的渗滤液释放和微观结构下的污水污泥厌氧发酵

文摘

污染物释放、孔隙结构和热污水污泥在厌氧发酵的影响。结果表明,pH值首先拒绝然后增加在厌氧发酵。的生化需氧量₅污水污泥有机物拒绝,BOD₅样本原本中立的下降多达53.6%。样本相对发达的微孔。最大的吸附量是69.2厘米³/ g。平均孔径扩大约16.0 - -19.8%在厌氧发酵。存在吸热谷在加热过程中0 - 200^∘C因为脱水,质量损失为60.9 -72.5%。样品的吸热谷波动在厌氧发酵的第14天。在加热过程中,200 - 600^∘C,存在放热峰,因为有机物的氧化和燃烧。原本中性的样品的曲线有较大吸热谷和放热峰。

1。介绍

作为一种副产品生产的处理城市污水,污水污泥的性质,如高含水量、易腐性、不稳定性,和腐烂的气味。污水污泥造成的环境问题也是最突出的目前和未来1]。根据相关研究,产生的污水污泥的数量在全国是2.241×10⁷t一年,一半没有无害处理,造成的污染空气、土壤和水(2]。

如今,污水污泥的治疗主要是卫生填埋和焚烧3- - - - - -5]。然而,由于属性如水分含量高、污染、和不良工程特性的污水污泥,上述治疗仅限于足够把污水污泥(6,7]。因此,污水污泥的厌氧发酵方法广泛应用于污水污泥的处理,也从世界各地的学者重视8]。在这种方法中,大部分的污水污泥中有机物转化成有用的能源微生物的厌氧发酵。此外,大量的氮、磷、钾可以分开发酵产生的渗滤液,使污水污泥的回收容易得多。这种方法还可以帮助稳定和减少污水污泥的数量,使其无害的(9]。至于目前厌氧发酵的过程,许多研究者关注是氮和磷的释放。然而,pH值的研究影响厌氧发酵的效率和污水污泥的微观结构的变化规律是少得多(10]。

在这个页面中,原始pH值的影响厌氧发酵的效率决定通过分析孔隙结构和厌氧发酵的热效应。pH值、有机质含量和BOD₅样品的不同初始pH值测定污染物释放测试;孔隙结构的变化在厌氧发酵是由静态氮吸附试验。组件和阶段变形规则过程中测定TG-DTA测试。

2。材料和方法

2.1。材料试验

为了观察不同初始pH值的影响样品的释放污水污泥渗滤液及其微观结构的规则,使用的样本测试分别取自Tangxun湖污水处理厂(如样品我),这个Hanxi污水处理厂(样本II)和沙湖污水处理厂(如样本III)。自污水污泥等影响因素的数量轻工业企业,核电站周围居民的数量和原来的水分含量,测试样品的pH值严格执行中国标准:质量测定水的pH值value-glass电极方法(GB / T 6920 - 86)。和原始样本的pH值5.89,6.96,和8.13命名为样本,样本II, III和样本分别。污水污泥的物理性质见表1。

自扫描电子显微镜(SEM)照片和孔隙volume-pore曲线的三种样本大小相似,样品的扫描电镜照片和曲线二世被选为分析模型。样品二世的SEM照片如图1大小,孔隙volume-pore曲线如图2。从图片和曲线,结果表明,样本由许多microtablets,和连接之间的平板电脑是强大和孔隙相对较小。孔隙体积的分布相对均匀,孔隙体积的最大价值是0.157厘米³/ g。孔2和4纳米之间的比例相对较大。

2.2。测试方法

在测试之前,一个小洞的上端了锥形强盗插头,和anticontaminating橡胶油管插入孔,使其互相强连通。然后,大的杂物在污水污泥手动删除。在测试中,污水污泥与原来不同的pH值分别放入500毫升锥形烧瓶。在每一个烧瓶,污水污泥样品的重量是240克。凡士林是刷的瓶颈锥形烧瓶,和水瓶被橡胶密封塞之前准备好。的另一端橡胶油管的插头是包含蒸馏水放入一个容器,确保密封的锥形瓶是在厌氧条件。之后,锥形烧瓶内保持在恒温水浴箱(金坛城徽仪器工厂),控制温度在95°C,提高污水污泥的厌氧发酵的效率(11]。

