城市污泥調(diào)質(zhì)脫水及流動行為機(jī)理研究.pdf

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，帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。我國關(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題。
　　機(jī)械脫水以其操作簡單、成本低廉等特點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)過任何預(yù)處理甚至無法脫水。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)理展開了理論和實驗研究，并研究了熱水解預(yù)處理對污泥流變行為的影響機(jī)理，主要完成的工作如下：
　?。?）針對化學(xué)絮凝調(diào)理的城市污泥的過濾壓榨脫水過程，提出了過濾速率、濾餅固含量、凈固相產(chǎn)量等8個參數(shù)作為評價污泥過濾壓榨脫水特性的指標(biāo)。采用均勻設(shè)計法設(shè)計污泥過濾壓榨脫水實驗，建

3、立了絮凝劑（PAC和CaO）劑量、過濾壓力以及壓榨壓力與過濾速率、濾餅固含量以及凈固相產(chǎn)量等評價指標(biāo)之間的模型方程。結(jié)果表明：CaO對過濾速率、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（CaO質(zhì)量與污泥干固相的質(zhì)量比），凈固相產(chǎn)量最大。PAC對濾餅固含量的影響較小，過濾階段、壓榨階段以及整個脫水過程的最佳PAC劑量一致，約為10%（PAC質(zhì)量與污泥干固相的質(zhì)量比

4、）。過濾壓力對過濾速率無顯著影響，但是較高的過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，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。
　　（3）針對熱水解預(yù)處理城市污泥的過濾壓榨脫水過程，研究了熱水解預(yù)處理對污泥物理性質(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；污泥顆粒的密實程度增加，絮體分形維數(shù)升高。但當(dāng)溫度超過170℃后，污泥物理特性的變化趨勢減緩。經(jīng)170℃熱水解的污泥，

6、當(dāng)固相濃度小于150g/L時，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)系可由對數(shù)方程描述；熱水解污泥的觸變性即粘度隨時間的變化關(guān)系符合一階觸變動力學(xué)模型。
　?。?）基于過濾壓榨理論，研究了熱水解溫度對污泥特性的影響，提出并確定了熱水解預(yù)處理的溫度門檻值。針對本文研究的污泥，熱水解污泥脫水特性轉(zhuǎn)變溫度下門檻值為12

7、0℃，上門檻值為170℃。熱水解污泥過濾壓榨脫水機(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?。◤?.1降至0.7），從而提高了污泥的過濾性能，過濾60min時，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，過濾過程中形成的濾餅結(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