新型陽離子污泥調(diào)理劑的合成、應(yīng)用以及調(diào)理機(jī)理的研究.pdf

1、隨著生物技術(shù)在各國(guó)城市污水處理廠應(yīng)用的不斷深入，在污水得到澄清處理的同時(shí)，不可避免地將產(chǎn)生大量的生物污泥。這類污泥高含水量以及疏松的顆粒結(jié)構(gòu)使得污泥的處理與處置過程需耗費(fèi)大量的成本。為了最終達(dá)到減量化、安定化、無害化、資源化的處置目標(biāo)，通常在污泥進(jìn)行機(jī)械脫水前，需要對(duì)其進(jìn)行前處理以改變其特性，增加其資源價(jià)值。在現(xiàn)今所有前處理方法中，聚電解質(zhì)調(diào)理法因其操作簡(jiǎn)單、成本低廉、效果良好等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛。但是，大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，現(xiàn)今市售的聚電解

2、質(zhì)調(diào)理劑雖然都能夠達(dá)到令人滿意的泥水分離效果，但是，調(diào)理過程中也存在著脫水后濾餅含水率偏高、污泥絮體強(qiáng)度較弱容易破碎、聚電解質(zhì)最佳投藥量確定難、聚電解質(zhì)中單體殘余毒性等問題。因此，這也要求研制新型的污泥調(diào)理劑來盡可能解決污泥化學(xué)調(diào)理劑應(yīng)用中存在的缺陷。
　　 本論文綜述了污泥化學(xué)調(diào)理劑的種類、合成方法和工藝，結(jié)合污泥化學(xué)調(diào)理劑的發(fā)展趨勢(shì)和調(diào)理過程中出現(xiàn)的一些問題，設(shè)計(jì)合成了兩類物質(zhì)作為新型污泥化學(xué)調(diào)理劑：Gemini型陽離子表面

3、活性劑和陽離子型疏水締合水溶性聚合物。利用紅外光譜、核磁共振譜、元素分析等表征手段對(duì)合成的物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。將這兩類物質(zhì)應(yīng)用于活性污泥脫水實(shí)驗(yàn)中，不僅考察了它們對(duì)污泥絮體特征的影響，例如：胞外聚合物(EPS)、污泥絮體粒徑、污泥表面電位、相對(duì)疏水值、分形維數(shù)和污泥絮體強(qiáng)度等；還考察了它們對(duì)脫水指標(biāo)的影響，例如：毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)、污泥比阻(SRF)、污泥結(jié)合水、污泥沉降速度、過濾后泥餅含水率、高速離心后泥餅含水量等。通過研究調(diào)理劑投

4、加量、污泥絮體特征和脫水指標(biāo)這三者之間的聯(lián)系，闡述了自合成兩類污泥調(diào)理劑在活性污泥調(diào)理過程中的作用機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)：
　　 1.Gemini型陽離子表面活性劑依靠靜電引力和疏水組分間締合作用力吸附在活性污泥表面。隨著投加量的不斷增加，活性污泥污泥表面EPS不斷脫落并溶解在溶液中，這使得污泥絮體特征發(fā)生了一系列變化，主要包括：絮體粒徑變小、表面電位增加、分形維數(shù)增加等等。污泥絮體特征的變化直接導(dǎo)致了污泥脫水指標(biāo)的變化，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看

5、，Gemini型陽離子表面活性劑的調(diào)理對(duì)活性污泥的過濾性能和沉淀性能并沒有非常顯著的提高作用，但是其對(duì)降低污泥結(jié)合水量和真空過濾后濾餅含水率的作用非常明顯。當(dāng)溴化-1,2-雙(十二烷基二甲基)乙二銨(簡(jiǎn)稱CSG12-2-12)的投加量為0.05g/g干污泥時(shí)，經(jīng)過真空過濾后的污泥泥餅含水率從85.7％大幅下降至74.2％，結(jié)合水量從10.51g/g干污泥下降至6.5g/g干污泥。同時(shí)，當(dāng)CSG12-2-12投加量超過0.1g/g干污泥后

6、，分散的污泥初級(jí)顆粒表面由于相對(duì)疏水性的增加而依靠疏水組分間締合作用力發(fā)生絮凝，使得污泥絮體粒徑重新開始增加、分形維數(shù)開始轉(zhuǎn)而減小、過濾后濾餅含水率略微增加。這些絮體特征變化有效地提升活性污泥過濾和沉降性能。
　　 2.利用反相乳液聚合法將丙烯酰胺和實(shí)驗(yàn)室自制的兩種可聚合型陽離子表面活性劑：甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化銨(簡(jiǎn)稱ADMDAB)和N-(2-丙烯酰氧乙基)-N'-十二烷基-N,N,N'，N'-四甲基乙烷-1,2,

7、-二溴化銨(簡(jiǎn)稱AEDTDB)分別進(jìn)行二元共聚反應(yīng)，控制反應(yīng)條件合成了一系列分子量在1×106，電荷密度隨陽離子單體投加量變化而改變的高分子表面活性劑P(AM-ADMDAB)和P(AM-AEDTDB)。由于這類聚合物在水溶液中顯示出明顯的分子內(nèi)和分子間疏水締合效應(yīng)，從分子結(jié)構(gòu)上分析，這類聚合物同時(shí)也屬于陽離子型疏水締合水溶性聚合物。
　　 3.從自合成的兩類聚合物中分別選取電荷密度最高的兩種聚合物P(AM-ADMDAB)-6和P

8、(AM-AEDTDB)-6對(duì)活性污泥進(jìn)行調(diào)理，并與市售的兩種聚電解質(zhì)調(diào)理劑Ciba7650和Ciba7555進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，P(AM-AEDTDB)-6由于陽離子單體的雙正電荷結(jié)構(gòu)使其分子中正電荷密度最高，此外，相對(duì)較低的分子量以及分子內(nèi)疏水締合作用使其在活性污泥表面主要采用臥式吸附構(gòu)型，利用電中和作用和靜電補(bǔ)綴作用進(jìn)行絮凝。使用P(AM-AEDTDB)-6調(diào)理后的污泥絮體粒徑偏小，但是其污泥絮體結(jié)構(gòu)致密，污泥絮體強(qiáng)度最高，其調(diào)