锥形烧瓶内取出,放入一个容器与氧气二十,7日,10日,14日,17日,21日,28日天的开始厌氧发酵后,分别。烧瓶内取出时,一个小的污水污泥是取出滤网放在瓶的瓶颈。然后,渗滤液在瓶倒进一个小烧杯。然后再次烧瓶是密封的,把回水浴箱。

2.2.1。污染物排放测试

pH值和污水污泥的有机质含量和pH值之间的关系,有机质含量,厌氧发酵的时间进行测试根据测定方法对市政污泥在污水处理厂(CJ / T 221 - 2005)。根据水质量测定5天后生化需氧量(BOD₅稀释和播种方法(HJ 505 - 2009)和水质量测定的化学氧要求更快digestion-spectrophotometric方法(HJ / T 399 - 2007), BOD₅和鳕鱼的渗滤液样品测定和它们之间的关系,分析了厌氧发酵的时间。

2.2.2。静氮吸附试验

孔隙结构的污水污泥的性质与原来不同的pH值在14日和28日天厌氧发酵是由静氮试验,使用JW-BK静态氮吸附仪(北京JWGB Sci。科技。有限公司)。在测试,温度的饱和温度液态氮,氮(99.9%)被用来作为吸附介质。的相对压力比/(在低温氮吸附,平衡压力和是饱和压力)在0.01和0.995之间。上述条件下,22分的比例/被选出的等温吸附和解吸。孔隙尺寸和孔隙体积的分布在测试是由标准的选择方法12]。

2.2.3。TG-DTA测试

在测试中,三种样本,分别在14日和28日天厌氧发酵。测试热重量分析法(TG)和微分热tnalysis (DTA)的样本,TG-DTA同步热分析仪(北京Henven科学仪器工厂)应用于样品的测试分析结果和变形阶段。分析仪的温度的范围是0 - 1000°C和鼓励率控制在10°C /分钟。

3所示。结果和讨论

3.1。发布规则的渗滤液

pH值之间的变化关系,有机质含量,厌氧发酵的时候是显示在图3。从图可以得出,pH值随着时间的曲线是一个凹曲线。曲线,pH值的样本我,二世和三世拒绝5.61,6.61,和7.74,分别在7天的污水污泥的厌氧发酵。当测试结束时,样品我和三世的pH值的变化逐渐稳定,初始pH值之间的差值和最后的pH值相对较小。然而,最终的pH值的样本二世与原始值相比增加了4.50 - -7.27%。从图4,结果表明,样品的有机质含量逐渐下降的持续发酵,减少是快速在厌氧发酵的开始。28天之后,有机质含量下降27.5 - -37.3%相比原来的内容。样品我和三世的降低利率逐渐稳定,当样本二世还慢慢减少。

起初,有机物和引起酸化的细菌的相互作用下,蛋白质和部分样本中的不溶性有机物转化为水溶性物质,如单糖氨基酸、脂肪酸、低释放的胞外酶的细菌。然后,上面的水溶性物质生产转化为大量的二氧化碳(有限公司₂)、乙酸(CH₃羧基),由内酶和能量,使渗滤液的酸性更强。因此,pH值的样品开始减少和有机质含量也迅速下降的发酵。持续的厌氧发酵产甲烷菌的作用,有机酸是解决和甲烷被释放了。在这个过程中,很容易对有机酸结合各种形式的氮(如,)在污水污泥和少量氨气(NH)₃)被释放,加速提高渗滤液的pH值(13,14]。研究表明,产甲烷菌的生活的合适的pH值是6.80 - -7.20。当pH值小于6.00或大于8.00,产甲烷菌的适应能力相对较低。因此,产甲烷菌的活性在第二样本相对较高,导致了更重要的增加率的pH值与样品相比我和III (15]。

BOD的变化关系₅和时间的厌氧发酵是如图5。从图可以得出,在污水污泥发酵,微生物可能大大消化污泥中的有机物。详细的开始发酵,由于没有进口氮在这样一个封闭的环境中,需氧菌不能住剩下的容器中的氧气被消耗后,导致了需氧菌的数量的减少。同时,厌氧菌的活性,如引起酸化的细菌,逐渐变得更强,他们可以有效地消化大量的可生物降解有机物,导致低BOD的速度增加₅初发酵和厌氧发酵的快速增长率后2天。当实验完成后,减少的BOD₅较原始的样品是36.1 -53.6%。

