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脱水污泥及其堆肥过程中聚丙烯酰胺的检测

发布日期:2015-07-05 16:39:23
脱水污泥
建立了一种从固体样品中提取PAM的方法,即先用蒸馏水三次提取样品中的 PAM,并控制测试液中PAM的浓度为0.5 ~50 mg/L,然后用淀粉-碘化镉分光光度法测定PAM含 量。试验测得,取自上海某污水处理厂的脱水污泥样品中PAM的含量在6.28 mg/g(干基)左右,污泥与回料(经多次回流堆肥试验得到的熟料)按体积比为1 : 2混合后的堆肥物料中PAM含量为 2.67 mg/g。在连续通风条件下,经过12 d高温好氧发酵,堆肥物料中PAM的含量降至1.38 mg/ g,降解率为48. 8%。可见,高温好氧发酵对降解脱水污泥中PAM具有良好的效果。
通常情况下,污泥脱水前PAM的投加量为3〜 5 mg/g干污泥,对于某些沉降性能差的污泥则需要 更高的投加量,因此污泥脱水过程中大量的絮凝剂 被PAM转移到泥饼当中,污泥中的PAM残留及对 环境的影响已经受到人们重视。PAM具有很高的 粘性,PAM含量过高的污泥用于土地利用,可能会 造成土壤板结,不利于耕作。员学锋等[]指出施加 PAM改良土壤时,应遵循适量的原则,施加的PAM 浓度过高会使玉米产量有所下降。《上海市城镇污 水处理厂固态污泥高温好氧发酵处理基本技术规 定》已明确提出,污泥在用于土地前,需采取分解 PAM的相关措施[3]。
目前有关PAM降解和检测的研究主要是针对 液相(如污水、采油废水),现有的PAM浓度检测方 法有粘度法、浊度法、分光光度法、红外光谱法、原子 荧光分光光度法、色谱法等[]。其中分光光度法操 作简单,且具有较高的灵敏度,在聚合物驱油技术中 被广泛应用,淀粉-碘化镉分光光度法最为常 用[5]。而固相(如脱水污泥)中的PAM的提取和检 测方法鲜见报道。笔者探索了固体样品中PAM的 提取方法,并研究了脱水污泥及其堆肥过程中PAM 的检测和降解情况。
1 污泥中PAM检测方法的建立 1.1主要试剂和仪器
PAM(阳离子型,颗粒状,分子质量为600 xlO4 u),取自上海某污水处理厂脱水车间,配成1 000 mg/L的标准液;醋酸钠缓冲液、淀粉-碘化镉试 剂[6]和1%甲酸钠溶液。
可见光分光光度计、离心机、pH计。
1.2标准曲线
根据线性相关的原理,绘制质量浓度-吸光度 标准曲线,步骤如下:
将1 000 mg/L的PAM标准液用蒸馏水分别稀 释成浓度为 0. 2、0. 5、1、5、10、20、30、40、50 和 60 mg/L的标准溶液,然后按文献[5]中的方法测试吸 光度。根据测试结果,当标准溶液质量浓度为0. 2 和60 mg/L时,其吸光度值分别只有0. 001和 0. 526,说明如果质量浓度过高或过低,则测试结果 非线性相关。因此,控制样品质量浓度在0.5〜50 m/L之间。进行线性拟合后,得出吸光度与PAM
质量浓度的关系为;r= 0.009 89*+0.003 28,R2 = 0.998 1。
1.3污泥中PAM的提取
PAM是一种水溶性高分子材料,易吸附和保留 水分,可以以任意比例溶于水,一般不溶于有机溶 剂。
本试验提出采用水洗提取的方法从样品中分离 PAM。先把样品溶于水中,用振荡摇床振荡2 h,使 污泥均匀分散在水中,由于PAM对污泥中细小颗粒 具有较强的吸附能力,提取时,再用磁力搅拌器搅拌 10 min,然后以4 000 r/min的转速离心15 min,取上 清液待测。为了彻底地提取出样品中的PAM,需对 样品中PAM进行多次提取。表1为提取新鲜脱水 污泥(取自上海某污水处理厂脱水车间)不同次数 (〜5次)得到的提取液的吸光度值(设三平行)。 可见,经三次提取可较彻底地提取出污泥样品中的 PAM。因此,本试验采用三次水洗提取污泥中PAM 的方法,并将所得上清液按一定比例稀释,以控制提 取液中的PAM浓度在50 m/L以内,然后测定其吸 光度。
