通过γ射线辐照和磷酸氨镁沉淀改善厌氧硝化污泥的脱水性外文翻译资料

 2021-10-26 11:10

英语原文共 6 页

通过gamma;射线辐照和磷酸氨镁沉淀改善厌氧硝化污泥的脱水性

摘要:厌氧消化是污水处理厂普遍采用的微生物处理工艺,厌氧消化污泥往往具有难以接受的特性,如对固液分离的抵抗力强,磷、氮等营养物质浓度高。gamma;射线照射用于改善厌氧消化污泥和磷酸氨镁的脱水性,磷酸镁铵沉淀法用于回收增加的正磷酸盐(P-P)和硝基铵来自后辐射液的(N-N)。5-15kGy的吸收剂量可成功提高脱水性,最佳脱水率为10kGy,可使污泥饼的含水量从80.08降至73.46%。分析了提高脱水性能的机理,并对膜外聚合物的裂解和颗粒表面的还原进行了研究,硝化被认为是主要原因。此外,在Mg/P(摩尔比)为1.8,pH为9.6,反应时间为30分钟的条件下,P-P和N-N的回收率分别为86.07%和15.08%。DOI:10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001315.copy;2017美国土木工程师学会。

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作者关键词:厌氧硝化污泥;gamma;射线照射;脱水; 磷酸氨镁。

介绍

厌氧消化过程广泛应用于废水处理厂(WWTP)中以转化可生物降解的物质污水污泥对沼气的影响,减少处理量和运输(Pilarska et al. 2016)。许多大型污水处理厂使用这种经济高效的工艺(Waclawek et al. 2016)。主要产品[厌氧消化污泥(ADS)]具有不可接受的特性,如脱水能力不理想的和高浓度的营养物质(Song et al. 2016b)。消化后的液体液通常含有高浓度的镍和磷,如果直接送回生物处理设施,可能会对废水处理过程产生负面影响(Zhang et al. 2015; Waclawek et al. 2016)。

gamma;射线照射是一种新型的提高脱水性能的方法,因为它能让水的辐射分解反应在10 - 7秒内发生(1) (Meer off et al. 2004)。氧化态(OH)和还原态(H)的数量基本相等,而OH具有极强的氧化性对污泥增溶、有机物降解和脱水能力增强贡献最大(Waite et al. 1997)。虽然利用伽马射线辐照来改善污泥脱水特性已经得到了广泛的研究,但大多数研究都是针对与ADS不同性质的活性污泥脱水S(Sa wai et al. 1990; Meer off et al. 2004; Wang and Wang 2007; Wu et al. 2017)。

废水处理厂采用不同的技术去除硝化后液体中的磷和氮(Morse et al. 1998)。磷酸氨镁[MgNH4PO4·6H2O (MAP)]沉淀法不仅可以回收有限磷,还可以降低生物处理系统的氮磷负荷(Tarrago #39; et al. 2016)。此外,回收的磷酸氨镁沉淀是一种高效的农业缓释肥料(Quintana et al. 2008; Bi et al. 2014; Waclawek et al. 2016)。磷酸氨镁降水的形成如式(2)所示)(Zhang et al. 2014; Lu et al. 2016)。

n=0,1或2

在本研究中,ADS在脱水前接受60Cogamma;射线照射。通过对滤饼过滤时间(TTF50)和滤饼含水量的测定,确定滤饼的脱水性能。为了探讨ADS的脱水机理,对污泥的粒径、胞外聚合物(EPSS)和zeta电位进行了分析。采用磷酸氨镁沉淀法回收辐照后液体中的磷和氮。

材料和方法

材料

使用的ADS收集自亚洲最大的厌氧消化反应器,该反应器位于中国武汉的一个污水处理厂(Zhu 2009),然后立即转移到实验室并储存在其中,试验前4℃下不超过7天的塑料容器。采用厌氧-氧(AP=O)工艺处理城市污水,采用一级厌氧-中温消化工艺处理剩余污泥。ADS的理化特性如表1所示。