持续的厌氧发酵,污水污泥中的不溶性有机物也解决了大量的可溶性有机物(如CH₃羧基)外源的水,使第二消化微生物更加困难。因此,降解率最终极大地受到外部因素的影响。当生活环境不适合微生物,它们的育种和繁殖能力相对较弱,影响BOD的降解效率₅在渗滤液。

3.2。孔隙结构

自从adsorption-desorption等温线不同样本的厌氧发酵是类似的,在adsorption-desorption等温线样本二世的第14天发酵被选为模型进行分析。从图6,显示等温线属于第四类根据IUPAC分类方法。等温线,可以看出当的比率/很小,有压花的曲线主要是由于氮的吸附发生孔外墙上的污水污泥颗粒。然后,吸附量线性增加的比例/。当的比率/增加到0.3,吸附等温线和解吸等温线开始分离和吸附解吸落后的过程;因此,出现了一个磁滞回线的H₃善良的。这种现象是因为外墙的污水污泥的吸附粒子达到饱和,毛孔逐渐充满氮气,导致一开始吸附毛孔内墙上的粒子。

自内部孔隙粗糙,毛孔是瓶颈,更容易吸附氮和形式障碍顶部的孔来帮助阻止快速释放的氮气解吸过程。当的比率/大于0.6,孔隙的吸附发生在墙上,渐渐饱和;因此,吸附毛孔开始的腔。因为孔的空腔相对较大,能够容纳大的吸附量,吸附量在这个时期和磁滞回线的面积都显著增加。的最大吸附量是一样大69.24厘米³/ g。

孔隙的分布曲线volume-pore样本的大小,II, III中给出的数字7- - - - - -9。样品的平均孔隙大小,II, III表所示2。毛孔根据IUPAC发布的标准,可以分为三种类型根据其孔隙大小。大孔隙是大于50 nm,中孔2至50 nm,微孔小于2纳米(16]。从这些数据7- - - - - -9,它可以吸引,厌氧发酵后,微孔的比例相对较大时,污水污泥颗粒小于6海里。比例略有增加,孔隙大小大于14 nm。孔隙体积的曲线类似于一条线;三种样品的最大孔隙体积相似,从0.126到0.178厘米³/ g。

与样品的孔隙大小在厌氧发酵的第14天,样品在28天的平均孔隙大小增加约13.3 - -16.7%,最大值的孔隙体积的样品在14日和28日天都有轻微的增加。这背后的原因是,在厌氧发酵的开始,污水污泥主要是由大量的有机物大分子化合物。孔隙形成时,外部和内部的孔隙都是粗糙的。外源的微生物感染的水包含在毛孔。持久的发酵和连续流的水毛孔,毛孔内的降解有机物和污泥颗粒表面微生物的消耗。微生物滋养自己,乘以这种方式,导致BOD的减少₅和平滑的表面孔隙。因此,发酵的28天,比表面的区域三种样品都小于14天。孔隙体积和孔隙的平均尺寸在28日一天都增加了第14天相比。

规则分布的孔隙volume-pore大小是厌氧发酵的环境条件密切相关。当实验完成后,样品的总孔隙体积二世是0.178厘米³/ g增加33.8%和10.6%,分别与样品相比我和III。同时,样本的平均孔隙大小二世在发酵也比样品我和III。第二样品的比表面积较小,表明样本二世的生活环境是酸性更强,导致活动的减弱的产甲烷菌在发酵。因此,在此期间,产甲烷菌消耗有机物的能力减弱,导致很多有机剩余污泥颗粒的孔隙壁的最后测试。正因为如此,总孔隙体积和平均孔径很小,和比表面积大。

3.3。热效果

热效应的规则在14日,28日天的厌氧发酵是如图10和11。和样品的质量损失在不同加热温度下表3。指的是分析化学手册(热分析),热效应的变化发生在任何物理或化学变化将导致减少的TG曲线,吸热谷,放热峰的DTA曲线。

