基于新型骨架構建體與高級氧化劑的污泥復合調(diào)理及脫水研究.pdf

1、市政污泥是城市污水處理過程的副產(chǎn)物，因污泥中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，簡稱EPS）親水性強、泥餅可壓縮性強等特性導致難以脫水，極大地制約了污泥的后續(xù)處理與處置。課題組前期的研究表明：基于Fenton反應的高級氧化劑能有效破解EPS，與作為骨架構建體的石灰和水泥組成F-S復合調(diào)理劑，具有較好的污泥調(diào)理效果。然而存在以下三點尚待解決的問題：（1）石灰和水泥均為不可再生資源；（2）石灰的

2、投加導致污泥脫水液pH過高；（3）固體調(diào)理劑的投加量偏高。鑒于上述問題，本文研究了一種改性的堿性工業(yè)廢渣（Alkaline Slag，簡稱AS）代替石灰和水泥作為新型骨架構建體用于F-S復合調(diào)理劑中的可行性，探討了該復合調(diào)理劑的調(diào)理機理，并開展了中試污泥深度脫水試驗研究。主要內(nèi)容包括：
　　1、AS用作復合調(diào)理劑中的骨架構建體的可行性研究及配方優(yōu)化
　　在課題組原有的以石灰和水泥作骨架構建體與Fenton試劑組成的F-S復合

3、調(diào)理劑的基礎上，采用AS代替石灰，與水泥配合作為骨架構建體，進而以泥餅含水率最小化為優(yōu)化目標，利用表面響應法（Surface Response Methodology，簡稱RSM）對復合調(diào)理劑各組份（水泥、AS、Fe2+、H2O2）的投加量進行了配方優(yōu)化。結(jié)果表明，在水泥、AS、Fe2+和H2O2的投加量分別為287mg/g污泥干固體（Dry Solids，簡稱DS）、287mg/g DS、46mg/g DS和37mg/gDS的條件下，

4、復合調(diào)理污泥的脫水泥餅含水率為47.7±0.8％，脫水液pH為7.8，說明AS能代替石灰與水泥配合作為F-S復合調(diào)理劑中的骨架構建體，解決投加石灰作骨架構建體導致的污泥脫水液呈強堿性的問題。
　　進一步開展了AS單獨作骨架構建體與Fenton試劑組成F-S復合調(diào)理劑的可行性研究及配方優(yōu)化。以泥餅含水率小于60％條件下調(diào)理劑各組份投加量最小化為優(yōu)化目標，利用RSM對復合調(diào)理劑各組份（Fe2+、H2O2、AS）的投加量進行了配方優(yōu)化。

5、結(jié)果表明，在Fe2+、H2O2和AS的投加量分別為32mg/gDS、34mg/gDS和275mg/g DS的條件下，復合調(diào)理污泥的脫水泥餅含水率為59.8±0.4％，脫水液接近中性，說明AS單獨作為F-S復合調(diào)理劑中的骨架構建體是可行的，并成功將骨架構建體的投加量降低至30wt％DS以下。
　　2、AS作骨架構建體的F-S復合調(diào)理劑的調(diào)理機理研究
　　從污泥的EPS、結(jié)合水含量、物理化學性質(zhì)和微觀結(jié)構四個方面探討了AS作骨架

6、構建體與Fenton試劑組成的F-S復合調(diào)理劑的調(diào)理機理。（1）調(diào)理污泥的松散結(jié)合型EPS（Loosely Bound EPS，簡稱LB-EPS）和緊密結(jié)合型EPS（Tightly Bound EPS，簡稱TB-EPS）中的總有機碳（Total Organic Carbon，簡稱TOC）、蛋白質(zhì)（Protein，簡稱PN）和多糖（Polysaccharide，簡稱PS）含量比原污泥明顯降低，而離心液（Centrate Liquor，簡稱

7、CL）中的TOC、PN和PS含量明顯增加，說明EPS被降解為可溶性有機物并釋放到污泥液相中；（2）EPS被降解后，污泥中的部分結(jié)合水被釋放，轉(zhuǎn)化為自由水；（3）調(diào)理污泥的粒徑和粘度變小，比表面積變大，Zeta電位值從負變正，說明原污泥中緊密、粘稠的絮體被破解為較小的顆粒，污泥顆粒表面電荷性能被Fenton反應產(chǎn)生的Fe3+的電性中和作用改變；（4）原污泥結(jié)構致密，F(xiàn)enton試劑調(diào)理后，污泥呈現(xiàn)不連續(xù)的多孔結(jié)構，AS在污泥中形成剛性網(wǎng)格

8、結(jié)構，并生成新的礦物相，使污泥在高壓下保持滲透性，為自由水提供了出水通道。
　　3、小試及中試污泥深度脫水試驗研究
　　根據(jù)RSM優(yōu)化配方，分別在實驗室小試和湯遜湖污水廠中試規(guī)模開展了污泥調(diào)理及板框深度脫水試驗研究。結(jié)果表明，AS作骨架構建體與Fenton試劑組成的F-S復合調(diào)理劑的調(diào)理效果明顯，能顯著提高污泥的脫水性能，脫水液接近中性。污泥脫水過程中，VSS、TN、TP和重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd、Cr）大部分保留在泥