【摘要】：《2017年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》統(tǒng)計(jì)得出,截至2017年底,全國(guó)城市污水處理能力達(dá)到1.57億立方米/日。一般認(rèn)為,1萬(wàn)立方米污水約產(chǎn)生1.0-2.0噸絕干污泥,這意味著2017年絕干污泥的產(chǎn)量即為573-1146萬(wàn)噸/年,按含水率80%計(jì)算,2017年產(chǎn)生污泥量為2865-5730萬(wàn)噸/年,此數(shù)據(jù)將會(huì)持續(xù)上升。據(jù)報(bào)道,2020年,污泥的產(chǎn)生量將達(dá)到6000萬(wàn)噸/年以上(含水率80%)。如此龐大的污泥量如果不經(jīng)過(guò)合理的處理處置將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理使其容易脫水是污泥處理處置前的重要步驟,以減少污泥體積,降低處理成本。活化過(guò)硫酸鹽作為一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)能夠產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基,能有效破解污泥的絮體結(jié)構(gòu),改善污泥脫水性能,同時(shí),骨架構(gòu)建體被廣泛用于降低泥餅的可壓縮性,提高污泥脫水性能。稻殼或木屑作為典型的農(nóng)林生物質(zhì)廢物,作為新型骨架構(gòu)建體調(diào)理污泥成本低,且可實(shí)現(xiàn)廢物的資源化利用。本研究利用活化過(guò)硫酸鹽-生物質(zhì)復(fù)合調(diào)理污泥,研究復(fù)合調(diào)理過(guò)程對(duì)污泥脫水性能的影響,探討了復(fù)合調(diào)理劑改善污泥脫水性能的機(jī)理,討論了污泥脫水過(guò)程重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,并對(duì)污泥脫水過(guò)程各特性指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析,主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)活化過(guò)硫酸鹽-生物質(zhì)復(fù)合調(diào)理污泥能夠顯著提高污泥的脫水性能,單獨(dú)投加任何一種調(diào)理劑都不能達(dá)到良好的調(diào)理效果。以活化過(guò)硫酸鹽-稻殼粉復(fù)合調(diào)理污泥作為主要研究對(duì)象,通過(guò)RSM優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:過(guò)硫酸鈉(SPS)投加量為151.5 mg/g DS,Fe2+投加量為46 mg/g DS,稻殼粉投加量為333 mg/gDS。只添加活化過(guò)硫酸鹽作為調(diào)理劑時(shí),毛細(xì)脫水時(shí)間(CST)和污泥比阻(SRF)降低率分別為77.2%和79.6%,在此基礎(chǔ)上,其他條件均不變,添加稻殼粉作為骨架構(gòu)建體后,CST和SRF的降低率分別增加至92.8%和94.6%,且脫水泥餅含水率由原污泥的95%降低至68%。探討pH和溫度對(duì)復(fù)合調(diào)理過(guò)程的影響發(fā)現(xiàn),活化過(guò)硫酸鹽-生物質(zhì)復(fù)合調(diào)理污泥在pH為5-11,溫和水熱(25 ℃-70 ℃)下都具有良好的效果,且適應(yīng)性良好。(2)深入研究了活化過(guò)硫酸鹽-稻殼粉復(fù)合調(diào)理劑改善污泥脫水的機(jī)理,結(jié)果表明,活化過(guò)硫酸鹽和稻殼粉存在協(xié)同作用。復(fù)合調(diào)理后,污泥凈產(chǎn)率增加了1.93倍,泥餅的可壓縮系數(shù)降低了32.6%。SEM結(jié)果表明污泥絮體分解,原有的污泥大片結(jié)構(gòu)變?yōu)榫哂泻芏嗫锥吹木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有利于水分的溢出。Zeta電位向零點(diǎn)靠近,說(shuō)明污泥處于一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài),污泥絮體容易團(tuán)聚在一起,擠壓出污泥內(nèi)部的水分,形成大的絮體沉降。污泥的平均粒徑減小,說(shuō)明原污泥中大塊的絮體分解,其中的胞外聚合物(EPS)破壞,大顆粒變成小顆粒,釋放出內(nèi)部裹挾的水分,EPS中蛋白質(zhì)和多糖的含量發(fā)生了改變,污泥內(nèi)部結(jié)合水的含量降低了66.2%,紅外結(jié)果表明與EPS相關(guān)的基團(tuán)吸收帶發(fā)生了位移。