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城市剩余污泥量的增加带来了严重的环境污染,为减轻剩余污泥的污染,需要对其进行一定的处理与处置。污泥脱水、厌氧消化是最常用的两种处理工艺,但由于溶胞限制导致实际应用效果欠佳。因此,需要对剩余污泥进行一定的预处理,通过预处理对污泥絮体、细胞结构的裂解作用来实现处理效果的强化。介质阻挡放电(DBD)等离子体因其具有结构简单、反应快、活性物质丰富等优点,所以被广泛应用于各类污水处理当中。近年来,有研究者报道等离子体对细菌的溶胞杀灭作用,这表明等离子体在污泥处理、处置当中有运用的可能。因此,本文将DBD等离子体引入污泥的处理当中,通过SCOD、CST等指标考察其处理效果。同时,又考虑到放电反应器中UV光、O3、热等效应未得到充分应用,所以分别将PMS、类Fenton与DBD等离子体组成耦合体系,探究两种耦合体系的污泥处理效果。此外,通过OM、FT-IR等表征对污泥破解机理进行初步剖析。研究成果如下:1、单独DBD等离子体处理污泥(1)污泥在DBD等离子体的协助下进行水解时,反应器电压和频率的增大都能正向影响污泥的裂解和脱水性能,在放电电压11kV,频率10kHz,反应12min的条件下,污泥达到最小CST值28.3s,延长反应时间至24min,污泥SCOD的峰值为939.65mg/L。2、DBD/PMS耦合处理污泥(1)DBD/PMS耦合可提高污泥的裂解效果,这是因为PMS可被DBD放电过程中高能电子、热、O3、UV光等效应活化,在产生强氧化性SO4-·的同时也提高了放电器中多种能量的利用率。TBA、MeOH的加入证明污泥裂解过程中同时存在SO4-·和·OH的作用。此外,该耦合技术在改善污泥的脱水性能方面具有显著优势,当反应器投加PMS(HSO5-计)1.0mmol/gTS后,在同等电压(11kV)、频率(10kHz)条件下,耦合体系可将污泥达到CST下限值所需的放电时间较单独DBD放电缩短8min。(2)RSM优化试验表明,放电电压和PMS浓度之间存在显著的交互影响。此外,根据试验成果建立的数据模型预测耦合系统裂解污泥的最优条件为:放电电压 11kV,时间 21.91min,PMS 浓度 1.07mmol/gTS。(3)对最优破解条件下的污泥进行厌氧发酵试验,结果发现DBD和DBD/PMS两种技术均可有效促进污泥进行厌氧产酸。两个预处理组(DBD、DBD/PMS)的峰值产酸量较原泥组分别提高了 2.28和3.56倍,且均实现了产酸组分的优化。3、DBD/零价铁/H2O2耦合处理污泥(1)类Fenton可实现污泥的裂解和脱水性的改善。类Fenton的最优脱水条件是:Fe0投加量为360mg/gTS,H2O2含量为24mg/gTS,初始pH=3.0,反应时间为60min,而类Fenton技术对污泥的最佳破解条件则需将H2O2含量提升至60mg/gTS。(2)田口试验结果显示DBD/类Fenton耦合体系内存在一定的协同作用,可实现污泥的破解效果提高,同时DBD等离子体产生的物理化学效应可能在一定程度拓宽了类Fenton的适宜pH范围。分析认为DBD/类Fenton联合体系的最优反应条件是:Fe0投加量450mg/gTS,H202含量60mg/gTS,放电电压11kV,频率10kHz,初始pH=4,反应时间18min。此外,田口试验中CST数据表明该耦合体系不适用于污泥脱水效果的改善。(3)对最优裂解情况下的污泥进行厌氧发酵,结果发现泥样经裂解后有机物质溶出量较大幅度增加,最终导致VFAs产量较原泥分别提高967.35mg/L(类Fenton)、1592.02mg/L(DBD/类Fenton),产酸高峰均提前2d。此外,各预处理组的乙酸占比出现一定增加。4、污泥破解机理分析(1)OM镜检显示污泥絮体经预处理后破碎、分散,导致其稳定性降低而疏水性增强有利于水分从中脱除。SEM电镜扫描显示污泥经放电耦合处理后滤饼出现疏松、多孔结构有助于水从孔隙通道排出,提高其脱水性能,同时该结构形成也表示污泥结构的破坏,出现溶胞水解。FT-IR光谱表明污泥细胞结构及EPS受到破坏,干污泥基团出现损失,相关有机物质流入液相当中,这可提高污泥脱水及厌氧发酵性能。