我國污泥產(chǎn)量巨大,若得不到妥善安置,可能造成嚴(yán)重的二次環(huán)境污染。在污泥處理與處置中,污泥脫水是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果污泥脫水性能較差,會嚴(yán)重影響污泥后續(xù)的處置。因此,在污泥脫水之前必須對污泥進(jìn)行調(diào)理。同時,我國稻殼產(chǎn)量龐大,作為稻米生產(chǎn)的副產(chǎn)品,也需要得到妥善的處理。本研究針對污泥調(diào)理中開發(fā)安全、高效、綠色環(huán)保和廉價的骨架顆粒問題,以及稻殼合理化利用問題,首先研究開發(fā)了四種稻殼基骨架顆粒,研究其調(diào)理污泥脫水的作用和機(jī)理;然后比較四種稻殼基骨架顆粒對調(diào)理后污泥性質(zhì)的影響;最后,對稻殼基骨架顆粒與污泥破解、絮凝方法聯(lián)合調(diào)理污泥脫水的可行性及協(xié)同作用機(jī)理進(jìn)行了研究。本研究以污泥凈產(chǎn)率為污泥脫水性能的主要評價指標(biāo),污泥比阻、泥餅含水率和污泥沉降比為輔助評價指標(biāo)。稻殼粉顆粒大小、稻殼粉和三氯化鐵投加順序、投加量等因素對污泥調(diào)理脫水的影響結(jié)果表明,稻殼粉最佳顆粒大小為109-150μm,最佳投加順序?yàn)橄韧都拥練し�、后投加三氯化鐵,最佳投加量為稻殼粉70%污泥干重、三氯化鐵138.09g/kg污泥干重。與三氯化鐵(138.09 g/kg)單獨(dú)調(diào)理污泥相比,污泥比阻下降59.7%,污泥凈產(chǎn)率升高45.3%,污泥泥餅含水率由81.57%下降到73.37%,污泥沉降比由98%下降到88%。稻殼粉與三氯化鐵聯(lián)合調(diào)理后的污泥泥餅通過厭氧熱解生成生物炭(Biochar-conditioned)。Biochar-conditioned的熱解溫度、Biochar-conditioned和三氯化鐵投加順序、投加量等因素對污泥調(diào)理脫水的影響結(jié)果表明,Biochar-conditioned最佳熱解溫度為400°C,最佳投加順序?yàn)橄韧都覤iochar-conditioned、后投加三氯化鐵,最佳投加量為Biochar-conditioned 70%污泥干重、三氯化鐵115.07 g/kg污泥干重。與三氯化鐵(115.07 g/kg)單獨(dú)調(diào)理污泥相比,污泥比阻下降63.9%,污泥凈產(chǎn)率升高39.2%,污泥泥餅含水率由76.93%下降到70.27%,污泥沉降比由91%下降到83%。通過對生物炭顆粒的微觀形態(tài)和表面元素分析,證明Biochar-conditioned不僅含有與原污泥泥餅生物炭(Biocharraw)相似的污泥基生物炭,同時還含有稻殼基生物炭,Biochar-conditioned表面鐵元素含量較高,導(dǎo)致Biochar-conditioned聯(lián)合三氯化鐵調(diào)理的污泥脫水性能優(yōu)于Biochar-raw聯(lián)合三氯化鐵調(diào)理的污泥脫水性能。稻殼生物炭熱解條件、稻殼生物炭與三氯化鐵的投加順序、投加量等因素對污泥調(diào)理脫水的影響結(jié)果表明,稻殼生物炭最佳熱解條件為500°C下熱解2 h,最佳投加順序是先投加稻殼生物炭、后投加三氯化鐵,最佳投加量是稻殼生物炭60%污泥干重、三氯化鐵138.09 g/kg污泥干重。與三氯化鐵(138.09 g/kg)單獨(dú)調(diào)理污泥相比,污泥比阻下降58.3%,污泥凈產(chǎn)率升高40.9%,污泥泥餅含水率由82.46%下降到77.37%,污泥沉降比由93%下降到84%。