研究稻殼粉粒徑對(duì)污泥脫水性能的影響可知,當(dāng)?shù)練し哿綖?.075-0.15 mm時(shí),污泥脫水效果較好,同時(shí),粒徑級(jí)配后的稻殼粉更能起到骨架構(gòu)建體的作用,粒徑質(zhì)量配比為小于0.075 mm占 19.2%,0.075-0.15 mm為75%,0.15-0.25 mm為5.8%。(3)討論了污泥調(diào)理過(guò)程中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化,結(jié)果表明,污泥調(diào)理前后重金屬在濾液和泥餅中的分布發(fā)生了較大變化,在濾液中的含量增加,泥餅中的含量降低。經(jīng)過(guò)活化過(guò)硫酸鹽調(diào)理后,泥餅中目標(biāo)重金屬的浸出值和浸出率明顯降低,加入稻殼粉復(fù)合調(diào)理后,浸出毒性持續(xù)降低,泥餅中Pb元素浸出值降低為0。對(duì)目標(biāo)重金屬進(jìn)行化學(xué)形態(tài)分析的結(jié)果表明,復(fù)合調(diào)理后各重金屬的殘?jiān)鼞B(tài)均增加,弱酸可提取態(tài)降低,重金屬在環(huán)境中的遷移性降低。重金屬的浸出率與其弱酸可提取態(tài)存在正相關(guān)性,與殘?jiān)鼞B(tài)存在負(fù)相關(guān)性。由RAC(Risk assessment code)指數(shù)可知,經(jīng)過(guò)活化過(guò)硫酸鹽-稻殼粉復(fù)合調(diào)理后,脫水泥餅中Cu表現(xiàn)為低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),Pb和Cr表現(xiàn)為無(wú)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),Cd和Zn表現(xiàn)為中等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。(4)對(duì)污泥脫水過(guò)程各性能指標(biāo)行相關(guān)性分析可知,pH和調(diào)理溫度均與污泥脫水性能不存在顯著相關(guān)性,表征污泥脫水性能的三個(gè)指標(biāo)CST降低率、界面位置以及泥餅含水率存在線性回歸關(guān)系,CST降低率與SRF、泥餅含水率以及界面位置存在顯著的負(fù)相關(guān)性。對(duì)污泥脫水過(guò)程Zeta電位、粒徑、結(jié)合水含量等指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,提取出2個(gè)主要成分,一個(gè)成分與CST降低率相關(guān),一個(gè)與B-EPS相關(guān),這兩個(gè)成分可以反應(yīng)所有指標(biāo)間的關(guān)系,簡(jiǎn)化了衡量污泥脫水性能優(yōu)劣的指標(biāo)。H和調(diào)理溫度均與污泥脫水性能不存在顯著相關(guān)性,表征污泥脫水性能的三個(gè)指標(biāo)CST降低率、界面位置以及泥餅含水率存在線性回歸關(guān)系,CST降低率與SRF、泥餅含水率以及界面位置存在顯著的負(fù)相關(guān)性。對(duì)污泥脫水過(guò)程Zeta電位、粒徑、結(jié)合水含量等指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,提取出2個(gè)主要成分,一個(gè)成分與CST降低率相關(guān),一個(gè)與B-EPS相關(guān),這兩個(gè)成分可以反應(yīng)所有指標(biāo)間的關(guān)系,簡(jiǎn)化了衡量污泥脫水性能優(yōu)劣的指標(biāo)。
【圖文】：

分為自由水和結(jié)合水。自由水為在污泥中可以自由流動(dòng)的水分，不受固體顆粒影逡逑響；結(jié)合水包含毛細(xì)結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水，這類水分受固體顆粒的逡逑影響。結(jié)合水含量越多，污泥脫水越困難。圖１－２表示污泥中四種水的存在形式。逡逑四種水分的定義如下［２７＿２９］：逡逑產(chǎn)水逡逑ｒ：：逡逑栥]嬎義賢跡保參勰嘀興鬧炙拇嬖諦問(wèn)藉義希疲椋紓酰潁邋澹保插澹疲錚酰蟈澹簦穡澹簀澹錚駑澹鰨幔簦澹蟈澹椋鑠澹簦瑁邋澹螅歟酰洌紓邋義獻(xiàn)雜傷夯虺樸衛(wèi)胨�、间隙水。灶a嘉勰嗨值模罰埃プ笥搖４嬖謨諼勰囁帕ｅ義霞湎噸械乃�，这部分水可借助重力、离心力或压力测k胛勰囁帕７擲�。辶x廈附岷纖涸頰嘉勰嗨值模玻板澹プ笥搖４嬖謨諼勰囁帕＜淶拿腹苤�，辶x嫌鋅贍苡夢(mèng)錮矸椒ǚ擲氤隼礎(chǔ)ｅ義媳礱嫖剿涸頰跡罰プ笥遙掣接諼勰囁帕１礱嫻母階潘�。辶x希沖義

本文編號(hào)：2711830