电磁波预处理对剩余污泥絮凝脱水效果的影响研究

发布时间：2017-08-07 05:22

  本文关键词：电磁波预处理对剩余污泥絮凝脱水效果的影响研究

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【摘要】：随着城市污水处理率的不断提高,污泥的减量化工作日益紧迫。电磁波技术应用于改善污泥脱水性能已有一些进展,但仅局限于静态、单一性研究。将电磁波技术同传统絮凝调理技术结合,研究电磁波预处理带来的污泥特性的改变及其对剩余污泥絮凝脱水效果的影响,对电磁波技术运用于实际生产具有现实意义。本课题组建了2450MHz和5800MHz两种频率的电磁波污泥絮凝脱水组合工艺,采用武汉市沙湖污水处理厂二沉池剩余污泥,将污泥先通过电磁波预处理装置,后添加絮凝剂PAM+,通过絮凝搅拌装置完成絮凝反应,追踪监测全套处理流程中污泥含水率、TN、TP、SCOD、EPS等污泥特性指标的变化情况。试验结果和结论如下:1、电磁波污泥絮凝脱水组合工艺单因素和响应面优化试验污泥的脱水性能随2450MHz和5800MHz电磁波强度的变化趋势相似:剩余污泥接受低强度的电磁波预处理后,脱水性能变好,在经历一段中强度电磁波预处理后脱水性能恶化,随着电磁波强度的继续增大,脱水性能又得到不同程度改善。同时,5800MHz电磁波对脱水性能的影响存在滞后性,且可用于改善污泥脱水性能的强度区间较2450MHz电磁波更窄。响应面优化结果表明,2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺在取得最优脱水效果时,电磁波加载时间约为70s,污泥加载量约为100mL,絮凝剂投加量集中在5-6 g/kg-SS、电磁波加载功率和pH因素的取值不固定,存在多种组合;5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面优化试验得到的优化方案中,电磁波加载功率约为200W,电磁波加载时间在40s左右,污泥pH值为5,污泥加载量约为70mL,絮凝剂投加量在9-10 g/kg-SS之间。从提升脱水性能的角度来说,2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺效果略优,但5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺的能耗更低。2、胞外聚合物(EPS)对剩余污泥絮凝脱水的影响研究发现电磁波的加载功率越大、加载时间越长、污泥加载量越低,上清液中LB-EPS越多、TB-EPS越少。在电磁波作用于剩余污泥初期,处于外层的高含水率LB-EPS首先剥落进入水相,有利于污泥脱水性能的改善。电磁波持续作用,TB-EPS逐渐转变成LB-EPS松散粘附于胶体外侧,使污泥颗粒表面的吸附水含量大幅度增加,污泥的脱水性能恶化。污泥TB-EPS中蛋白质比重对污泥脱水性能有着指示作用,蛋白质比重越大,污泥脱水性能越优。同时,发现电磁波预处理带来的污泥TN、SCOD大量释放与LB-EPS含量的变化有关,之间存在着线性关系。3、电磁波的生物效应对剩余污泥絮凝脱水的影响机理1)电磁波的热效应带来有机物的大量溶出。通过考察2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺的有机物溶出量同电磁波能量的关系,得到以下有机物溶出模型:CTN=0.007W-0.070 CSCOD=0.6×10-3W+0.458 CLB-EPS=0.019W+1.735CTN=0.052T+0.080 CSCOD=4.3×10-3T +0.470 CLB-EPS =0.137T+2.129CTN=-0.022V+5.436 CSCOD=1.81×10-3V+0.908 CLB-EPS =-0.059V+16.1902)电磁波预处理为剩余污泥带来了显著的非热效应——“功率密度窗”效应。电磁波污泥絮凝脱水组合工艺中,污泥脱水性能在2450MHz频率电磁波强度为0-40 kWh/m3时和5800MHz频率电磁波强度为36.85-86.41kWh/m3和102.93-135.96 kWh/m3时,分别得到不同程度的改善。3)通过电镜扫描观察污泥微观结构,发现电磁波预处理可使菌胶团中作为细胞连接物的粘性物质——EPS明显降低,改善污泥脱水性能。而同等强度的5800MHz频率电磁波预处理作用效果较2450MHz频率稍弱:絮体颗粒更大,胞外粘性物质更多。同时也发现,投加絮凝剂后,污泥颗粒变得更大、紧实,边缘变得更为圆滑,有利于发生絮凝沉降。而通过比较2450MHz频率电磁波作用下,污泥脱水性能最优和最差时污泥颗粒电镜扫描图片,发现污泥脱水性能的恶化是由于污泥絮体变得破碎、胞外粘性物质减少而使污泥发生絮凝变得困难。
【关键词】：电磁波 絮凝 污泥脱水 EPS 窗效应
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 剩余污泥絮凝概述10-14
• 1.1.1 剩余污泥性质10
• 1.1.2 剩余污泥的絮凝10-12
• 1.1.3 污泥脱水预处理常用絮凝剂12-14
• 1.2 电磁波技术在污泥处理中的应用及研究现状14-15
• 1.2.1 电磁波技术在污泥处理中的应用现状14-15
• 1.2.2 电磁波污泥脱水机理研究进展15
