過氧乙酸對提高剩余污泥脫水性能的研究

中圖分類號：TU992.3 文獻標志碼：A 文章編號：1004-0935（2025）06-0897-04

隨著我國人口增長和城鎮(zhèn)化發(fā)展導致的用水量增加，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，2022年我國剩余污泥產(chǎn)生量超過7000萬t[1-2]，預計2025年將超過1億t[3]。污泥脫水是污泥處理中的一個關鍵步驟，可減少污泥的體積和降低運輸成本。然而，污泥的高含水量和凝膠狀結(jié)構(gòu)使脫水成為一項具有挑戰(zhàn)性的任務，這需要在脫水之前進行適當?shù)奈勰嗾{(diào)理過程。PAA是一種很有前途的氧化劑，克服了之前氧化劑的缺點。它通過細胞壁脫位或破裂有效地穿透EPS和微生物細胞[4]，具有操作簡單、對pH的依賴程度低的優(yōu)點[5]，且殺菌能力強，沒有有毒副產(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)重于對污泥溶解減量方面，對PAA處理活性污泥的理化性質(zhì)尚未有較深的認識，對如何改變WAS絮凝體的結(jié)構(gòu)仍不清楚。

1實驗部分

1.1材料

研究所使用的廢棄活性污泥（WAS）是從深圳當?shù)匾患椅鬯幚韽S收集而來的。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)移到實驗室，在4 C 下儲存，所有實驗在 ^48h 內(nèi)完成。初始污泥樣品的特征如表1所示。過氧乙酸（PAA），質(zhì)量分數(shù) 20% ，山東特姆化學技術有限公司。

1.2 實驗方法

在實驗中，考察了不同操作參數(shù)對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，用機械攪拌器 150r?mim^-1 在 （25±1） ） C 條件下攪拌一定時間。為了評估PAA用量（ 0～0.3g?g^-1MLSS ）對WAS脫水性能的影響，反應時間 40min 從而確定該工藝最佳反應參數(shù)。處理后采集 5mL 和 100mL 污泥樣品，

分別測定CST和SRF。

1.3測試與分析方法

污泥含水量采用重量法測定。污泥比阻（SRF）采用布氏漏斗法測定。毛細吸水時間（CST）采用污泥毛細管抽吸時間測試儀（Triton304B，英國）測定。Zeta電位應用Zeta電位儀（ZetaPlus型，美國馬爾文儀器公司測定。污泥溶解性COD（SCOD）測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]。多糖的測定采用蒽酮-硫酸比色法，以葡萄糖為標準物。蛋白質(zhì)的測定采用Lowry-Folin法，以牛血清蛋白為標準物。其他的污泥基本性質(zhì)（如MLSS、SV等）均采用標準方法。利用F-7000FL分光光度計（日立有限公司）記錄EPS的3D-EEM光譜。利用日立S-4800場發(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WAS脫水性能的影響

考察了PAA投加量對污泥比阻（SRF）和毛細吸水時間（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 SRF和 CST 分別達到最小值 2.7×10⁹s²?g^-1 和 116.91s ，降低率分別為 48.47% 和 44.83% ，說明PAA能有效地破解污泥細胞，釋放污泥脫水過程中難去除的吸附水和內(nèi)部結(jié)合水。但當PAA投加量進一步提高到0.30g^.g^-1 MLSS時，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)象的原因是在于過量投加的PAA中的 H₂O₂ 會與羥基自由基（·OH）發(fā)生反應，生成過氧自由基（ HO₂. ），因為過氧自由基（ HO₂. ）的氧化能力遠遠低于羥基自由基（·OH），導致結(jié)合水向游離水的轉(zhuǎn)化沒有得到增強，反應式如式（1）至式（3）所示。

CH₃CO₃H+H₂O₂?OH+CH₃COOH

H₂O₂+?OHH₂O+HO₂.

2.2PAA投加量對污泥EPS的影響

PAA投加量對多糖和蛋白質(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)過預氧化處理污泥的S-EPS中蛋白質(zhì)含量較多，說明在PAA對WAS的氧化作用下污泥中的高分子有機物被降解，使溶解的蛋白質(zhì)進入EPS中，污泥中的高分子有機物的破壞可能導致結(jié)合水的釋放，從而改善了污泥的過濾性和脫水性。與EPS蛋白質(zhì)含量的變化不同，經(jīng)預氧化處理污泥的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物的降解和結(jié)合水的滲漏和釋放，污泥主要有機物中的碳水化合物會被水解成相對分子質(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處理過程中，·OH會破壞微生物細胞和EPS結(jié)構(gòu)，使得細胞內(nèi)有機物分解產(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，減少了脫水過程中泥餅固結(jié)的時間。

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熒光強度如圖3所示。從對照樣品的EEM光譜中識別出5個具有不同熒光強度的峰，這些峰分別對應著芳香蛋白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PAA處理后，LB-EPS和TB-EPS中這5個峰的熒光強度明顯降低。

2.4 PAA對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，當經(jīng)過PAA氧化處理時，由于強氧化能力，被困在WAS基質(zhì)中的細胞被有效地破壞。實驗結(jié)果驗證了PAA對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進一步分解，使結(jié)合在EPS和細胞內(nèi)的水更快地滲出。因此，該工藝主要通過降解凝膠狀EPS基質(zhì)和裂解微生物細胞來改善污泥脫水。

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)和微生物細胞，導致EPS結(jié)合水和細胞內(nèi)水的釋放，有效改善了污泥的過濾性和脫水性。

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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