表1不同提取次数的测试吸光度值
为检验淀粉-碘化镉分光光度法对污泥样品分 析的适应性和方法的系统误差,判断样品中是否有 干扰物存在,确定分析结果的准确度等,进行加标回 收试验,以加标回收率作为分析质量控制的一种重 要手段。本试验中,向提取液中加入2 mL的1 000 m/L的PAM标准液作为加标试验组,再根据文 献[7]以吸光度值计算加标回收率。5组试验测得的 加标回收率为92.0% ~ 96. 6%,可知该方法对测定 污泥样品中的PAM具有很高的准确度。
2 污泥堆肥过程中PAM的降解 2.1污泥堆肥工艺和取样方法
堆肥试验原料为脱水污泥和回料(经多次回流 堆肥试验得到的熟料)的混合物。两者的物化性质 见表2,混合比例为污泥:回料=1 : 2(7/7),通风 方式为变风量连续通风,通风量见表3。堆肥仓有 效尺寸为12 mx5 mx2.5 m,堆肥周期为12 d,堆肥过程中每隔4天取样1次,每个仓固定两个取样 点,分别在仓中部深为〇. 5 m、距两端各4 m处取 样,混合后冷冻保存、待测。
本次试验所用污泥取自上海某污水处理厂脱水 车间,污泥脱水前投加分子质量为600 x 104 u的阳 离子PAM作为絮凝剂,投加量为6 ~8 mg/g干基。 表4是3次取样的时间和测试结果。从测试结果可 以看出,该厂脱水污泥中PAM含量约为6.28 mg/g。 回料中的PAM含量在检测限以下;污泥:回料=1 :2(7/7)混合后,混合原料中?人^1含量约为2.67mg/g。
本次堆肥试验采用的堆肥原料为污泥和回料的 混合物,堆肥周期为12 d。堆肥过程中PAM含量的 变化情况见图1。由图1可知,经过12 d好氧发酵 后,三个堆肥仓混合原料中PAM的浓度由(2. 69 ± 0.08) mg/g 降至(1.38 ±0.07) mg/g,降解率为 4.8% ±2.4%。其中,前4天的降解率相对较快, 日平均降解速率为0. 195 mg/(g • d),中间4天为 0. 092 mg/(g • d),最后 4 天为 0. 042 mg/(g • d)。 PAM的降解主要集中在前8天,占12天总降解率 的 87. 2% ±3.9%。
堆肥过程中温度的变化情况见图2。由图2可 知,脱水污泥堆肥经历了三个阶段,即快速升温阶段 (前3天)、高温维持阶段(第3〜8天)和降温阶段 (第9〜12天),其中前8天处于高温和中温阶段, 这是由微生物的活动引起的。为保证微生物活动的 需氧量,由表3可知堆肥前7天通风量较大。综合 前8天的堆肥温度、通风量和底物浓度,表明微生物 在前8天活动最为活跃,因此PAM的降解量也相对较大。
现有研究表明,能够分解聚丙烯酰胺的微生物 主要有腐生菌[8]、放线菌[9]、a -变形菌[9]、芽孢杆 菌[91。]、黄孢原毛平革菌[11]、假单胞菌[12]以及以 PAM为唯一碳源和氮源的成团肠杆菌和巨胞氮单 胞菌[3]等,上述微生物多为好氧和兼性厌氧菌,且 多能耐受45 °C以上高温。污泥堆肥物料中可能含 有大量上述微生物,尤其是回料中可能含有大量经 PAM驯化的微生物。由此可推测,在污泥堆肥过程 中,PAM的降解方式以生物降解为主。
3结论
①采用三次水洗的方法提取固体样品中的 PAM,然后用淀粉-碘化镉分光光度法对提取液中 的PAM进行分析。PAM浓度过高或过低,会对测 试精度造成影响,应控制测试液中PAM的浓度为 0• 5 〜50 mg/L。
②上海某污水处理厂脱水污泥中PAM的含 量在6. 28 mg/g左右,污泥与回料按1 : 2体积比混 合后,PAM含量约为2. 67 mg/g。在连续通风条件 下,经过12 d高温好氧发酵,堆肥物料中PAM的含 量降低至1.38 mg/g,降解率为48. 8%,可见,高温 好氧发酵对降解脱水污泥中的PAM具有良好效果。