利用污泥制备生物絮凝剂的方法及性能研究

发布时间：2020-04-01 04:42

【摘要】：近年来随着环境标准要求的提高,污泥传统处理方法的弊端逐渐显露。因此,污泥“资源化”技术的研究已经成为解决目前污泥处置问题的有效途径。污泥主要由分布于胞内和胞外的蛋白质和多糖等有机物组成,传统发酵法制备的生物絮凝剂中起絮凝活性的物质主要为菌体发酵培养过程中分泌到胞外的多糖和蛋白质。本文将污泥作为制备生物絮凝剂的原材料,实现了污泥的资源化利用,也为生物絮凝剂的制备方法提供了新的途径。本文在研究不同污泥水解技术的基础上,通过比较不同方法水解产物的絮凝活性,确定了絮凝剂的制备方法。进一步考察所制备絮凝剂的活性及理化性质,探讨絮凝剂的作用机理,评价副产品的吸附性能。论文取得了以下的研究成果： (1)采用超声技术水解污泥,研究不同超声因子对污泥水解性能的影响。结果表明,随着声能密度的增加和作用时间的延长,水解效果显著增加,但能效利用率有所降低；声能密度和作用时间对水解效率的影响因子分别为0.2294和0.2893,输入的超声能量(声能密度与作用时间的乘积)相同时,小声能密度,长作用时间更有利于污泥的水解。 (2)进一步采用超声与碱耦合技术水解污泥,结果显示污泥的水解程度显著增加。采用多元线性回归的方法建立了以污泥COD溶出率为因变量的污泥水解的动力学模型。自变量pH、声能密度、声强和污泥浓度的影响因子分别为2.1109、1.3933、0.8145和0,其对污泥水解程度的影响顺序为：pH声能密度声强污泥浓度,这一结论为采用碱法水解污泥提供了理论依据。 (3)考察不同水解条件下水解产物的絮凝活性,碱解产物的絮凝活性最大,超声与碱耦合水解产物次之,单独超声作用下的絮凝活性最小。最终将水解温度70℃,水解时间30min,碱的投加量1.75g/gTS(TS代表污泥干基)下的水解产物定义为絮凝剂FM-1。 (4)采用正交实验研究絮凝剂FM-1的絮凝活性,对高岭土悬浊液(浓度为5g/L)的最佳絮凝率为98.8%。絮凝活性分布结果显示,絮凝剂FM-1中絮凝活性物质主要分布于液相之中,FM-1的储存稳定性较差,因此将FM-1进行离心,离心上清液称作絮凝剂FM-2。絮凝剂FM-2对高岭土悬浊液(浓度为5g/L)的最佳絮凝率为99.2%,与FM-1相比,FM-2的储存稳定性增强。经过高温热处理之后,FM-2仍保持了较好的絮凝活性,其主要成分为多糖和蛋白质,质量分数分别为70.3%和21.6%。红外光谱分析表明,FM-2中可能含有羟基(-OH)、氨基(-NH-)、酯基(-COOC-)等官能团。扫描电镜显示,其几何外观近似于圆形,颗粒大小相对较为均一,而且颗粒之间相互交织,相互黏附。对高岭土颗粒的絮凝,主要为“压缩双电层”和“吸附架桥”作用。 (5)考察絮凝剂FM-2的污水净化能力,研究结果表明,对直接翠兰染料废水的脱色率为99.3%,酸性条件下FM-2的官能团被“质子化”后带正电荷,根据静电理论,有利于阴离子型染料废水的脱色。对于具有一定浊度的淀粉废水,其最佳絮凝率为75.2%。对于实际生活废水,最大絮凝率为97.7%。FM-2还可去除水中的重金属元素,对于水中硒和铅的去除率均达到90%以上,对汞、砷和镉也有不同程度的去除效果。 (6)制备絮凝剂FM-2时产生副产品AM-1,其主要组成为污泥水解后的细胞碎片,呈粉末状,颗粒较细,即未经任何处理的干污泥相比其比表面积增大,而且可能含有较多的官能团,能够提供众多的吸附位点,可以作为生物吸附剂。对于初始浓度为100mg/L的亚甲基蓝溶液,除了强酸性pH=2外,在3pH≤11的范围内,平衡吸附量均大于100mg/g。AM-1对亚甲基蓝的吸附行为吻合Langmuir模型和Freundlich模型,1/n=0.32,属于易吸附范畴。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703

【参考文献】