【摘 要】
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目前我国每年要产生大量的剩余污泥,占地面积大且处理处置困难,成为了污水处理厂运行的一大难题。污泥脱水预调理作为减小剩余污泥体积的关键环节得到了广泛的研究,近年来逐渐开始将高级氧化法应用于污泥脱水预调理中。考虑到Fe（Ⅵ）具有较强的氧化性,且还原生成的Fe（Ⅲ）产物能够发挥混凝作用,非常适合应用于污泥脱水预调理体系,但是在后续实验中发现单独Fe（Ⅵ）调理并不能发挥很好的作用,又向体系中加入了同为铁系
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金:No.51608150；
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目前我国每年要产生大量的剩余污泥,占地面积大且处理处置困难,成为了污水处理厂运行的一大难题。污泥脱水预调理作为减小剩余污泥体积的关键环节得到了广泛的研究,近年来逐渐开始将高级氧化法应用于污泥脱水预调理中。考虑到Fe（Ⅵ）具有较强的氧化性,且还原生成的Fe（Ⅲ）产物能够发挥混凝作用,非常适合应用于污泥脱水预调理体系,但是在后续实验中发现单独Fe（Ⅵ）调理并不能发挥很好的作用,又向体系中加入了同为铁系物质的Fe（Ⅲ）混凝剂,因此本文就Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）氧化体系对污泥脱水效能的影响展开了探究,以期对实际工程中的污泥脱水预调理过程提供支持和参考。先就Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）体系应用于污泥脱水预调理的基本操作条件进行了优化,包括p H值、Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）投量系列条件。探究发现Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）强化污泥脱水效能的最适p H值为3,Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）的最适投量均为12mg/g SS,此时SRF为2.85×1010s~2/g,CST为18.1s,与原污泥相比分别下降了70%和48%,Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）氧化体系对污泥脱水效能有着较好的改善作用。接下来就氧化和混凝过程是同时进行还是先氧化之后再混凝对污泥脱水效能的改善作用更大展开了探究。设置了Fe（Ⅲ）在Fe（Ⅵ）投加反应0、5、15、30、60min后再投加五个组别,并对污泥脱水效能、理化性质、生化性质进行了考察。实验发现Fe（Ⅲ）在Fe（Ⅵ）投加反应后5min再投加时污泥的脱水效能最好,此时SRF和CST分别为2.56×1010s~2/g和16.2s,与原污泥相比分别下降了72.3%和53.8%。间隔5min投加时污泥的Zeta电位最接近零,污泥絮体的粒径相对更大,同时SMP和EPS中蛋白质、多糖、TOC的含量均为最低。Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）氧化体系对蛋白质中的N-H键和多糖中的O-H键有很强的破坏作用,蛋白质二级结构中的α螺旋和3转螺旋结构占比有较大程度下降,反平行β折叠结构占比上升,EPS的持水能力减弱。通过对Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）投加的时间间隔对体系氧化性影响的探究发现,Fe（Ⅲ）对Fe（Ⅵ）有较强的催化活化作用,能够加快对EPS的氧化速率,也能够使Fe（Ⅵ）的自衰变反应速率同步增加,从Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）氧化PMSO的反应中可以发现,Fe（Ⅲ）能够加快具有高反应活性的中间价态Fe（Ⅳ）和Fe（Ⅴ）的生成速率,从而使体系的氧化性提高。Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）间隔5min投加时体系氧化性的增强要大于间隔0min投加,这也说明Fe（Ⅲ）催化活化Fe（Ⅵ）的最佳比例要大于1:1,从而推断出在Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）体系中Fe（Ⅳ）是起主要作用的中间价态铁。最后对Fe（Ⅵ）还原生成的Fe（Ⅲ）产物和外加的Fe（Ⅲ）混凝剂对污泥的混凝作用进行了对比探究,实验发现Fe（Ⅵ）的还原产物Fe（Ⅲ）的混凝作用要弱于外加的Fe（Ⅲ）混凝剂。这是因为Fe（Ⅵ）还原生成的Fe（Ⅲ）以Fe2O3和Fe OOH的形式存在,而外加的Fe（Ⅲ）混凝剂只有Fe OOH一种存在形式[49],同时前者高度分散、粒径更小,呈纳米级别的颗粒[50]。本文研究了Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）氧化体系强化污泥脱水效能的最适p H、投量、投加间隔时间系列操作条件,并就投加间隔时间对体系氧化性的影响进行了探究,还对Fe（Ⅵ）还原产物Fe（Ⅲ）和外加Fe（Ⅲ）混凝剂的作用效果进行了对比。得到了最佳的操作条件,并明确了Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）之间的相互作用机制,为Fe（Ⅵ）/Fe（Ⅲ）在污泥脱水预调理中的实际工程应用提供数据参考和理论支持。
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