改性稻殼生物炭改性條件、投加量等因素對污泥調(diào)理脫水的影響結(jié)果表明,改性稻殼生物炭最佳改性條件為三氯化鐵濃度3 mol/L、超聲時間1 h,最佳投加量為60%污泥干重,與原污泥相比,污泥比阻下降97.9%,污泥凈產(chǎn)率升高約28倍,污泥泥餅含水率由96.69%下降到77.97%,污泥沉降比由96%下降到60%。通過對生物炭顆粒微觀形態(tài)和表面元素分析,證明改性稻殼生物炭表面存在鐵元素,使改性稻殼生物炭表面帶正電荷,它能與帶負(fù)電荷的污泥顆粒通過電荷中和作用產(chǎn)生絮凝,從而有效提高污泥的沉降性能和脫水性能。以上四種稻殼基骨架顆粒調(diào)理污泥的機(jī)理分析結(jié)果表明,骨架顆粒調(diào)理后的污泥濾液Zeta電位比未投加骨架顆粒的污泥濾液Zeta電位值更接近于0 m V,污泥處于脫穩(wěn)而且易絮凝的狀態(tài),從而有效提高污泥沉降性能和脫水性能;污泥泥餅微觀結(jié)構(gòu)掃描照片表明投加稻殼基骨架顆粒之后污泥泥餅出現(xiàn)較大的縫隙,污泥泥餅的可壓縮性系數(shù)低于未投加骨架顆粒的污泥泥餅,證明這幾種稻殼基骨架顆粒都能有效提高污泥泥餅的多孔性和滲透性,從而有利于污泥中水分的脫出,進(jìn)而提高污泥的脫水性能。對比分析四種稻殼基骨架顆粒調(diào)理污泥的效果,結(jié)果表明,Biocharconditioned(70%污泥干重)與三氯化鐵(115.07 g/kg污泥干重)聯(lián)合調(diào)理的污泥脫水性能和沉降性能最佳,濾液濁度和SCOD最低;而稻殼生物炭與三氯化鐵調(diào)理后的污泥最趨近于中性,且固體有機(jī)質(zhì)含量最高,污泥濾液和泥餅中重金屬含量較低(稻殼生物炭比表面積較大能吸附濾液中大量的重金屬,而其自身重金屬含量非常低),而且泥餅中有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)(穩(wěn)定態(tài))重金屬所占比例最高,因此,稻殼生物炭調(diào)理的污泥安全性最高。利用Biochar-conditioned與高錳酸鉀破解、三氯化鐵絮凝聯(lián)合調(diào)理城市污泥,能有效提高污泥的脫水性能。結(jié)果表明,三種調(diào)理劑最佳投加量為高錳酸鉀20 g/kg污泥干重,三氯化鐵138.09 g/kg污泥干重,Biochar-conditioned 70%污泥干重,投加順序?yàn)橄韧都痈咤i酸鉀進(jìn)行污泥破解,再投加Biochar-conditioned,最后投加三氯化鐵,與原污泥相比,污泥比阻下降97.5%,污泥凈產(chǎn)率升高20.8倍,污泥泥餅含水率由94.71%下降到74.64%。高錳酸鉀有效破解污泥菌膠團(tuán),釋放胞內(nèi)結(jié)合水;三氯化鐵通過電荷中和作用,對破解后的污泥進(jìn)行再絮凝,重新形成更大的污泥絮體;Biochar-conditioned有效改善污泥泥餅的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高污泥泥餅的多孔性和滲透性,有效提高了污泥的脫水性能。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

