KMnO4-微波联合作用的污泥破解效果

第４１卷第３期２０１９年５月南京工业大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＴＥＣＨＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３Ｍａｙ２０１９ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２０１９．０３．００８ＫＭｎＯ４微波联合作用的污泥破解效果艾乐仙，邓风，佘谱颖，胡潇鹏（南京工业大学环境科学与工程学院，江苏南京２１１８００）收稿日期：２０１８－０５－１１作者简介：艾乐仙（１９９３—），女，Ｅ⁃ｍａｉｌ：３０５３９３４１６＠ｑｑ．ｃｏｍ；邓风（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｆ９９＠１２６．ｃｏｍ．引用本文：艾乐仙，邓风，佘谱颖，等．ＫＭｎＯ４微波联合作用的污泥破解效果［Ｊ］．南京工业大学学报（自然科学版），２０１９，４１（３）：３１８－３２５．摘要：采用ＫＭｎＯ４或微波单独及联合作用预处理剩余污泥。通过对比破解前后污泥上清液中混合液挥发性悬浮固体浓度／混合液悬浮固体浓度（ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ）、污泥体积指数（ＳＶＩ）、污泥破解率（ＤＤ）、溶解性蛋白质含量、溶解性多糖含量、含固率等变化，考察ＫＭｎＯ４或微波单独及联合作用对污泥破解以及污泥特性的影响。结果表明：ＫＭｎＯ４微波联合作用相比于单独使用ＫＭｎＯ４或者微波效果更好，可以进一步提高污泥的破解率，增大有机物的溶出量，影响因素的主次顺序为微波功率、反应时间、ＫＭｎＯ４投加量。采用联合作用的最佳处理条件为微波功率８００Ｗ，反应时间２４０ｓ，ＫＭｎＯ４投加量２０００ｍｇ／Ｌ，此时蛋白质和多糖在上清液中的质量浓度分别为２２９１污泥，分别向６个烧杯中投加１２００、１４００、１６００、１８００、２０００和２２００ｍｇ／Ｌ的ＫＭｎＯ４，在２５℃、ｐＨ为中性条件下，磁力搅拌器搅拌１２０ｍｉｎ，考察ＫＭｎＯ４投加量对污泥破解及污泥特性的影响，结果如图１所示。图１ＫＭｎＯ４投加量对剩余污泥破解效果的影响Ｆｉｇ．１ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｏｆｓｌｕｄｇｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｏｓａｇｅｓｏｆＫＭｎＯ４由图１可知：随着ＫＭｎＯ４投加量的增加，污泥的ＳＶＩ及ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ均逐渐下降，即微生物活性降低，这是因为ＫＭｎＯ４具有强氧化性。当ＫＭｎＯ４投加量≤１４００ｍｇ／Ｌ时，ＤＤ、蛋白质含量、多糖含量增加缓慢；当１４００ｍｇ／Ｌ＜ＫＭｎＯ４投加量≤２０００ｍｇ／Ｌ时，ＤＤ、蛋白质含量、多糖含量急剧增加；当ＫＭｎＯ４投加量＞２０００ｍｇ／Ｌ时，ＤＤ、蛋白质含量、多糖含量增加趋于平缓。出现此现象的原因是ＫＭｎＯ４破解污泥的过程分为两段：当ＫＭｎＯ４投加量≤１４００ｍｇ／Ｌ时主要是破坏污泥的絮体结构，污泥的破解程度较小，此时ＤＤ、蛋白质含量、多糖含量增加缓慢。当１４００ｍｇ／Ｌ＜ＫＭｎＯ４投加量≤２０００ｍｇ／Ｌ时，ＫＭｎＯ４氧化微生物细胞壁中的脂肪，脂类大量水解，导致微生物细胞壁结构被破坏，细胞膜因失去细胞壁的保护而被破坏，导致胞内的蛋白质、多糖大量释放，所以此时ＤＤ、蛋白质含量、多糖含量急剧增加。当ＫＭｎＯ４投加量＞２０００ｍｇ／Ｌ时，污泥中的微生物细胞基本被破碎，此时ＤＤ、蛋白质含量、多糖含量增加趋于平缓。ＫＭｎＯ４可以破坏污泥絮体和污泥细胞结构，使絮体内的间隙水及细胞内部水释放出来，从而改善污泥的脱水性能。但污泥破解过程中产生的细胞碎片会吸附更多的水分，这也就是ＫＭｎＯ４投加量≤１４００ｍｇ／Ｌ时，污泥含固率增加缓慢的原因。当ＫＭｎＯ４投加量＞１４００ｍｇ／Ｌ时，污泥的含固率显著增加，说明进一步投加ＫＭｎＯ４会使细胞碎片水解，导致吸附的水失去载体。当ＫＭｎＯ４投加量为２０００ｍｇ／Ｌ时，污泥的ＤＤ可达９图２反应时间对剩余污泥破解效果的影响Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｃｅｓｓｓｌｕｄｇｅ出来，污泥的含固率显著增加。当反应时间＞１２０ｍｉｎ时，污泥的含固率增加缓慢，主要原因有两个：一是污泥细胞已基本破碎，二是污泥中蛋白质和多糖的增加提高了污泥的黏度，使得破解释放出来的水分又重新黏附到了污泥表面，Ｎｏｖａｋ等［１６］的研究也证明了这一点。２１３２