表1.原始厌氧消化污泥的特征

指示符 平均值plusmn;标准差a

pH值 7.5plusmn;0.2

含水量(%) 97.9 plusmn;0.1

总固体(TS)(mg = L) 20,370 plusmn;50

挥发性固体(VS)(mg = L) 7,235 plusmn;25

SCOD (毫克 = L) 483.0 plusmn;10.5

SCOD/TCOD(%) 4.27plusmn;0.11

NHthorn;4 (毫克 = L) 675.2plusmn;3.1

PO3minus; (毫克 = L) 50.9 plusmn;1.5

4

浊度(NTU) 17.3 plusmn;0.2

溶解有机碳(DOC)(mg = L) 185.0plusmn;5.1

钙 (毫克 = L) 30.0 plusmn;2.2

K (毫克 = L) 55.0 plusmn;3.5

由yinghe Jiang于12/04/17从ascelibrary.org下载。版权所有ASCE。只能个人使用;版权所有。

锌(mg = L) 0.9 plusmn;0.1

镁(mg = L) 23.0 plusmn;2.2

铝(mg = L) 1.0 plusmn;0.2

铁(mg = L) 1.5 plusmn;0.1

注意:SCOD =可溶性化学需氧量;TCOD =化学需氧量总量。

a通过三次重复测量计算出的污泥浓度或值。

放射

60Co源由湖北省核农业科学研究所(中国武汉)设计建造。源的放射性为1.4times;1016 Bq。在大气压和环境温度(约25℃)的条件下,将污泥样品在1L密封塑料瓶中照射,剂量率为6.7Gy/min。通过重铬酸银伽玛剂量计测量吸收剂量。照射在分批系统中进行,吸收剂量为2至15kGy(5至37.5小时)。

脱水实验

采用真空过滤法对污泥脱水特性进行了评价。将100毫升污泥倒入装有预湿滤纸的9厘米标准布氏漏斗中,并施加0.05兆帕的恒定真空压力。过滤结束后,在15 s内不能从污泥饼中去除额外的水。为了确定污泥脱水程度,采用重量分析法测试通过滤纸截留的污泥饼的含水量(Li et al. 2009; He et al. 2015)。TTF50(s)被定义为真空过滤过程中获得一半污泥样品体积所需的时间,该时间可评估污泥的脱水率((Meeroff et al. 2004; He et al. 2015; Wu et al. 2017)。

为了研究辐照和絮凝剂的协同作用,在辐照预处理后,采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)(阳离子度50%,分子量1200万,浓度1000 mg=L)。

磷酸氨镁沉淀法回收磷和氮

通过从ADS的上清液中获得P-P和N-N的浓度,计算出N/P的初始摩尔比。根据试剂的化学计量比,上清液中N-N浓度高于回收磷酸氨镁所需浓度,如表中所示1.因此,在MAP沉淀形成期间N-N过量,下游处理中不考虑 N-N的含量。

首先,根据浓度和和(mg/p=1.8)的摩尔比计算所需的二氯化镁(·6)量。然后,在1L烧杯中以分批方式在环境温度(约25°C)、pH9.60和30分钟的反应时间(以100转/分钟(rpm)搅拌)下进行MAP沉淀反应。用1-M NaOH调节辐照后溶液的pH值。反应后,通过滤纸过滤混合物,并利用滤液测量N-N、的可溶性化学需氧量(SCOD)、浑浊度和pH。将滤渣在40°C的干燥箱中干燥48 h,然后通过扫描电子显微镜(SEM)进行检查(见上文55,, Carl·Zeiss, Heidenheim, Germany),能量分散谱仪(EDS)((X-Max,Oxford, England),和x射线衍射(XRD))(AXS D8 Advance,Bruker, Karlsruhe, Germany)分别检测其形貌特征、元素组成和晶体结构。

