市政污泥是城市污水處理過程的副產(chǎn)物,污泥中胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,簡稱EPS)親水性強(qiáng),導(dǎo)致難以脫水,極大地制約了污泥的后續(xù)處理與處置。近年來,有研究發(fā)現(xiàn)Fenton試劑高級氧化技術(shù)能夠有效降解污泥EPS,提高污泥的脫水效果。但是,目前Fenton試劑高級氧化技術(shù)的應(yīng)用主要集中在污水處理上,其在污泥深度脫水的應(yīng)用及相關(guān)機(jī)理尚不清楚。另外,目前市政污泥經(jīng)過機(jī)械(離心機(jī)和帶式機(jī))脫水后(含水率80 wt.%)仍存在深度脫水難的問題,急需尋找一種新的技術(shù)�；谏鲜鰞蓚�(gè)關(guān)鍵問題,本文展開了對含水率97 wt.%左右的濃縮污泥的Fenton試劑污泥化學(xué)調(diào)理深度脫水技術(shù)的研究;以及對含水率80 wt.%左右的機(jī)械脫水污泥展開了電滲透深度脫水技術(shù)的研究。本文主要內(nèi)容包括:1、Fenton試劑與生石灰的復(fù)合調(diào)理劑配方優(yōu)化選取典型的武漢市生活污水處理廠污泥為研究對象,將初始污泥pH作為考察因素,以泥餅含水率小于55 wt.%和脫水濾液pH為6.5～7.0為優(yōu)化目標(biāo),利用響應(yīng)表面法(Response Surface Methodology,簡稱RSM)對初始污泥pH及復(fù)合調(diào)理劑各組份(Fe(Ⅱ)、H202、生石灰)的投加量進(jìn)行了配方優(yōu)化。結(jié)果表明,不需要調(diào)節(jié)污泥初始pH(接近中性),Fe(Ⅱ)、H2O2和生石灰投加量分別為47.93、34.29和43.21 mg/g DS(Dry solids)時(shí),脫水泥餅含水率為55.82 ± 0.59 wt.%,脫水濾液pH為6.6 ± 0.2。為了探討Fenton試劑高級氧化污泥調(diào)理方法對不同污泥泥質(zhì)的適應(yīng)性。對三種不同有機(jī)物含量的污泥(有機(jī)物含量分別為22.9、34.0和44.4 wt.%)分別進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化出來的亞鐵和雙氧水的投加量分別是107～110 mg/g VS(Volatile solids)和86～88 mg/g VS。結(jié)果表明:基于污泥有機(jī)物含量優(yōu)化的Fenton試劑投加量相比于基于污泥干基量的優(yōu)化投加量更穩(wěn)定。同時(shí),基于污泥有機(jī)物含量優(yōu)化出的Fenton試劑能更好的作用于污泥的松散結(jié)合態(tài)EPS,提高污泥的脫水性能。2、Fenton試劑高級氧化污泥調(diào)理機(jī)理探討通過SEM技術(shù)等表征手段,發(fā)現(xiàn)Fenton試劑調(diào)理污泥使污泥顆粒外部有機(jī)親水性物質(zhì)顯著減少;污泥顆粒表面出現(xiàn)孔隙,同時(shí)出現(xiàn)了明顯的混凝團(tuán)聚的現(xiàn)象。在機(jī)理探討實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了 Fenton試劑調(diào)理污泥過程存在污泥有機(jī)親水結(jié)構(gòu)解離-污泥密實(shí)化顆粒聚集重構(gòu)的兩步調(diào)理機(jī)理。(1)污泥有機(jī)親水結(jié)構(gòu)解離:Fenton試劑的氧化作用可以降解污泥的EPS,使不溶性的有機(jī)物降解為可溶性的有機(jī)物,如蛋白質(zhì)和多糖等,進(jìn)入污泥的液相;破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu),降低污泥粘度,使污泥粒徑變小;少量減少污泥的結(jié)合水含量。(2)污泥密實(shí)化顆粒聚集重構(gòu):Fenton試劑產(chǎn)生的Fe(Ⅲ)可以使結(jié)合水釋放后的細(xì)小污泥顆粒密實(shí)化團(tuán)聚,使污泥Zeta電位由負(fù)變正,污泥小顆粒二次團(tuán)聚長大;減少污泥的小孔體積(1-10 nm),增加大孔體積(10nm),從而減小污泥的比表面積,使得與污泥表面發(fā)生作用的水分減少,從而降低了污泥的結(jié)合水含量。通過淬滅實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),優(yōu)化出來的Fenton試劑投加量中有47.4%的亞鐵和羥基自由基反應(yīng)生成三價(jià)鐵。Fenton試劑調(diào)理污泥中有91%的脫水效果來源于三價(jià)鐵的混凝作用,而高級氧化作用可以進(jìn)一步提高污泥深度脫水的效果(泥餅含水率從60.23 wt.%降至 54.75 wt.%)。3、低能耗電滲透污泥深度脫水技術(shù)的探討用大功率電化學(xué)工作站代替直流電源,對電滲透脫水過程進(jìn)行線性掃描伏安法分析,電滲透脫水過程中會出現(xiàn)歐姆極化和活化極化,其中歐姆極化占絕對的主導(dǎo)作用,說明電滲透脫水過程中電壓主要用于電滲透脫水。電滲透脫水模型可以簡化為一個(gè)歐姆電路,當(dāng)進(jìn)行恒電壓脫水時(shí),電流與污泥電阻成反比。當(dāng)電滲透脫水流速快時(shí),污泥的脫水效果不好(污泥電阻低);當(dāng)電滲透脫水流速慢,污泥的脫水效果好(污泥電阻高)。電滲透脫水中,傳遞的電荷量和濾液量成正比,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)影響電滲透脫水能耗的關(guān)鍵因素是電壓。本文的研究成果為Fenton試劑高級氧化污泥調(diào)理技術(shù)的提供了理論依據(jù);此外,對低能耗的電滲透脫水技術(shù)進(jìn)行了有益的探索。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

