過(guò)氧乙酸對(duì)提高剩余污泥脫水性能的研究

中圖分類號(hào)：TU992.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-0935（2025）06-0897-04

隨著我國(guó)人口增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致的用水量增加，污水處理量不斷增加，產(chǎn)生的剩余污泥量也逐漸增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年我國(guó)剩余污泥產(chǎn)生量超過(guò)7000萬(wàn)t[1-2]，預(yù)計(jì)2025年將超過(guò)1億t[3]。污泥脫水是污泥處理中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，可減少污泥的體積和降低運(yùn)輸成本。然而，污泥的高含水量和凝膠狀結(jié)構(gòu)使脫水成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，這需要在脫水之前進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈勰嗾{(diào)理過(guò)程。PAA是一種很有前途的氧化劑，克服了之前氧化劑的缺點(diǎn)。它通過(guò)細(xì)胞壁脫位或破裂有效地穿透EPS和微生物細(xì)胞[4]，具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)pH的依賴程度低的優(yōu)點(diǎn)[5]，且殺菌能力強(qiáng)，沒(méi)有有毒副產(chǎn)品[]。COLLAZO等[7]發(fā)現(xiàn)，PAA比傳統(tǒng)氧化劑表現(xiàn)出更強(qiáng)的氧化能力、更高的消解效果和更低的毒性。PAA氧化后，污泥顆粒被有效溶解，蛋白質(zhì)樣物質(zhì)被降解為小分子[8-9]。迄今為止，PAA處理污泥側(cè)重于對(duì)污泥溶解減量方面，對(duì)PAA處理活性污泥的理化性質(zhì)尚未有較深的認(rèn)識(shí)，對(duì)如何改變WAS絮凝體的結(jié)構(gòu)仍不清楚。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1材料

研究所使用的廢棄活性污泥（WAS）是從深圳當(dāng)?shù)匾患椅鬯幚韽S收集而來(lái)的。該污水處理廠的處理工藝是 A²/O 工藝。收集到的污泥在 2h 內(nèi)轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，在4 C 下儲(chǔ)存，所有實(shí)驗(yàn)在 ^48h 內(nèi)完成。初始污泥樣品的特征如表1所示。過(guò)氧乙酸（PAA），質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20% ，山東特姆化學(xué)技術(shù)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)中，考察了不同操作參數(shù)對(duì)WAS脫水性能的影響。先將 200mL 的WAS放入 500mL 的錐形燒瓶中，隨后放入不同劑量PAA，用機(jī)械攪拌器 150r?mim^-1 在 （25±1） ） C 條件下攪拌一定時(shí)間。為了評(píng)估PAA用量（ 0～0.3g?g^-1MLSS ）對(duì)WAS脫水性能的影響，反應(yīng)時(shí)間 40min 從而確定該工藝最佳反應(yīng)參數(shù)。處理后采集 5mL 和 100mL 污泥樣品，

分別測(cè)定CST和SRF。

1.3測(cè)試與分析方法

污泥含水量采用重量法測(cè)定。污泥比阻（SRF）采用布氏漏斗法測(cè)定。毛細(xì)吸水時(shí)間（CST）采用污泥毛細(xì)管抽吸時(shí)間測(cè)試儀（Triton304B，英國(guó)）測(cè)定。Zeta電位應(yīng)用Zeta電位儀（ZetaPlus型，美國(guó)馬爾文儀器公司測(cè)定。污泥溶解性COD（SCOD）測(cè)定采用快速密閉消解法。胞外聚合物（EPS）提取采用改良熱浸提的方法[10]。多糖的測(cè)定采用蒽酮-硫酸比色法，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)物。蛋白質(zhì)的測(cè)定采用Lowry-Folin法，以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)物。其他的污泥基本性質(zhì)（如MLSS、SV等）均采用標(biāo)準(zhǔn)方法。利用F-7000FL分光光度計(jì)（日立有限公司）記錄EPS的3D-EEM光譜。利用日立S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）觀察污泥的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1PAA處理對(duì)WAS脫水性能的影響

考察了PAA投加量對(duì)污泥比阻（SRF）和毛細(xì)吸水時(shí)間（CST）的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，在PAA 投加量為 0.25g?g^-1 MLSS 時(shí) SRF和 CST 分別達(dá)到最小值 2.7×10⁹s²?g^-1 和 116.91s ，降低率分別為 48.47% 和 44.83% ，說(shuō)明PAA能有效地破解污泥細(xì)胞，釋放污泥脫水過(guò)程中難去除的吸附水和內(nèi)部結(jié)合水。但當(dāng)PAA投加量進(jìn)一步提高到0.30g^.g^-1 MLSS時(shí)，CST從116.91s增加到 203.51s ，SRF從 2.7×10⁹s²?g^-1 增加到 4.7×10⁹s²?g^-1 。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是在于過(guò)量投加的PAA中的 H₂O₂ 會(huì)與羥基自由基（·OH）發(fā)生反應(yīng)，生成過(guò)氧自由基（ HO₂. ），因?yàn)檫^(guò)氧自由基（ HO₂. ）的氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于羥基自由基（·OH），導(dǎo)致結(jié)合水向游離水的轉(zhuǎn)化沒(méi)有得到增強(qiáng)，反應(yīng)式如式（1）至式（3）所示。

CH₃CO₃H+H₂O₂?OH+CH₃COOH

H₂O₂+?OHH₂O+HO₂.