有機(jī)相醇、酸、酯、腐殖酸等可溶性糖類、蛋白質(zhì)、纖維素等細(xì)菌、病毒、蛔蟲、鞭蟲等生物及蟲卵多氯聯(lián)苯、二惡英等毒害性有機(jī)物無機(jī)相S、Cu、Zn、Cr 等以及 Ca、Al、Fe 等的氧化物和氫氧化物等植物養(yǎng)分：N、P、K 及其化合物水分 自由水、間隙水和結(jié)合水1.2 城市污泥調(diào)理和脫水的目的和意義圖 1.1 為國內(nèi)外最典型的污泥處理工藝流程。產(chǎn)生的污泥首先經(jīng)過濃縮進(jìn)行初步減容；再進(jìn)行厭氧消化，降解污泥中的有機(jī)物，殺滅細(xì)菌、病毒等病原菌，同時回收產(chǎn)生的能源物質(zhì)；通過一定的方法進(jìn)行污泥調(diào)理，提高污泥的脫水性能；通過脫水和干化實(shí)現(xiàn)污泥的減量，從而有利于污泥的運(yùn)輸和最終處置；通過一定的途徑進(jìn)行污泥的最終處置和消納。

（b）三氯化鐵投加量對污泥泥餅含水率的影響圖 2.1 三氯化鐵投加量對污泥脫水性能的影響Figure 2.1 Effect of FeCl3dosage on sludge dewaterability2.3.2 稻殼粉制備條件的優(yōu)化利用稻殼粉聯(lián)合三氯化鐵調(diào)理城市污泥，三氯化鐵投加量為 115.07 g/kg 污泥干重（本章 2.3.1 所得結(jié)果），稻殼粉的投加量為 50%污泥干重和 90%污泥干重，本節(jié)將稻殼粉顆粒大小作為稻殼粉制備條件的主要參數(shù)進(jìn)行分析。稻殼粉顆粒大小對污泥脫水性能的影響如圖 2.2 所示。圖 2.2（a）表示稻殼粉顆粒大小對污泥比阻的影響，圖 2.2（b）表示稻殼粉顆粒大小對污泥凈產(chǎn)率的影響。由圖可知，稻殼粉的投加量為 50%污泥干重時，污泥比阻和污泥凈產(chǎn)率的變化趨勢與稻殼粉投加量為 90%污泥干重時的變化趨勢相同。單獨(dú)投加三氯化鐵的情況下，污泥比阻為 1.39×1012m/kg，污泥凈產(chǎn)率為 16.81 kg/(m2h)。當(dāng)投加稻殼粉時，污泥比阻先隨著稻殼粉顆粒的減小而減小，當(dāng)?shù)練し垲w粒大小為 109-150 μm 時，污泥比阻達(dá)到最小值，最小值為 6.23×1011m/kg；當(dāng)?shù)練し垲w粒大于 150 μm 時，污泥比阻

（c）稻殼粉投加量對污泥泥餅含水率的影響圖 2.3 稻殼粉投加量對污泥脫水性能的影響Figure 2.3 Effect of rice husk flour dosage on sludge filtration dewaterability圖 2.3（a）表示稻殼粉投加量對污泥比阻的影響，圖 2.3（b）表示稻殼粉投加量對污泥凈產(chǎn)率的影響，圖 2.3（c）表示稻殼粉投加量對污泥泥餅含水率的影響。由圖可知，稻殼粉與三氯化鐵聯(lián)合調(diào)理的污泥比阻和污泥泥餅含水率要明顯低于稻殼粉單獨(dú)調(diào)理的污泥，稻殼粉與三氯化鐵聯(lián)合調(diào)理的污泥凈產(chǎn)率要明顯高于稻殼粉單獨(dú)調(diào)理的污泥，因此，稻殼粉與三氯化鐵聯(lián)合調(diào)理污泥的脫水性能要明顯優(yōu)于稻殼粉單獨(dú)調(diào)理的污泥。同時，稻殼粉分別與四種投加量的三氯化鐵聯(lián)合調(diào)理時，當(dāng)?shù)練し弁都拥轿勰嘀幸院�，污泥比阻和泥餅含水率隨著稻殼粉投加量的增加而減小，污泥凈產(chǎn)率先隨著稻殼粉投加量的增加而增大，當(dāng)?shù)練し鄣耐都恿繛?70%污泥干重時，污泥凈產(chǎn)率達(dá)到最大值，當(dāng)?shù)練し鄣耐都恿看笥?70%污泥干重時，污泥凈產(chǎn)率有小幅度的降低。當(dāng)三氯化鐵投加量為 138.09 g/kg 污泥干重，稻殼粉投加量為 70%污泥干重時，污泥凈產(chǎn)率達(dá)到最大值，因此，與稻殼粉

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