活化过硫酸盐—骨架构建体复合调理污泥深度脱水研究

发布时间：2020-10-24 00:31

　　市政污泥具有有机物含量高,泥饼可压缩性强,亲水性强等特点,如何改善污泥脱水性能,提高脱水效率成为污水与污泥处理领域的共性难题。活化过硫酸盐(S2082-)高级氧化技术具有氧化性能稳定,受pH影响小等优点,能有效破坏污泥亲水性结构；工业固废磷石膏(PG)可形成骨架构建体解决污泥压缩性问题。据此,本文提出基于Fe2+/S2O82-与骨架构建体组合成的复合调理剂(简称S-P复合调理剂)用于污泥复合调理及深度脱水处理。主要研究内容如下： 1、S-P复合调理剂组成及调理参数优化不同焙烧温度预处理PG作为骨架构建体的实验表明：105～300℃焙烧2h处理PG单独用于污泥调理时,调理污泥中存在大量的半水石膏(CaSO4·0.5H2O),而S-P复合调理体系中存在的大量离子能促进半水石膏快速发生水化反应生成条柱状或棒状的二水石膏相(CaSO4·2H2O),其中150℃焙烧预处理PG作为骨架构建体时条柱状晶体含量最高。当焙烧预处理温度≥400℃,条柱状晶体逐渐消失,具有细长针状结构的无水石膏相(CaS04)开始出现。选择150℃焙烧PG作为骨架构建体组成S-P复合调理剂,基于表面响应法得到其优化配方为：Fe2+=23.5mg/gDS (DS代表干基污泥量)、S2O82-=100.0mg/g DS、PG=300.0mg/g DS。在此条件下,泥饼含水率为45.7%,脱水效率达到91.7%。 2、S-P复合调理作用机理研究三段式投加Fe2+有利于维持Fe2+/SPS体系具有较高的氧化电位。醇淬灭实验证实体系中存在大量S04··自由基,其对污泥絮体的破坏作用主要体现在：(1)造成蛋白质和多糖在滤液及可提取态LB-EPS (Loosely Bound-Extracellular Polymeric Substances)和TB-EPS (Tightly Bound-Extracellular Polymeric Substances)的含量发生明显变化。Fe2+/SPS调理使LB-EPS和TB-EPS中的蛋白质和多糖降低。S-P复合调理使LB-EPS中蛋白质增加了53.6%,多糖降低了30.8%,而TB-EPS中蛋白质和多糖分别降低了21.2%、20.5%。(2)促进污泥中结合水向自由水的转变,使结合水含量由原泥的2.60g/gDS降低至0.81g/gDS。(3)改变粒径分布,使污泥粒径有变小的趋势,造成3～40μm的粒径体积频率分数增加7.3%,40～130μm粒径体积频率分数降低了7.4%。(4)SRF和CST分别降低了91.6和88.4%。加入焙烧磷石膏作为骨架构建体后,Fe2+/SPS调理促进半水石膏快速生成具有规则棒状结构的二水石膏“填充”于污泥絮体中发挥骨架构建体的作用,使S-P调理污泥的孔分布在0.4～6.0μm,保持了水分的过滤通道,从而有利于提高污泥的脱水效果。 3、S-P污泥复合调理对不同来源泥质适应性基于对武汉市5个不同污水处理厂4个季度的剩余污泥特性分析,运用S-P复合调理板框脱水研究表明：泥饼含固率与初始污泥的含固率正相关,与有机物负相关。当初始污泥含固率大于3%,有机物含量低于50%,更容易获得较好的脱水效果,能将泥饼含水率控制在60%以下。初步结果表明：S-P复合调理剂对于不同污水处理工艺、不同季节排放的不同泥质具有较好的调理与脱水适应性。 4、S-P复合调理污泥深度脱水过程中氮、磷及重金属等转化规律建立了从污泥浓缩-调理-脱水全程自动化控制的污泥深度脱水中试示范线。选择4段保压进料(0.2MPa保压20min、0.4MPa保压20min、0.6MPa保压20min、0.8MPa保压30min)有利于提高脱水效果。中试脱水泥饼含水率降至49～65%,脱水效率达到93～98%,系统基本满足物料平衡。在S-P体系复合调理及深度脱水过程,污泥中95.4～97.1%的N和99.3～99.9%的P保留在泥饼中。重金属向滤液转移的倾向为CdZn/PbCrCu。S-P复合调理体系深度脱水滤液返回污水处理厂不会对原污水处理厂正常运行造成影响。基于S-P复合调理可直接实现污泥在污水处理厂内的深度脱水,有利于实现污泥深度脱水与后续处置技术相结合,为污泥脱水与处置一体化技术研究提供参考。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X703.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
1 绪论
    1.1 市政污泥的概述
    1.2 市政污泥处理与处置技术
    1.3 市政污泥特性研究现状
    1.4 污泥调理技术研究进展
    1.5 过硫酸盐高级氧化技术
    1.6 活化过硫酸盐-骨架构建体复合调理剂及调理技术
    1.7 课题来源及研究主要内容
2 实验材料及方法
    2.1 市政污泥
    2.2 其他主要实验原料及实验药剂
    2.3 主要实验设备清单
    2.4 污泥调理实验及脱水方法
    2.5 污泥脱水指标测定方法
    2.6 污泥特性测定方法
    2.7 EPS的提取及其相关特性指标测定
    2.8 污泥脱水的泥饼及滤液中铁相的测定
    2.9 重金属测定
    2.10 主要仪器分析及表征手段
3 活化过硫酸盐-磷石膏骨架构建体（S-P）复合调理剂及优化研究
2+活化SPS调理参数以及投加量优化'>    3.1 Fe²⁺活化SPS调理参数以及投加量优化
    3.2 焙烧预处理磷石膏作为骨架构建体组合S-P复合调理剂
    3.3 S-P复合调理剂的调理参数RSM优化
    3.4 本章小结
4 S-P复合调理及提高深度脱水效率的机理探讨
2+投加方式对调理体系的氧化还原电位的影响'>    4.1 Fe²⁺投加方式对调理体系的氧化还原电位的影响
    4.2 复合调理体系中的氧化还原电位变化
    4.3 复合调理剂中的单组份及复合调理对污泥相关特性的影响
    4.4 S-P复合调理机理及模型构建
    4.5 本章小结
5 S-P污泥复合调理剂对不同来源泥质适应性的研究
    5.1 不同污水处理厂简况及污泥特性分析
    5.2 不同季度污泥特性指标间相关性分析
    5.3 实验室板框脱水性能及污泥特性间的典型相关性分析
    5.4 本章小结
6 S-P复合调理及深度脱水中氮磷及重金属转化规律研究
    6.1 实验过程及相关分析
    6.2 污泥调理前后相关特性指标变化
    6.3 脱水效果及物料衡算
    6.4 脱水过程中进料压力-时间的变化
    6.5 脱水过程中TN和TP的变化
    6.6 TN、TP在泥饼和滤液中的分配规律
    6.7 重金属在泥饼和滤液中的分配规律
    6.8 本章小结
7 污泥深度脱水中试示范线的建设及运行研究
    7.1 市政污泥深度脱水中试线的设计与实施
    7.2 不同分段进泥方式对S-P复合调理污泥深度脱水的影响
    7.3 S-P污泥复合调理优化配方的深度脱水过程的质量衡算
    7.4 S-P复合调理深度脱水经济性分析
    7.5 本章小结
8 全文总结
    8.1 全文总结
    8.2 本文的创新点
    8.3 存在问题与展望
致谢
参考文献
附录一污泥比阻测定方法
附录二攻读学位期间主要科研成果

