环境学院博士生张达鑫等的研究成果在自然指数期刊《Water Research》在线发表

环境学院博士生张达鑫等的研究成果在自然指数期刊《Water Research》在线发表

近日，环境学院生态环境工程专业博士研究生张达鑫等的学术论文《Variations in macro and micro physicochemical properties of activated sludge under a moderate oxidation-in situ coagulation conditioning: relationship between molecular structure and dewaterability》，发表于国际水处理研究领域TOP期刊《Water Research》上（IF=7.051）。论文指导教师是王毅力教授，该项研究得到了国家自然科学基金项目的支持。

我国城镇污水排放过程中剩余污泥的产生量日益增大，高含水率的污泥体积大，运输费用高，后续的处理处置困难，其处置费约占城市污水处理厂运行费用的50%-60%。因此，剩余污泥的调理-脱水环节成为污水处理厂污泥管理的重要环节。在调理-脱水过程中，污泥表面的胞外聚合物(EPS)是影响污泥脱水性能的关键因素之一。作为一种安全无毒的氧化剂，高锰酸钾可以被用来氧化破解EPS、调理剩余污泥。然而，实际投加过程中很难准确控制高锰酸钾的氧化程度。少量或过量氧化都会影响后续污泥的絮凝乃至脱水过程。因此，开发适度氧化调理污泥的新技术显得尤为重要。另一方面，由于污泥EPS成分的复杂性，EPS分层组分及其微观结构对对污泥脱水性能的贡献仍不完全清楚。

该研究在剩余活性污泥氧化调理-脱水研究方面取得重要进展，提出了一种适度氧化-原位絮凝的污泥调理策略。在高锰酸钾氧化污泥过程中，利用Fe(Ⅱ)作为淬灭剂，一方面阻止高锰酸钾进一步反应，另一方面生成原位的Fe(Ⅲ)对氧化后的污泥进行絮凝。实验证明在该调理策略下，污泥的过滤性质显著提升，部分束缚水得到释放(图1)。基于该调理策略，研究团队分析了污泥宏观及微观物理化学性质的变化特征，并用多元统计分析确定了各分层EPS中的蛋白质二级结构与污泥脱水性质的相关性，找出了其中“功能性”蛋白质二级结构可能的来源，并结合热力学计算结果提出了不同氧化-絮凝程度下污泥的变化模型(图2)。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.02.047

图1不同Mn(Ⅶ)和Fe(Ⅱ)投加时间间隔下，污泥脱水性能的变化：(a) CST0/CST; (b)束缚水含量。0 min、2min、5min、10min和30 min分别表示Mn(Ⅶ)和Fe(Ⅱ)的投加时间间隔。

图2不同氧化-絮凝程度下污泥的变化模型