2.2PAA投加量對(duì)污泥EPS的影響

PAA投加量對(duì)多糖和蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的影響如圖2所示。由圖2可以看出，與原始WAS相比，經(jīng)過(guò)預(yù)氧化處理污泥的S-EPS中蛋白質(zhì)含量較多，說(shuō)明在PAA對(duì)WAS的氧化作用下污泥中的高分子有機(jī)物被降解，使溶解的蛋白質(zhì)進(jìn)入EPS中，污泥中的高分子有機(jī)物的破壞可能導(dǎo)致結(jié)合水的釋放，從而改善了污泥的過(guò)濾性和脫水性。與EPS蛋白質(zhì)含量的變化不同，經(jīng)預(yù)氧化處理污泥的S-EPS、LB-EPS和TB-EPS的多糖質(zhì)量濃度都有明顯提高，例如在 0.25g?gτ^-1MLSS 的PAA處理后，TB-EPS、LB-EPS 和 S-EPS 的多糖質(zhì)量濃度從 （293±14.65） 人（245±12.25） 、（1 056±35.25 ） mg?L^-1 分別升至（448±22.4） 、 （377±18.85） 、 （1858±87.9）mg?L^-1 特別是S-EPS中多糖質(zhì)量濃度顯著增加，PAA氧化處理更有利于高分子有機(jī)物的降解和結(jié)合水的滲漏和釋放，污泥主要有機(jī)物中的碳水化合物會(huì)被水解成相對(duì)分子質(zhì)量較小的多糖，甚至可能變成單糖[1]研究結(jié)果表明，在PAA處理過(guò)程中，·OH會(huì)破壞微生物細(xì)胞和EPS結(jié)構(gòu)，使得細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物分解產(chǎn)生的溶解蛋白質(zhì)和糖類轉(zhuǎn)移至S-EPS。這一過(guò)程表現(xiàn)為游離水含量的增加，從而加速顆粒的遷移，減少了脫水過(guò)程中泥餅固結(jié)的時(shí)間。

2.3 3D-EEM

EEM光譜是一種高度靈敏和選擇性的工具，已被廣泛用于表征天然有機(jī)物，特別是微生物活性。

原污泥、PAA處理后污泥EPS組分EEM熒光強(qiáng)度如圖3所示。從對(duì)照樣品的EEM光譜中識(shí)別出5個(gè)具有不同熒光強(qiáng)度的峰，這些峰分別對(duì)應(yīng)著芳香蛋白Ⅱ（ λ_Ex/λ_Em=（235-250）/（340-360） ）、芳香蛋白I（ λ_Ex/λ_Em=（235～250）/（310～320） ）、類色氨酸蛋白C λ_Ex/λ_Em=（270-285）/（320-340）， ）、類黃變酸（ λ_Ex/λ_Em= （240＼～255）/（440＼～460））和類腐殖酸（ λ_Ex/λ_Em= （340＼～360）/（445＼～455））等物質(zhì)。與原污泥組相比，經(jīng)過(guò)PAA處理后，LB-EPS和TB-EPS中這5個(gè)峰的熒光強(qiáng)度明顯降低。

2.4 PAA對(duì)污泥微觀形貌的影響

利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了PAA氧化對(duì)WAS微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4（a）可以看出，原始污泥的形態(tài)趨于光滑，大量完整的細(xì)胞聚集在一起，這種緊密的結(jié)構(gòu)增加了WAS絮凝體的水結(jié)合力，使其脫水困難。由圖4（b）可以看出，當(dāng)經(jīng)過(guò)PAA氧化處理時(shí)，由于強(qiáng)氧化能力，被困在WAS基質(zhì)中的細(xì)胞被有效地破壞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PAA對(duì)污泥絮凝體破壞及后續(xù)脫水的協(xié)同作用。胞內(nèi)釋放的蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)、DAN等物質(zhì)被高活性的·OH進(jìn)一步分解，使結(jié)合在EPS和細(xì)胞內(nèi)的水更快地滲出。因此，該工藝主要通過(guò)降解凝膠狀EPS基質(zhì)和裂解微生物細(xì)胞來(lái)改善污泥脫水。

3結(jié)論

1）PAA處理顯著提高了剩余污泥的脫水能力，在PAA投加量為 0.25g?g^-1 MLSS條件下，獲得了最佳的脫水性能，其中SRF和CST分別降低了 48.47% 和 44.83% 。

2）PAA產(chǎn)生·OH，高活性的·OH自由基破壞EPS結(jié)構(gòu)和微生物細(xì)胞，導(dǎo)致EPS結(jié)合水和細(xì)胞內(nèi)水的釋放，有效改善了污泥的過(guò)濾性和脫水性。

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Study on Improving Dewatering Performance of Residual Sludge by Peracetic Acid

YU Mingyuan1，2 （1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEnginering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang Liaoning1o168，China; 2.SchoolofMaterialsandEnvironmentalEngineering，Shenzhen VocationalandTechnicalCollge，ShenzenGuangdong518055， China）

Abstract：Activatedsludgeisdificulttodehydratebecauseof thelargeamountof watercontainedinitsflocs.Theinfluenceof peracetic acid（PAA）onsludge dewatering performance and its mechanism were sudied. Capillry water absorptiontime（CST）and sludgespecific resistance （SRF）wereused to evaluate the sludge dewatering performance.The effctofPAA treatment on sludge dewatering performance wasinvestigatedbymeasuring extracelularpolymer （EPS）content，3Dfluorescence（3D-EEM）andSEM. The results showed that the best dehydration performance was obtained with PAA amount of 0.25g?g^-1 MLSS， with SRF and CST reduced by 48.47% and 44.83% ，respectively.Inaddition，the changes of sludge EPS compositionandthe morphological characteristics offlocs before and after PAA treatment were investigated.

Key Words： Extracelllar polymer; Peracetic acid; Residual sludge; Sludge dewatering capacity; Sludge pretreatment