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1、污水污泥是城市和工業(yè)污水處理廠的主要副產(chǎn)物,隨著城市化進(jìn)程的加快,廢水的排放量急劇增加,帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。我國(guó)關(guān)于污泥不同處置方式的標(biāo)準(zhǔn)均要求污泥脫水后濾餅固相質(zhì)量含量大于40wt%,基于環(huán)保與經(jīng)濟(jì)并重的理念,如何最大程度提高污泥的處理能力、降低濾餅含水率以滿足污泥后續(xù)的處置要求,是目前亟待解決的問(wèn)題。
機(jī)械脫水以其操作簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn)一直備受各污水處理廠青睞。但由于污泥中含有大量菌膠團(tuán)、微生物以及結(jié)合水,其特
2、殊性質(zhì)決定了污泥很難脫水,不經(jīng)過(guò)任何預(yù)處理甚至無(wú)法脫水。因此,本文以降低城市污泥濾餅含水率和提高污泥處理能力為目標(biāo),針對(duì)化學(xué)絮凝調(diào)理及熱水解預(yù)處理改善污泥脫水機(jī)理展開(kāi)了理論和實(shí)驗(yàn)研究,并研究了熱水解預(yù)處理對(duì)污泥流變行為的影響機(jī)理,主要完成的工作如下:
?。?)針對(duì)化學(xué)絮凝調(diào)理的城市污泥的過(guò)濾壓榨脫水過(guò)程,提出了過(guò)濾速率、濾餅固含量、凈固相產(chǎn)量等8個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)污泥過(guò)濾壓榨脫水特性的指標(biāo)。采用均勻設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)污泥過(guò)濾壓榨脫水實(shí)驗(yàn),建
3、立了絮凝劑(PAC和CaO)劑量、過(guò)濾壓力以及壓榨壓力與過(guò)濾速率、濾餅固含量以及凈固相產(chǎn)量等評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的模型方程。結(jié)果表明:CaO對(duì)過(guò)濾速率、濾餅固含量、凈固相產(chǎn)量等均有最顯著的影響。隨著CaO劑量的增大,污泥的脫水特性逐步改善,當(dāng)CaO劑量達(dá)到50%左右時(shí)(CaO質(zhì)量與污泥干固相的質(zhì)量比),凈固相產(chǎn)量最大。PAC對(duì)濾餅固含量的影響較小,過(guò)濾階段、壓榨階段以及整個(gè)脫水過(guò)程的最佳PAC劑量一致,約為10%(PAC質(zhì)量與污泥干固相的質(zhì)量比
4、)。過(guò)濾壓力對(duì)過(guò)濾速率無(wú)顯著影響,但是較高的過(guò)濾壓力能夠增加污泥總處理量;較高的壓榨壓力有利于濾餅內(nèi)粒子的蠕變變形,有利于獲得更干的濾餅和較高的壓榨速率。在本研究范圍內(nèi),當(dāng)壓榨壓力增加到3.5MPa以上時(shí),壓榨速率的增加變緩。
?。?)復(fù)合化學(xué)絮凝調(diào)理城市污泥的過(guò)濾壓榨脫水機(jī)理研究結(jié)果表明:復(fù)合化學(xué)絮凝調(diào)理提高了濾餅的滲透性,降低了濾餅的彈性和粘性,顯著地提高了濾餅中粒子的蠕變能力。同時(shí)由于復(fù)合化學(xué)絮凝調(diào)理削弱了固相顆粒表面與結(jié)
5、合水之間的結(jié)合強(qiáng)度,提高了毛細(xì)水和結(jié)合水的去除速率,有利于污泥的壓榨脫水。
?。?)針對(duì)熱水解預(yù)處理城市污泥的過(guò)濾壓榨脫水過(guò)程,研究了熱水解預(yù)處理對(duì)污泥物理性質(zhì)的影響?;诹髯兝碚?,建立了描述污泥流變特性的方程。結(jié)果表明:熱水解預(yù)處理后,污泥的結(jié)合水含量、顆粒粒徑以及非牛頓流體特性均隨熱水解溫度的升高而逐漸降低;污泥顆粒的密實(shí)程度增加,絮體分形維數(shù)升高。但當(dāng)溫度超過(guò)170℃后,污泥物理特性的變化趨勢(shì)減緩。經(jīng)170℃熱水解的污泥,
6、當(dāng)固相濃度小于150g/L時(shí),其剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系可由牛頓流體模型表示;熱水解污泥粘度與濃度之間、粘度與溫度之間的關(guān)系分別滿足指數(shù)方程和阿倫尼烏斯方程;粘彈特性參數(shù)與頻率之間的關(guān)系可由對(duì)數(shù)方程描述;熱水解污泥的觸變性即粘度隨時(shí)間的變化關(guān)系符合一階觸變動(dòng)力學(xué)模型。
?。?)基于過(guò)濾壓榨理論,研究了熱水解溫度對(duì)污泥特性的影響,提出并確定了熱水解預(yù)處理的溫度門(mén)檻值。針對(duì)本文研究的污泥,熱水解污泥脫水特性轉(zhuǎn)變溫度下門(mén)檻值為12
7、0℃,上門(mén)檻值為170℃。熱水解污泥過(guò)濾壓榨脫水機(jī)理研究結(jié)果表明:熱水解預(yù)處理能夠降低污泥中結(jié)合水的含量和污泥固相中有機(jī)物的含量,進(jìn)而影響污泥的脫水性能。污泥中有機(jī)固相在熱水解過(guò)程中發(fā)生溶解和水解,導(dǎo)致顆粒軟度下降,壓縮系數(shù)減小(從1.1降至0.7),從而提高了污泥的過(guò)濾性能,過(guò)濾60min時(shí),濾液量漲幅達(dá)7倍。另外,經(jīng)熱水解預(yù)處理后,污泥中的顆粒更加密實(shí),過(guò)濾過(guò)程中形成的濾餅結(jié)構(gòu)更加緊湊,因此主壓榨階段的貢獻(xiàn)降低;熱水解致使污泥粘彈性
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