活化过硫酸盐-生物质复合调理污泥脱水性能与机理研究
发布时间：2020-06-13 22:23
【摘要】：《2017年中国生态环境状况公报》统计得出,截至2017年底,全国城市污水处理能力达到1.57亿立方米/日。一般认为,1万立方米污水约产生1.0-2.0吨绝干污泥,这意味着2017年绝干污泥的产量即为573-1146万吨/年,按含水率80%计算,2017年产生污泥量为2865-5730万吨/年,此数据将会持续上升。据报道,2020年,污泥的产生量将达到6000万吨/年以上(含水率80%)。如此庞大的污泥量如果不经过合理的处理处置将会导致严重的环境问题,对污泥进行调理使其容易脱水是污泥处理处置前的重要步骤,以减少污泥体积,降低处理成本。活化过硫酸盐作为一种新型的高级氧化技术能够产生强氧化性的硫酸根自由基,能有效破解污泥的絮体结构,改善污泥脱水性能,同时,骨架构建体被广泛用于降低泥饼的可压缩性,提高污泥脱水性能。稻壳或木屑作为典型的农林生物质废物,作为新型骨架构建体调理污泥成本低,且可实现废物的资源化利用。本研究利用活化过硫酸盐-生物质复合调理污泥,研究复合调理过程对污泥脱水性能的影响,探讨了复合调理剂改善污泥脱水性能的机理,讨论了污泥脱水过程重金属的迁移转化规律,并对污泥脱水过程各特性指标进行了相关性分析,主要的研究内容和结果如下:(1)活化过硫酸盐-生物质复合调理污泥能够显著提高污泥的脱水性能,单独投加任何一种调理剂都不能达到良好的调理效果。以活化过硫酸盐-稻壳粉复合调理污泥作为主要研究对象,通过RSM优化实验得出最佳实验参数为:过硫酸钠(SPS)投加量为151.5 mg/g DS,Fe2+投加量为46 mg/g DS,稻壳粉投加量为333 mg/gDS。只添加活化过硫酸盐作为调理剂时,毛细脱水时间(CST)和污泥比阻(SRF)降低率分别为77.2%和79.6%,在此基础上,其他条件均不变,添加稻壳粉作为骨架构建体后,CST和SRF的降低率分别增加至92.8%和94.6%,且脱水泥饼含水率由原污泥的95%降低至68%。探讨pH和温度对复合调理过程的影响发现,活化过硫酸盐-生物质复合调理污泥在pH为5-11,温和水热(25 ℃-70 ℃)下都具有良好的效果,且适应性良好。(2)深入研究了活化过硫酸盐-稻壳粉复合调理剂改善污泥脱水的机理,结果表明,活化过硫酸盐和稻壳粉存在协同作用。复合调理后,污泥净产率增加了1.93倍,泥饼的可压缩系数降低了32.6%。SEM结果表明污泥絮体分解,原有的污泥大片结构变为具有很多孔洞的网络结构,有利于水分的溢出。Zeta电位向零点靠近,说明污泥处于一个不稳定状态,污泥絮体容易团聚在一起,挤压出污泥内部的水分,形成大的絮体沉降。污泥的平均粒径减小,说明原污泥中大块的絮体分解,其中的胞外聚合物(EPS)破坏,大颗粒变成小颗粒,释放出内部裹挟的水分,EPS中蛋白质和多糖的含量发生了改变,污泥内部结合水的含量降低了66.2%,红外结果表明与EPS相关的基团吸收带发生了位移。研究稻壳粉粒径对污泥脱水性能的影响可知,当稻壳粉粒径为0.075-0.15 mm时,污泥脱水效果较好,同时,粒径级配后的稻壳粉更能起到骨架构建体的作用,粒径质量配比为小于0.075 mm占 19.2%,0.075-0.15 mm为75%,0.15-0.25 mm为5.8%。(3)讨论了污泥调理过程中重金属的迁移转化,结果表明,污泥调理前后重金属在滤液和泥饼中的分布发生了较大变化,在滤液中的含量增加,泥饼中的含量降低。