基于泡沫化预处理污泥的干化行为及热重动力学进程研究

发布时间：2017-09-08 01:10

  本文关键词：基于泡沫化预处理污泥的干化行为及热重动力学进程研究

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【摘要】：伴随着人类社会的快速、全方面发展,活性污泥法在城市污水生物处理中的运用越来越广泛。在污水处理过程中,将会产生大量的生物污泥。这些生物污泥一部分以回流污泥的形式回到污水处理体系中,从而加快活性污泥反应进程,提高污水处理效果。而生物污泥的多余部分,则以一种高含水率的剩余污泥形式从处理系统中脱离出来。(后文中所提及的污泥,均指代剩余污泥)这种高含水率的剩余污泥,如若得不到快速、有效的处置而在自然环境中累积,势必将会对自然环境造成极大的冲击。如何快速、有效又经济地处理处置剩余污泥,成为了研究者们重点关注的问题。本文的研究内容围绕剩余污泥处置展开,一个基于Ca O和Na OH配合加入剩余污泥,伴随机械搅拌使污泥泡沫化的创新性预处理技术在文中被着重讨论,污泥起泡效率、起泡密度和干化温度等因素被作为研究内容。实验结果表明基于泡沫化预处理的剩余污泥其干化行为表现出了较佳的水分去除效率,并且该技术在改进过程中逐步实现高效低成本。实验发现,新的添加比例为1.0%Ca O1.0%Na OH(S2:2)的污泥微泡扩增配合起泡剂具有较高的污泥微泡扩增速率,其降低了在污泥预处理起泡阶段的机械搅拌能耗,且在微泡污泥薄层干化过程中,污泥密度为0.6 mg/L的S2:2污泥样品表现出了最佳干化效率。同时,文中成功运用Origin Pro 8.0数据处理软件实现对50℃干化温度下干化密度为0.6mg/L的S2:2样品干燥数据的线性模拟。通过对干化曲线一阶导数仔细分析可得,在微泡污泥快速干化实验过程中,复配添加物的比例这一因素的影响性超过了污泥自身密度对于干化结果的影响。同时在对比实验中得出,配合添加起泡剂处理剩余污泥的效果优于单独添加碱性物质或原泥直接干化的效果。在探究干化技术的同时,本文还展开了对干化污泥燃烧特性的实验探究。本文采用TG分析仪对不同配合添加比例下污泥最佳干化效果的样品进行了热重动力学研究。Starink方法成功运用于本文对动力学参数——表观活化能的评估。实验数据表明,四个污泥样品的表观活化能在分解过程中的数值和变化趋势都各不相同。在污泥经过碱性物质预处理之后,表观活化能E伴随着转化分数α变化的燃烧进程被提前。反应级数n的变化趋势也同样说明了经过预处理的剩余污泥样品其样品成分的复杂性与差异性。在污水处理能力快速发展的今天,认清我国污泥的处理处置现状,寻求污泥处置、合理利用的途径显得意义重大。而本文的创新性污泥微泡扩增技术提高了污泥的干化效率,也一定程度上实现了污泥最终含水率的最小化,为污泥的进一步有效处理处置提供了保障。本研究对于解决我国污泥处置现状这一难题起到了一定的促进作用,对于资源的再利用也有十分重要的意义。
【关键词】：剩余污泥 泡沫化处理 干化 TG分析 动力学
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 引言12-13
• 1.2 污泥的来源及分类13-15
• 1.2.1 污泥的来源13
• 1.2.2 污泥的分类13-15
• 1.3 污泥的危害及处理处置方法15-20
• 1.3.1 污泥的危害15
• 1.3.2 污泥的处理处置方法15-20
• 1.3.2.1 污泥的处理15-18
• 1.3.2.2 污泥的处置18-20
• 1.4 污泥干化技术应用现状20-24
• 1.4.1 污泥干化方法及分类20-22
• 1.4.2 污泥干化的研究现状22-24
• 1.4.2.1 国外污泥干化技术的发展动态22-23
• 1.4.2.2 国内污泥干化技术的研究进展23-24
• 1.5 污泥热重动力学研究概述24-26
• 1.5.1 热重研究法24
• 1.5.2 热重分析的几个主要特征值24-25
• 1.5.3 污泥热重动力学研究现状25-26
• 1.6 研究思路、内容及意义26-29
• 1.6.1 研究思路26-27
• 1.6.2 主要研究内容27
• 1.6.3 研究意义27-28
• 1.6.4 主要创新点28-29
• 第二章 污泥干化及热重实验方案29-34
• 2.1 引言29
• 2.2 实验材料29-30
• 2.3 污泥微泡扩增技术30-31
• 2.4 污泥的薄层干化技术31-32
• 2.5 热重动力学分析方案32-34
• 第三章 泡沫化预处理污泥干化行为研究34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 污泥处置原则34-35
• 3.3 污泥中水分存在形式35
• 3.4 污泥预处理方法35-38
• 3.4.1 物理方法36
• 3.4.2 化学方法36-37
• 3.4.3 生物方法37
• 3.4.4 联合预处理方法37-38
• 3.5 实验试样及操作38-39
• 3.5.1 污泥预处理方法38
• 3.5.2 泡沫化污泥的薄层干化38-39
• 3.6 结果与分析39-50
• 3.6.1 污泥的起泡效率39-40
• 3.6.2 烘箱温度和污泥密度对干化效果的影响40-46
• 3.6.3 基于不同预处理方式污泥干化结果分析46-48
• 3.6.4 污泥干化曲线拟合48-50
• 第四章 泡沫化预处理剩余污泥热重动力学进程研究50-69
• 4.1 引言50-51
• 4.2 热重动力学分析模型51-53
• 4.3 实验装置、试样及方法53-56
• 4.3.1 热重实验装置53-55
• 4.3.1.1 热天平式热重分析仪53-54
• 4.3.1.2 弹簧称式热重分析仪54-55
• 4.3.2 实验试样及方法55-56
• 4.4 结果与分析56-69
• 4.4.1 热重动力学曲线（TG）分析56-61
• 4.4.2 表观活化能（E）的趋势61-64
• 4.4.3 反应级数（n）分析64-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-75
• 附录75-76
• 致谢76

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