• 1.3 课题来源和背景15-16
• 1.3.1 课题来源15
• 1.3.2 选题背景与意义15-16
• 1.4 研究目标与内容16-18
• 1.4.1 研究目标16-17
• 1.4.2 研究内容17-18
• 第2章 试验设计和方法18-26
• 2.1 絮凝剂种类的优选试验18-19
• 2.2 试验装置设计19-20
• 2.3 试验设计20-22
• 2.3.1 试验方法设计20-21
• 2.3.2 试验流程操作21-22
• 2.4 试验材料和分析方法22-26
• 2.4.1 试验泥源22
• 2.4.2 试验药剂22-23
• 2.4.3 试验仪器23
• 2.4.4 分析方法23-26
• 第3章 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺试验研究26-42
• 3.1 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺单因素试验26-33
• 3.1.1 原污泥pH值调理的影响试验26-27
• 3.1.2 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺PAM+投加量的影响试验27-29
• 3.1.3 2450MHz电磁波加载功率影响试验29-30
• 3.1.4 2450MHz电磁波加载时间影响试验30-31
• 3.1.5 2450MHz污泥加载量影响试验31-33
• 3.2 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化研究33-40
• 3.2.1 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化试验设计步骤33-35
• 3.2.2 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化试验结果与分析35-39
• 3.2.3 2450MHz 电磁波污泥絮凝脱水组合工艺能耗和成本计算39-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第4章 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺试验研究42-60
• 4.1 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺单因素试验42-49
• 4.1.1 原污泥pH值调理的影响试验42-43
• 4.1.2 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺PAM+投加量的影响试验43-44
• 4.1.3 5800MHz电磁波加载功率影响试验44-46
• 4.1.4 5800MHz电磁波加载时间影响试验46-47
• 4.1.5 5800MHz电磁波污泥加载量影响试验47-49
• 4.2 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化研究49-56
• 4.2.1 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化试验步骤49-51
• 4.2.2 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化试验结果与分析51-56
• 4.2.3 5800MHz 电磁波污泥絮凝脱水组合工艺能耗和成本计算56
• 4.3 2450MHz和 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺的比较56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 EPS影响试验研究60-82
• 5.1 EPS概述60-62
• 5.1.1 EPS定义60-61
• 5.1.2 EPS对污泥性能的影响概述61-62
• 5.2 实验方法62-66
• 5.2.1 EPS提取方法62-64
• 5.2.2 EPS提取方法的选择64-66
• 5.3 试验设计与实验过程66-67
• 5.3.1 试验泥样制备66-67
• 5.3.2 EPS的提取67
• 5.4 结果与讨论67-80
• 5.4.1 电磁波预处理对EPS的影响研究67-71
• 5.4.2 EPS组分变化及其对脱水性能影响研究71-76
• 5.4.3 EPS同有机物溶出效果的关系研究76-80
• 5.5 本章小结80-82
• 第6章 电磁波预处理对剩余污泥絮凝脱水效果的影响机理研究82-89
• 6.1 电磁波预处理对污泥絮凝脱水性能的影响82-83
• 6.2 电磁波生物效应83-87
• 6.3 电磁波对污泥形态结构的影响87-89
• 第7章 结论和展望89-93
• 7.1 结论89-92
• 7.2 问题与建议92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士期间发表的学术论文98

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