论文部分内容阅读
市政污泥是城市污水处理过程的副产物，因污泥中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，简称EPS）亲水性强、泥饼可压缩性强等特性导致难以脱水，极大地制约了污泥的后续处理与处置。课题组前期的研究表明：基于Fenton反应的高级氧化剂能有效破解EPS，与作为骨架构建体的石灰和水泥组成F-S复合调理剂，具有较好的污泥调理效果。然而存在以下三点尚待解决的问题：（1）石灰和水泥均为不可再生资源；（2）石灰的投加导致污泥脱水液pH过高；（3）固体调理剂的投加量偏高。鉴于上述问题，本文研究了一种改性的碱性工业废渣（Alkaline Slag，简称AS）代替石灰和水泥作为新型骨架构建体用于F-S复合调理剂中的可行性，探讨了该复合调理剂的调理机理，并开展了中试污泥深度脱水试验研究。主要内容包括： 1、AS用作复合调理剂中的骨架构建体的可行性研究及配方优化 在课题组原有的以石灰和水泥作骨架构建体与Fenton试剂组成的F-S复合调理剂的基础上，采用AS代替石灰，与水泥配合作为骨架构建体，进而以泥饼含水率最小化为优化目标，利用表面响应法（Surface Response Methodology，简称RSM）对复合调理剂各组份（水泥、AS、Fe2+、H2O2）的投加量进行了配方优化。结果表明，在水泥、AS、Fe2+和H2O2的投加量分别为287mg/g污泥干固体（Dry Solids，简称DS）、287mg/g DS、46mg/g DS和37mg/gDS的条件下，复合调理污泥的脱水泥饼含水率为47.7±0.8％，脱水液pH为7.8，说明AS能代替石灰与水泥配合作为F-S复合调理剂中的骨架构建体，解决投加石灰作骨架构建体导致的污泥脱水液呈强碱性的问题。 进一步开展了AS单独作骨架构建体与Fenton试剂组成F-S复合调理剂的可行性研究及配方优化。以泥饼含水率小于60％条件下调理剂各组份投加量最小化为优化目标，利用RSM对复合调理剂各组份（Fe2+、H2O2、AS）的投加量进行了配方优化。结果表明，在Fe2+、H2O2和AS的投加量分别为32mg/gDS、34mg/gDS和275mg/g DS的条件下，复合调理污泥的脱水泥饼含水率为59.8±0.4％，脱水液接近中性，说明AS单独作为F-S复合调理剂中的骨架构建体是可行的，并成功将骨架构建体的投加量降低至30wt％DS以下。 2、AS作骨架构建体的F-S复合调理剂的调理机理研究 从污泥的EPS、结合水含量、物理化学性质和微观结构四个方面探讨了AS作骨架构建体与Fenton试剂组成的F-S复合调理剂的调理机理。（1）调理污泥的松散结合型EPS（Loosely Bound EPS，简称LB-EPS）和紧密结合型EPS（Tightly Bound EPS，简称TB-EPS）中的总有机碳（Total Organic Carbon，简称TOC）、蛋白质（Protein，简称PN）和多糖（Polysaccharide，简称PS）含量比原污泥明显降低，而离心液（Centrate Liquor，简称CL）中的TOC、PN和PS含量明显增加，说明EPS被降解为可溶性有机物并释放到污泥液相中；（2）EPS被降解后，污泥中的部分结合水被释放，转化为自由水；（3）调理污泥的粒径和粘度变小，比表面积变大，Zeta电位值从负变正，说明原污泥中紧密、粘稠的絮体被破解为较小的颗粒，污泥颗粒表面电荷性能被Fenton反应产生的Fe3+的电性中和作用改变；（4）原污泥结构致密，Fenton试剂调理后，污泥呈现不连续的多孔结构，AS在污泥中形成刚性网格结构，并生成新的矿物相，使污泥在高压下保持渗透性，为自由水提供了出水通道。 3、小试及中试污泥深度脱水试验研究 根据RSM优化配方，分别在实验室小试和汤逊湖污水厂中试规模开展了污泥调理及板框深度脱水试验研究。结果表明，AS作骨架构建体与Fenton试剂组成的F-S复合调理剂的调理效果明显，能显著提高污泥的脱水性能，脱水液接近中性。污泥脱水过程中，VSS、TN、TP和重金属（Cu、Zn、Pb、Cd、Cr）大部分保留在泥饼中。经成本估算，该F-S复合调理剂的成本为44.7元/t含水率80％污泥，低于传统的PAM调理剂以及石灰和水泥作骨架构建体与Fenton试剂组成的F-S复合调理剂的成本。 本论文为下一步将AS作为一种新型骨架构建体用于F-S污泥复合调理剂的产业化应用提供了依据。