均存在一定的缺陷[3-4],目前不少学者使用物理和化学调理联合，获得了良好的效果[5-8]。

电化学方法调理污泥产生的强氧化性·OH能破坏污泥的胶团结构，使污泥的脱水性能得到改善[9-10]。电化学污泥减量处理具有后续处理简单，占地面积小，管理方便等优点。高铁酸钾具有强氧化性，可破坏污泥的胞外聚合物（EPS），氧化分解后可生成具有良好絮凝能力的氢氧化铁胶体，从而提高污泥的脱水性，且具有一定的杀菌能力，是一种多功能高效的绿色氧化剂[11]。本文采用电化学联合高铁酸钾对污泥进行了调理，改善了污泥的性能。

1 材料与方法

1.1 污泥来源及理化性质

原污泥取自遵义市自来水有限责任公司高桥污水处理厂废水处理系统的剩余污泥，静置自然沉淀，倾倒上清液，置于4℃冰箱备用。污泥理化性质,见表1。

表1 本试验污泥样品的理化性质

1.2 实验仪器与试剂

电化学调理装置为自制，材料为有机玻璃，内径为15cm的圆柱形反应器，采用SW-17直流恒压电源，总体积为3.0L；CST测定仪(304M，TritonElectronics)；高铁酸钾（上海麦克林生化科技有限公司），其他试剂均为国产分析纯。本文实验向污泥中添加一定量的高铁酸钾后，充分搅拌，静置20min，分别采用Ir/RuO2和Ti/RuO2作为阳极和阴极，间距为4cm，电压为30V，处理时间为120min，为增加污泥的导电性，加入0.2mol/L的NaCl作为支持电解质。

1.3 测试指标

测量污泥毛细吸水时间（CST）、粘度、污泥上清液中的总溶解物、蛋白质、多糖含量、Zeta电势等物理量的变化值，探讨电化学联合高铁酸钾的调理效果。

采用考马斯亮蓝G-250方法测定污泥上清液中蛋白质的含量；采用苯酚-硫酸法测定污泥上清液中多糖。

2 结果与讨论

2.1 高铁酸钾投加量的影响

CST值是指污泥通过特定吸水滤纸产生的毛细吸水压力从污泥中吸收水分，滤液渗透2cm所需的时间。CST值越小，说明污泥的过滤脱水性能越好。在经过对比实验确认电化学联合高铁酸钾对污泥的调理作用大于单独电化学处理及单独高铁酸钾处理后，调节污泥初始pH为10，探讨了高铁酸钾投加量的影响。由图1可知，随着高铁酸钾投加量的增加，污泥的 CST值及粘度均先减少再增加。当高铁酸钾投加量为0.15g/g时，污泥的CST值及粘度达到最低值。这可能是由于电化学作用过程中产生·OH能协同高铁酸钾的强氧化能力，严重破坏污泥絮体，产生的氢氧化铁胶体有絮凝作用，降低了污泥的粘度，提高了污泥的脱水性能。但当高铁酸钾投加量大于0.15g/g时，高铁酸钾氧化性过强，污泥絮体被过度破坏，导致污泥粒径变小，粘度增加，不利于脱水。

2.2 污泥初始pH的影响

由图2可知，CST值随着污泥初始pH的增加而减少，当pH为11时，CST值最小。这可能是由于随着pH值增加，高铁酸钾稳定性升高，氧化能力增强所致。当pH值过大，高铁酸钾氧化性会减弱。

2.3 电化学联合高铁酸钾调理对污泥破解的影响

污泥胞外聚合物（EPS）是在一定环境条件下微生物产生的高分子物质，占污泥中总微生物量的60-80%[12]，主要成分为蛋白质、多糖、DNA等聚合物，呈胶体结构，EPS的分布及化学组成对污泥的脱水性能有重要影响。Houghton等[13]研究表明当污泥中EPS的含量达到一定值时污泥的脱水性能最好。Higgins和Novak[14]研究表明蛋白质和多糖的含量显著影响污泥的脱水性能。本文研究了电化学联合高铁酸钾调理对污泥破解的影响。如图3所示，由图可知，污泥上清液中总溶解物、蛋白质含量急剧增加，说明污泥经电化学联合高铁酸钾调理后，污泥絮体结构被严重破坏，溶解性的有机物被大量释放至水相，导致水相中总溶解物、蛋白质含量急剧增加，有利于改善污泥的脱水性能。多糖含量下降，这可能是释放出的多糖被高铁酸钾氧化成了小分子物质所致。

2.4 电化学联合高铁酸钾调理对污泥Zeta电势的影响

污泥中胞外聚合物（EPS）的含量直接影响污泥的带电性及絮凝稳定性，因含有羟基、磷酸基、磺酸基、羧基等集团而使污泥表面带负电，研究表明，当胶体的Zeta电势的绝对值大于20mV，表明胶体稳定性良好[15]。由图4可知，未处理前污泥Zeta电势达到-32mV，污泥稳定性良好，污泥脱水性能差。由图可知，污泥经电化学联合高铁酸钾调理后，Zeta电势增加，其绝对值小于20mV，说明污泥结构被有效破坏，EPS被分解，污泥表面带负电基团含量减少，Zeta电势绝对值减少，有利于改善污泥的脱水性能。