主要指标和分析方法

用激光衍射粒子检查污泥粒径尺寸分析仪(Beckman Coulter LS,Brea,California),可以检测0.017-2,000mu;m范围内的颗粒尺寸。结果根据比表面积和dp50表示,dp50定义为50%颗粒(按体积计)直径等于或小于dp50值的截止直径。利用微电装置(JS94H,Zhongchen,Shanghai,China)和浊度计(TDT-5,Hengling,Wuhan,China)分别测试电位和浊度。通过pH计(PB-10,Sartorius,Goettingen,Germany)测量pH。使用总有机碳(TOC)分析仪分析滤液中的溶解有机碳(DOC),采用标准方法测量总固体(TS)、挥发物盖子(VS)、化学需氧量(COD)、N-N和P-P。为了使系统误差最小化,每个实验测量至少重复三次。

结果和讨论

gamma;射线辐照对脱水性的影响

图1(a)表明,随着辐照剂量从0 kgy(未处理)增加到10 kgy,TTF50从660到195 s急剧减少。然后,TTF50在15kgy时增加到225s。同样的趋势也出现在污泥中,随着辐照剂量从0到10 kgy的变化,污泥中的含水量从80.08%降低到73.46%,然后在15 kgy时略微增加到74.11%(图1(b))。可以推断,5-15kgy的剂量是获得理想脱水性的最佳剂量。(1990)也得出了类似的结论。辐射和CPAM加成条件对脱水性能的影响如图1(c)所示。但是,没有观察到合作对脱水的预期协同效应。在8-KGy辐照和2-Kgcpam/ton干污泥投加条件下,获得了最佳脱水性能,滤饼含水量达到72.68%。与单用10-kGy辐照相比,脱水性能的改善很小,可以得出5-15-kGy辐照对CPAM消耗影响很小的结论。

表2.gamma;射线照射对粒径和比表面积的影响

参数

0

2

5

8

10

15

dp50 (mu;m)

29.67

28.80

27.82

28.24

28.44

28.44

具体表面积

4,056

4,182

4,404

4,264

4,252

4,223

图3-gamma;射线辐照增强ADS的脱水性能

图2-辐照剂量对生物聚合物增溶效率的影响(n = 3) 图4.辐照剂量对污泥zeta电位的影响(n = 5)

表3. 磷酸氨镁沉淀后辐照的液体和液体的特征

样品去除率

SCOD (mg/ L)

N (mg/ L)

PO3minus; (mg/L)

浊度(NTU)

PH

磷酸氨镁沉淀后的辐照液(10 kGy)去除率(%)

749.8 plusmn; 12.3

621.0 plusmn; 8.4

17.18 plusmn; 0.24

698.0 plusmn; 4.6

592.7 plusmn; 3.7

15.08 plusmn; 0.02

55.4 plusmn; 3.1

7.74 plusmn; 0.78

86.07 plusmn; 0.63

6.95 plusmn; 0.13

3.05 plusmn; 0.04

56.12 plusmn; 0.28

8.10plusmn;0.09

9.60plusmn;0.10

注:平均值plusmn;污泥上清液中浓度或值的标准偏差,由三次重复测量计算得出。

厌氧消化污泥脱水机理

辐照后,检测ADS的粒径和比表面积,如表2所示。辐照前后污泥粒径(dp50)和比表面积变化不大,说明辐照对污泥絮体和细胞没有明显的破坏作用。辐照剂量对污泥粒径分布的影响如图S1所示。

生物污泥的EPSs主要由蛋白质、多糖和核酸组成,其可溶性总浓度可由DOC测定。据报道,EPSs是污泥的重要组成部分,对大量的水(即束缚水)的结合具有重要作用。因此,EPSs的溶解对于改善污泥流的水释放非常重要。光照对DOC的影响如图2所示,光照剂量从185.0增加到325.4mg/l,光照剂量从0增加到15Kgy,表明EPS结构断裂,从絮状物释放到溶解相,在将EPS从细胞表面分离后,絮状物的胶态稳定性被破坏,不稳定的污泥絮状物释放出来。他把水束缚在水相中,从而增加

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