【参考文献】

相关期刊论文前10条

1 杨斌;杨家宽;唐毅;谢永中;肖波;;粉煤灰和生石灰对生活污水污泥脱水影响研究[J];环境科学与技术;2007年04期

2 胡锋平;汪琳媛;管晓涛;;双污泥调理剂调理氧化沟剩余活性污泥试验研究[J];环境科学与技术;2008年12期

3 时亚飞;杨家宽;李亚林;刘欢;毛苇;侯海攀;李野;何姝;;基于骨架构建的污泥脱水/固化研究进展[J];环境科学与技术;2011年11期

4 黄河;蔡建辉;;不同化学试剂对富营养化水体去磷效果的比较[J];广东化工;2011年12期

5 申迎华,王斌,王志忠;有机高分子絮凝剂在污泥脱水中的应用[J];高分子材料科学与工程;2004年05期

6 孙玉焕;杨志海;;我国城市污水污泥的产生及研究概况[J];广西轻工业;2007年04期

7 赵鑫鑫;尹华;张娜;叶锦韶;彭辉;秦华明;何宝燕;;微生物絮凝剂对城市污水厂浓缩污泥脱水性能的影响[J];工业水处理;2008年11期

8 范艳辉;范凉娟;齐彪;汪毅恒;柳海波;;聚合氯化铝(PAC)改善污泥脱水性能的研究[J];环保科技;2012年01期

9 李玉瑛;李冰;;冷融技术对剩余污泥的调理研究[J];工业水处理;2012年08期

10 叶何兰;叶锦韶;钟子嘉;尹华;彭辉;张娜;;微生物絮凝剂的污泥脱水性能研究[J];环境化学;2009年03期

相关博士学位论文前1条

1 晏井春;含铁化合物活化过硫酸盐及其在有机污染物修复中的应用[D];华中科技大学;2012年