经过活化过硫酸盐调理后,泥饼中目标重金属的浸出值和浸出率明显降低,加入稻壳粉复合调理后,浸出毒性持续降低,泥饼中Pb元素浸出值降低为0。对目标重金属进行化学形态分析的结果表明,复合调理后各重金属的残渣态均增加,弱酸可提取态降低,重金属在环境中的迁移性降低。重金属的浸出率与其弱酸可提取态存在正相关性,与残渣态存在负相关性。由RAC(Risk assessment code)指数可知,经过活化过硫酸盐-稻壳粉复合调理后,脱水泥饼中Cu表现为低环境风险,Pb和Cr表现为无环境风险,Cd和Zn表现为中等环境风险。(4)对污泥脱水过程各性能指标行相关性分析可知,pH和调理温度均与污泥脱水性能不存在显著相关性,表征污泥脱水性能的三个指标CST降低率、界面位置以及泥饼含水率存在线性回归关系,CST降低率与SRF、泥饼含水率以及界面位置存在显著的负相关性。对污泥脱水过程Zeta电位、粒径、结合水含量等指标进行主成分分析,提取出2个主要成分,一个成分与CST降低率相关,一个与B-EPS相关,这两个成分可以反应所有指标间的关系,简化了衡量污泥脱水性能优劣的指标。H和调理温度均与污泥脱水性能不存在显著相关性,表征污泥脱水性能的三个指标CST降低率、界面位置以及泥饼含水率存在线性回归关系,CST降低率与SRF、泥饼含水率以及界面位置存在显著的负相关性。对污泥脱水过程Zeta电位、粒径、结合水含量等指标进行主成分分析,提取出2个主要成分,一个成分与CST降低率相关,一个与B-EPS相关,这两个成分可以反应所有指标间的关系,简化了衡量污泥脱水性能优劣的指标。
【图文】：
分为自由水和结合水。自由水为在污泥中可以自由流动的水分，不受固体颗粒影逡逑响；结合水包含毛细结合水、表面吸附水和内部结合水，这类水分受固体颗粒的逡逑影响。结合水含量越多，污泥脱水越困难。图１－２表示污泥中四种水的存在形式。逡逑四种水分的定义如下［２７＿２９］：逡逑产水逡逑ｒ：：逡逑栥]嬎义贤迹保参勰嘀兴闹炙拇嬖谛问藉义希疲椋纾酰颍邋澹保插澹疲铮酰蝈澹簦穑澹箦澹铮驽澹鳎幔簦澹蝈澹椋铄澹簦瑁邋澹螅欤酰洌纾邋义献杂伤夯虺朴卫胨⒓湎端Ｔ颊嘉勰嗨值模罚埃プ笥摇４嬖谟谖勰嗫帕ｅ义霞湎吨械乃獠糠炙山柚亓Α⒗胄牧蜓沽Σ钣胛勰嗫帕７掷搿ｅ义厦附岷纤涸颊嘉勰嗨值模玻板澹プ笥摇４嬖谟谖勰嗫帕＜涞拿腹苤校义嫌锌赡苡梦锢矸椒ǚ掷氤隼础ｅ义媳砻嫖剿涸颊迹罚プ笥遥掣接谖勰嗫帕１砻娴母阶潘ｅ义希冲义
本文编号：2711830
【图文】：
分为自由水和结合水。自由水为在污泥中可以自由流动的水分，不受固体颗粒影逡逑响；结合水包含毛细结合水、表面吸附水和内部结合水，这类水分受固体颗粒的逡逑影响。结合水含量越多，污泥脱水越困难。图１－２表示污泥中四种水的存在形式。逡逑四种水分的定义如下［２７＿２９］：逡逑产水逡逑ｒ：：逡逑栥]嬎义贤迹保参勰嘀兴闹炙拇嬖谛问藉义希疲椋纾酰颍邋澹保插澹疲铮酰蝈澹簦穑澹箦澹铮驽澹鳎幔簦澹蝈澹椋铄澹簦瑁邋澹螅欤酰洌纾邋义献杂伤夯虺朴卫胨⒓湎端Ｔ颊嘉勰嗨值模罚埃プ笥摇４嬖谟谖勰嗫帕ｅ义霞湎吨械乃獠糠炙山柚亓Α⒗胄牧蜓沽Σ钣胛勰嗫帕７掷搿ｅ义厦附岷纤涸颊嘉勰嗨值模玻板澹プ笥摇４嬖谟谖勰嗫帕＜涞拿腹苤校义嫌锌赡苡梦锢矸椒ǚ掷氤隼础ｅ义媳砻嫖剿涸颊迹罚プ笥遥掣接谖勰嗫帕１砻娴母阶潘ｅ义希冲义
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