从数据10和11,它表明每个样本的质量损失范围从60.9到72.5%,形成超过85%的总质量损失当加热温度在0°C和200°C之间。这仍然发生,因为污水污泥含有多少水分从处理厂时,即使是机械脱水。因此,自由水的质量和weak-bounded水污水污泥颗粒被在这个温度,并存在一个吸热谷在曲线上。当温度上升到200 - 600°C,质量损失是7 - 13%,这主要是由于有机物的燃烧和污水污泥中的微生物。时,出现一个放热峰温度为300°C。同时,微生物死于高温引起的热氧化裂解产生的有机物和微生物。温度为480°C时,由于可燃有机物燃烧的条件和产生热量,放热峰是更重要的。此外,当温度高于600°C, TG和DTA曲线都逐渐稳定,并没有更严重的吸热或放热反应。在此期间,污水污泥中的有机物的含量非常低,粒子的安排和组件已经被改变了。当时,只有存在少量的火山灰的精神氧化高熔点和strong-bounded水没有从粒子在加热过程中删除。

的TG曲线样本第14天的厌氧发酵,结果表明,发生了明显的波动在吸热谷100 - 200°C,它消失在28天的发酵。因为微生物有相对较高的活动在第14天,解决有机物的反应更严重。根据孔隙结构的分析,存在一个小自由水在孔隙和孔隙的洞是很小的。当温度高,热导率的墙孔不同于外面的里面。因此,墙内的温度比外面低,导致这一事实自由水的脱水首先发生在外墙的内侧壁孔。28天后的厌氧发酵,因为有机的内外壁表面的孔隙和孔隙的洞是退化的,墙变得更薄,洞里变得更大。因此,导热效率显著提高,吸热谷的波动消失了。

的DTA曲线,可以得出,峰值在480°C的放热峰值在第14天是1.81 - -14.50μV,超过28天。和放热峰的峰值是放热总量的比例,表明内容的有机污水污泥显著下降的持续发酵。因此,有机的燃烧产生的热量在480°C变得不那么和放热峰的峰值也较小。厌氧发酵以来几乎没有影响污水污泥的含水率,发酵的时候只有小影响吸热谷的值相同的样本。

此外,样品的质量损失二世是比样品我和三世,在相同的反应时间。吸热谷的最小值和样本二世的放热峰的峰值也大。样本二世的原始含水量相对较高,微生物在水中的降解有机物的厌氧发酵。因此,水分损失在加热过程更加明显。此外,样本二世的外部环境更适合厌氧发酵;的数量和微生物的活动示例二世都比这些样品我和三世。因此,吸热谷和样品二世的放热峰值更大更重要。

4所示。结论

研究污染物的释放规则,微观结构,相变形,以及组件的污水污泥厌氧发酵和找到理论基础的使用和无害的污水污泥的处理,污染物释放试验、静态氮吸附试验,和TG-DTA试验进行确定污染物的浓度,孔隙结构和属性的热效应污水污泥在厌氧发酵与原来不同的pH值。从测试的结果,可以得出的结论如下。

(1)样本的pH值下降首先然后增加的持续发酵。最初的pH值之间的差值和最后的pH值样本我和三世都小于2%,而样本的差异价值二世是4.5%。有机和BOD的内容₅都逐渐减少的持续发酵,和降低率在男童天的发酵是相对较高的。在测试结束时,有机和BOD的内容₅样品二世拒绝大部分分别为37.3%和53.6%,分别,他们仍在慢慢减少。

(2)吸附等温线的污水污泥厌氧发酵属于第四类,并存在磁滞回线的曲线。的最大吸附量为69.24厘米³/ g。孔隙的比例小于6海里总孔隙体积大,曲线类似于一条直线。总孔隙体积的最大值是0.126到0.178厘米³/ g。厌氧发酵的时间的增加,样品的平均孔隙大小的粒子增加了16.0 - -19.8%,和总孔隙体积也略有增加。发酵的同时,第二样品的比表面积较小,样本的平均孔隙大小是大于我和III。

(3)当温度在0和200°C之间,污水污泥样品的质量损失为32.9 -39.1%,存在明显的吸热谷自自由水的脱水。当温度在200年和600°C之间,污水污泥的质量下降,存在两个放热峰,因为氧化裂解和有机物的燃烧。当温度高于600°C, TG和DTA曲线更顺利。曲线的样品发酵的第14天,出现了一个明显的波动在吸热谷和放热峰的峰值较大。加热过程的同时,质量损失和吸热谷和样品二世的放热峰都比这些样品我和三世。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者想表达他们的感谢中国国家自然科学基金会提供的资金(51474168)和湖北省自然科学基金(2014 cfb889)。

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