活性污泥磁化调理—电脱水性能与过程机制研究

发布时间：2017-04-11 14:15

  本文关键词：活性污泥磁化调理—电脱水性能与过程机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国城镇化的发展,市政污水污泥的产量迅速增加,污水污泥的处理处置已成为社会关注的重要问题之一。本论文针对污泥脱水及减量化,研究了磁化调理-水平/压力垂直电场脱水技术的效果、性能及工艺过程。采用响应曲面法优化了工艺的操作条件,评价了工艺的脱水效果和能耗,通过差热扫描量热分析法检测了工艺过程中束缚水和自由水的转化过程,采用三维荧光分析法和胞外聚合物分层提取分析方法,对典型有机物含量进行监测,揭示了有机物的迁移转化规律,结果如下：磁化调理中,磁粉投加量为0.15g·g-1干污泥,磁场强度为0.065T时污泥脱水性能最佳。调理后污泥呈网状结构,污泥细胞相互聚集并出现表面皱缩现象；磁化调理对细胞胞外聚合物(EPS)产生一定分解和破坏作用；此外,磁粉调理大大降低了污泥颗粒间的路易斯酸碱作用,使污泥颗粒发生类似絮凝的效应。因此,磁化调理有效地改善了污泥的脱水性能。磁化调理-水平电场脱水(CM-HED)工艺过程依次包括磁粉调理—磁场调理—重力沉降—电场脱水阶段,采用水平电场脱水(40V,2h)后污泥含水率可由99.47%降至89.98%。脱水过程中自由水和束缚水的脱除率为阳极：自由水95.86%、束缚水52.89%；阴极：自由水92.75%、束缚水46.28%。束缚水在磁化调理阶段去除率最大,达23.14%。重力沉降阶段污泥减量率达87.45%。随着CM-HED过程进行,有机物由污泥向上清液/滤出液中转移。磁化调理-压力垂直电场脱水(MPEOD)工艺过程依次包括磁化调理—重力沉降—压力脱水—复合脱水阶段,400kpa机械压力作用2h,后期联合44.7V的垂直电场作用2h后污泥含水率可从99.18%降至53.52%。MPEOD过程使污泥质量减量化达到97.98%,自由水去除率达到99.67%,束缚水去除率达到82.99%。束缚水含量降低最显著的阶段为复合脱水阶段(49.20%)和磁粉调理阶段(38.93%),自由水含量降低最明显的阶段是复合脱水阶段(96.16%)和重力沉降阶段(76.44%)。MPEOD过程有机物迁移路径与CM-HED过程一致,但MPEOD过程有机物迁移量更大,水分流动性更强。污泥松散附着层EPS对于磁化调理以及脱水操作的敏感程度更大。
【关键词】：活性污泥 磁化调理 电脱水 压力场 胞外聚合物 水分分布
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1. 引言7-20
• 1.1 课题来源及背景7-8
• 1.2 活性污泥的组分8-10
• 1.2.1. 水分组成8-9
• 1.2.2. 污泥胞外聚合物组成9-10
• 1.3 污泥调理技术研究进展10-13
• 1.3.1. 传统的污泥调理技术10-11
• 1.3.2. 磁化处理污泥的研究进展11-13
• 1.4 污泥电脱水技术研究进展13-17
• 1.4.1. 污泥电脱水基础理论13-14
• 1.4.2. 污泥电脱水技术研究进展14-16
• 1.4.3. 电脱水过程有机物迁移研究16-17
• 1.4.4. 电脱水技术能耗研究17
• 1.5 研究目的及意义17
• 1.6. 研究内容及技术路线17-20
• 2. 实验材料与方法20-27
• 2.1. 污泥样品及基本性质表征20
• 2.2. 微观及宏观磁场20-21
• 2.2.1. 微米磁粉20-21
• 2.2.2. 宏观磁场21
• 2.3. 电脱水反应装置21-23
• 2.3.1. 水平电场脱水装置21-22
• 2.3.2. 压力垂直电场脱水装置22-23
• 2.4. 测试与分析方法23-26
• 2.4.1. 污泥脱水效果23
• 2.4.2. 污泥脱水操作条件的优化23
• 2.4.3. 上清液/滤出液理化性质23-24
• 2.4.4. 污泥理化性质24-26
• 2.5. 污泥脱水能耗26-27
• 3. 活性污泥磁化调理-水平电场脱水过程(CM-HED)研究27-43
• 3.1. 磁化调理对污泥脱水效果的影响27-30
• 3.1.1. 磁场强度27
• 3.1.2. 磁粉投加量27-28
• 3.1.3. 磁粉磁场调理耦合顺序28-29
• 3.1.4. 磁化调理效果与经济性分析29-30
• 3.2. 磁化调理对污泥性质的影响30-31
• 3.2.1. 污泥上清液性质30
• 3.2.2. 污泥接触能30-31
• 3.3. 响应曲面法(RSM)优化水平电场操作条件31-33
• 3.3.1. 设计参数31-32
• 3.3.2. 分析拟合32
• 3.3.3. 响应而分析32-33
• 3.4. 脱水效果评价33-34
• 3.4.1. 磁化调理-水平电场污泥脱水(CM-HED)效果33
• 3.4.2. 脱水效果比较33-34
• 3.5. 污泥内部结构34-35
• 3.6. 脱水各阶段水分组成及迁移35-38
• 3.7. 脱水各阶段有机物组成及迁移38-41
• 3.7.1. 污泥液相有机物组成及迁移38-40
• 3.7.2. 污泥固相有机物组成及迁移40-41
• 3.8. 小结41-43
• 4. 活性污泥磁化调理-压力垂直电场脱水过程(MPEOD)研究43-66
• 4.1. 操作条件对脱水效率和能耗的影响43-47
• 4.1.1. 污泥负荷43-44
• 4.1.2. 复合脱水时间44-45
• 4.1.3. 机械压力45
• 4.1.4. 电压45-47
• 4.2. 响应曲面法优化压力垂直电场操作条件47-49
• 4.2.1. 设计参数及结果47
• 4.2.2. 拟合分析47-49
• 4.2.3. 响应面分析49
• 4.3. 磁粉调理-压力垂直电场污泥脱水效果评价49-51
• 4.4. 脱水各阶段水分组成及迁移51-54
• 4.5. 脱水各阶段有机物组成及迁移54-62
• 4.5.1. TOC和COD分布和迁移54-55
• 4.5.2. 典型有机物含量及分布变化55-60
• 4.5.3. EPS分布和迁移60-62
• 4.6. 脱水各阶段污泥内部结构62-63
• 4.7. 磁化调理电脱水工艺过程分析63-64
• 4.8. 小结64-66
• 5. 结论与展望66-68
• 5.1. 结论66
• 5.2. 展望66-68
• 参考文献68-74
• 个人简介74-75
• 导师简介75-76
• 攻读硕士学位期间主要成果76-77
• 致谢77

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