污泥消化脱水过程中腐殖酸的迁移转化规律和回收利用

污泥厌氧消化和机械脱水产生的废液中，腐殖酸是主要有机组分，而当采用热水解、碱破解等预处理手段强化消化和脱水时，废液中腐殖酸浓度可超过1000mg/L。由于腐殖酸生物降解缓慢，在污水处理过程中依赖污泥絮体吸附和排泥去除，如果腐殖酸又在污泥处理过程中大量溶出并回流，将严重影响污水处理效果。针对上述问题，本课题在污泥腐殖酸基本性质分析的基础上，研究污泥破解、消化和脱水过程中腐殖酸的溶出、吸附、沉降和转化规律，考察工艺流程、破解方法、消化条件和絮凝脱水等因素对其分布、特性的影响机制，为掌握污泥腐殖酸的释放规律并进行控制提供依据；在此基础上结合污泥强化消化、脱水过程，研究建立一套经济有效的废液腐殖酸分离浓缩、制取液体有机肥的方法，从而在解决含高浓度腐殖酸废液处理难题的同时，实现污泥的资源化利用。

本课题研究了污泥消化脱水过程中腐殖酸的迁移转化规律，建立了腐殖酸回收方法，项目预期目标全部完成。研究成果包括：（1）揭示了污泥中腐殖酸的特征。腐殖酸是污泥有机质的主要组分之一，以胡敏酸为主，腐殖化程度较低；65%的富里酸分子量为10-50kDa，65%的胡敏酸分子量超过100kDa，约90%的FA和约50%的HA存在于胞外聚合物中；（2）掌握了污泥消化脱水过程中腐殖酸的迁移转化规律。经过厌氧消化后，16.3%的胡敏酸和27.0%的富里酸被降解，而剩余腐殖酸分子量增加、腐殖化程度加深。污泥脱水不会影响腐殖酸的明显变化，但絮凝剂对溶解性富里酸有一定沉淀作用；（3）建立了碱预处理强化厌氧消化及回收腐殖酸的方法。为避免高pH和Na+的抑制效应，预处理宜采用0.04-0.1 mol/L的NaOH，在该条件碱处理后的污泥中用30-50kDa超滤膜分离回收腐殖酸，然后残余污泥再进行厌氧消化，此时回收产物中腐殖酸浓度为4.0 g/L，经进一步浓缩后可用于制肥，而厌氧消化过程中污泥有机质去除率从33%提高至56%，累积产气量增加35-53%。（4）建立了碱后处理改善污泥厌氧消化和从消化污泥中回收腐殖酸的方法。在半连续厌氧消化过程中，在半周期时抽取5%的污泥进行碱处理然后再回流，产气量增加了30-33%，针对消化污泥碱处理后的上清液采用50kDa的超滤膜分离，截留液中腐殖酸浓度超过4.2 g/L，占回收液中有机物的60%以上，该截留液经进一步浓缩后可以用于制肥。（5）建立了从热处理强化消化污泥脱水废液中回收腐殖酸的方法。消化污泥经160-180℃热处理后，脱水泥饼含水率降至60%以下，脱出液中腐殖酸含量超过1200 mg/L，且占有机物总量的90%，经50kDa超滤膜回收后可制取更高纯度的腐殖酸产品。上述研究系统阐述了污泥消化脱水过程中腐殖酸的变化规律，首次提出了结合污泥消化脱水过程回收腐殖酸的方案。基于这些成果，共发表论文8篇，其中SCI论文6篇，包括JCR一区论文3篇，申请发明专利2项，培养硕士研究生6人。