论文部分内容阅读
剩余污泥伴随污水处理过程产生,具有资源与污染物的双重特性。水热碳化是一种污泥资源化、减量化的处理技术,将污水处理厂产生的剩余污泥水热资源化应用于污水处理中,可实现一种“以泥治水、泥水共治”的理念。本研究将剩余污泥水热处理后的水热液资源化用于污水生物脱氮的碳源。首先探究不同预处理方式对污泥水热液用于污水生物脱氮碳源的效能影响;其次,通过土壤淋滤对水热液成分进行分离,利用土壤的截留作用拦截和吸附水热液中的大分子有机物以及氮磷物质,获悉水热液和淋滤液的理化性质,并对比水热液和淋滤液作碳源对反硝化脱氮的效能影响,以及施加水热液对土壤理化性质的影响。得出以下结论:（1）预处理对水热液性质及其用于污水生物脱氮的效能影响。H2SO4催化与超声可促进水热过程有机物的溶出,在144 W功率超声预处理后,水热过程污泥的溶出效果最佳;H2SO4催化有助于水热液中蛋白质的水解,且与超声联用后可进一步促进水解,使水热液有机氮的占比下降。此外,经单独0.05 mol/L H2SO4催化、单独240 W功率超声及二者联合预处理的水热液,其有机物可生化性均较好;但将其作为碳源进行反硝化,H2SO4催化的污泥水热液对硝态氮的去除率仅有44%,与不经过任何预处理的水热液的反硝化效果（49%）相近,而使用超声和H2SO4联合超声处理的污泥水热液,硝态氮去除率分别达到73%和66%。因此,污泥水热处理前,经超声或酸化联合超声预处理可强化污泥水热液作为反硝化脱氮碳源的利用效能。（2）土壤淋滤对水热液性质的影响。通过研究不同水热时间与水热温度对污泥水热液有机物溶出及其可生化性的影响,得出优化的水热条件:时间为3 h,温度为180℃。将此条件下制备的水热液经不同土壤、不同水土比进行淋滤,根据SCOD、N、P、蛋白质、多糖的截留效果,确定淋滤条件为:水土质量比1.2:1,选用酸性红壤。在此淋滤条件下,水热液中76%的SCOD被截留、且主要以蛋白质和腐殖质类物质为主,蛋白质浓度由1421.6 mg/L下降至144.3 mg/L,腐殖质由659.8 mg/L下降至116.1 mg/L,分子量下降80%,有机氮及氨氮下降87%、95%,有效降低了淋滤液中大分子有机物含量及氮磷负荷。（3）水热液和水热淋滤液作为碳源应用于反硝化脱氮。以水热液及淋滤液作为碳源分别进行反硝化,经驯化稳定后,淋滤液作为碳源的反硝化效率（95%以上）优于水热液（76%～97%）,单批次反硝化中使用淋滤液的NO3--N去除速率及去除率均高于使用水热液;此外,由于淋滤液引入的氨氮与有机氮负荷较低,其TN去除效果（59%以上）亦优于水热液（40%以上）。对反硝化污泥的功能基因相对丰度检测发现,水热液和淋滤液使narG和napA下调,但却引起nirS、nirK和cnorB上调。此外,水热液和淋滤液引起污泥EPS含量增大,可能与水热液和淋滤液中含有的芳香族化合物对反硝化污泥的刺激作用有关。（4）水热液淋滤对土壤理化性质的影响。将水热液淋滤土壤至土壤饱和,连续2个月持续淋滤以保持土壤湿重恒定。土壤pH值随水热液浇灌总量的升高而提升;土壤有机碳的含量总体呈升高趋势,但在水热液施加量较小时,可能因为微生物分解导致有机碳含量有所降低;土壤中的总氮、总磷含量总体呈大幅提高趋势,但总氮出现下降的规律,可能与土壤中微生物活性增强,在有机碳共存时发生反硝化有关。此外,土壤中的可交换钾含有略有增加。由此可知,水热液经土壤淋滤,不仅可提高淋滤液的脱氮效能,被土壤截留的部分还具有提升贫瘠土壤土质的潜力。