Ｆ?麗??〇?Ｃａｌｃｉｕｍ?ｉｏｎｓ?ｗｉｔｈｉｎ?ｅｇｇ－ｂｏｘ?ｍｃｘｉｅ！??圖１－１蛋－盒結(jié)構(gòu)示意圖［９］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｅｇｇ－ｂｏｘ?ｍｏｄｅｌ１９１??（３）二價(jià)陽離子架橋理論??Ｔｅｚｕｋａ在研究二價(jià)陽離子對污泥絮體生長形成時(shí)期的作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)鈣鎂離子對污??泥生物絮凝過程有重要影響［１（）］。二價(jià)陽離子能對ＥＰＳ帶負(fù)電荷的官能團(tuán)的進(jìn)行架橋，??架橋作用能促進(jìn)微生物和胞外聚合物的絮凝和穩(wěn)定化作用，進(jìn)而促進(jìn)生物絮凝。陽離??子架橋理論模型如圖１－２所示，褐藻膠模型可以認(rèn)為是特殊情況的陽離子架橋模型??（僅存在鈣離子對褐藻膠的特殊交互作用）。Ｈｉｇｇｉｎｓ和Ｎｏｖａｋ發(fā)現(xiàn)污泥中一價(jià)陽離??子（Ｎａ＋、ＮＨ４＋和Ｋ＋）與二價(jià)陽離子（Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋）的比例大于２時(shí)，會引起污泥絮??體絮凝作用的惡化［１１］。??＿ｎ??＿??Ｄｉｖａｉｅｒｕ?ｃａｔｉｏｎｓ??Ｃ２＋??圖１－２二價(jià)陽離子架橋理論示意圖［１２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?

泥模型中不存在雙電層現(xiàn)象，而是一價(jià)陽離子的離子交換作用掩蓋了污泥中壓縮雙電??層的現(xiàn)象。??如圖１－３所示［１３］，當(dāng)污泥絮體結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，污泥絮體中的菌群以及有機(jī)纖維物??并不變化，而部分ＥＰＳ及單一的孤立的細(xì)菌從絮體上脫落下來。另外，不同階段的微??生物菌群的結(jié)構(gòu)以及污泥絮體的化學(xué)組成是也是決定污泥特性的重要原因之一。??Ｂａｃｔｅｎａｌ?ｃｏｌｏｎｉｅｓ??ａｎｄ?ＥＰＳ?Ｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓ??ｂａｃｔｅｒｉａ??＾??ＥＰＳ?ａｎｄ?ｓｉｎｇｌｅ?ｂａｃｔｅｒｉａ??圖１－３污泥絮體結(jié)構(gòu)與絮體結(jié)構(gòu)破壞的變化［１３］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｌｕｄｇｅ?ｆｌｏｃ［１３１??１．２．２?ＥＰＳ??Ｗｉｎｇｅｎｄｅｒ等人將污泥微生物聚集體內(nèi)不同類型的大分子如多糖、蛋白質(zhì)、核酸、??５??

圖１－４?ＥＰＳ結(jié)構(gòu)［１５】??Ｆｉｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＥＰＳ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１１５＇??
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本文編號：2851869