本文關(guān)鍵詞：MEC用于剩余污泥產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效能及微生物群落結(jié)構(gòu)解析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大連理工大學(xué)》 2015年

水熱處理耦合機(jī)械壓濾對剩余污泥的深度脫水性能研究

王利平  

【摘要】：脫水對剩余污泥的處理與處置具有非常重要的意義,而深度脫水是剩余污泥處置與資源化利用的必經(jīng)之路。然而如何在較低的脫水能耗下實現(xiàn)對剩余污泥的深度脫水已成為污泥處置與利用技術(shù)發(fā)展所面臨的難題。為了擺脫剩余污泥深度脫水處理的這種困境,本研究提出了在高溫的狀態(tài)下利用水熱處理耦合機(jī)械壓濾的深度脫水方法。高溫下水熱處理耦合機(jī)械壓濾是將傳統(tǒng)的機(jī)械壓濾脫水和水熱炭化處理在高溫高壓的狀態(tài)下有機(jī)地結(jié)合起來,從而在較低的脫水能耗下實現(xiàn)對固／液的高效分離。在本研究中,市政脫水剩余污泥首先在獨(dú)立的水熱反應(yīng)單元中進(jìn)行充分的水熱炭化處理,隨后使產(chǎn)生的水熱污泥在高溫高壓的狀態(tài)下被轉(zhuǎn)移至機(jī)械壓濾脫水單元,并立即在高溫下進(jìn)行機(jī)械壓濾脫水,從而促使剩余污泥中的水分主要以液態(tài)的形式被大量脫除。本研究首先在證實了水熱污泥于高溫狀態(tài)和冷卻至室溫狀態(tài)進(jìn)行機(jī)械壓濾脫水時存在不同的基礎(chǔ)之上,分析了高溫狀態(tài)下的耦合脫水過程的操作條件(水熱溫度、水熱停留時間和機(jī)械壓力)對剩余污泥深度脫水特性的影響,并基于Terzaghi-Voigt流變學(xué)模型,探討了水熱污泥在高溫壓濾固化脫水過程中的脫水特性。結(jié)果表明：水熱污泥在高溫狀態(tài)下立即進(jìn)行機(jī)械壓濾脫水與冷卻至室溫后再進(jìn)行機(jī)械壓濾脫水相比,可使濾餅的最終含水率進(jìn)一步降低19-47%。水熱處理耦合冷卻后的機(jī)械壓濾對剩余污泥的脫水主要取決于機(jī)械效應(yīng),而在高溫耦合深度脫水過程中,水熱效應(yīng)則成為了水分脫除的主要貢獻(xiàn)者。加強(qiáng)水熱處理條件(水熱溫度和水熱停留時間)能夠以液態(tài)形式脫除剩余污泥中更多的水分,但單位機(jī)械效應(yīng)對脫水的貢獻(xiàn)隨著機(jī)械壓力的提高而逐漸減弱。當(dāng)水熱溫度高于臨界溫度(120-150℃)時,高溫耦合脫水過程開始對剩余污泥的深度脫水表現(xiàn)出了積極的效應(yīng)。在180℃下水熱停留30min時,剩余污泥的深度脫水性能即得到了顯著改善。在180-210℃的水熱溫度下,濾餅的最終含水率由52%降低到了20%,相應(yīng)地,液態(tài)水分脫除百分率則達(dá)到了81-93%。在考慮深度脫水程度和脫水效率的條件下,最適宜的耦合脫水條件為：180℃下停留30-60mmin耦合2-6MPa下壓濾20min。三階段Terzaghi-Voigt流變學(xué)模型擬合結(jié)果表明：水熱污泥中的結(jié)合水分含量隨著水熱處理條件的強(qiáng)化而逐漸降低。同時,對高溫耦合脫水過程中產(chǎn)物(水熱污泥、污泥炭和濾液)的組成及物化特性進(jìn)行了分析,揭示了高溫耦合脫水過程對實現(xiàn)剩余污泥深度脫水的基本原理。實驗結(jié)果表明：剩余污泥的水熱處理過程主要是一個脫揮發(fā)分的過程,聚合脫水反應(yīng)是主要的水熱反應(yīng)機(jī)制,脫羧反應(yīng)只有在更高的水熱溫度(210℃)下才會顯著發(fā)生。水熱污泥表面特性分析表明：濾餅的最終含水率與水熱污泥的表面電荷(Rp=-0.93,p0.05)和相對疏水性(Rp=-0.99,p0.05)之間具有顯著的線性負(fù)相關(guān)性。因此,水熱污泥表面電荷,尤其是表面疏水性的改善是實現(xiàn)剩余污泥深度脫水性能被顯著提高的重要原因。蛋白質(zhì)、多糖和DNA等生物聚合物的溶解和降解取決于水熱溫度和水熱停留時間,而剩余污泥深度脫水性能的改善與這些生物聚合物(尤其是蛋白質(zhì))的演變密切相關(guān)。污泥及污泥炭的干基高位熱值與其所含C元素含量之間存在顯著的線性關(guān)系。剩余污泥經(jīng)210℃水熱處理60min后,其干基高位熱值略有增加,增幅約為4.8%,而相應(yīng)水熱污泥經(jīng)6MPa機(jī)械壓濾20mmin后,與剩余污泥相比,其干基高位熱值卻顯著降低,降幅高達(dá)15.4%。當(dāng)水熱溫度高于150℃時,收集到的濾液呈弱酸性,顏色呈茶褐色,這可能是由于濾液中腐殖質(zhì)含量的增加、多糖的焦糖化以及Maillard反應(yīng)的發(fā)生所導(dǎo)致的。此外,基于高溫耦合脫水過程中的能量輸入和潛在的能量回收,評估了剩余污泥在高溫耦合深度脫水過程中的能耗水平。計算結(jié)果表明：加熱能耗是剩余污泥高溫耦合深度脫水過程的主要能量輸入。當(dāng)水熱溫度高于120℃時,由于水熱反應(yīng)熱的釋放,使得潛在回收的能量顯著高于輸入的能量,且提高水熱處理條件并不會導(dǎo)致高溫耦合脫水過程脫水能耗的增加。即使不考慮潛在的能量回收,高溫下水熱處理耦合機(jī)械壓濾對剩余污泥的深度脫水過程也可在相對較低的脫水能耗(180℃時僅為732.94kJ-kg-1(水分))下獲得更高含固率(73%)的濾餅。最后,探索了污泥炭和濾液的后續(xù)處置與資源化利用。結(jié)果表明：本研究中所采用的市政機(jī)械脫水剩余污泥經(jīng)高溫耦合深度脫水處理后,所得污泥炭中雖然含有大量的營養(yǎng)元素(富P),但由于重金屬含量(除Pb)均超過了國家《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284-1984)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中規(guī)定的污泥土地利用時的重金屬含量的極限值,因而不宜作為生物肥料直接進(jìn)行農(nóng)田土地利用。然而,污泥炭的燃燒活化能卻明顯降低,導(dǎo)致了對燃燒溫度的降低,表現(xiàn)出了良好的燃燒特性,因而可以作為固體燃料進(jìn)行焚燒處理。在180℃下產(chǎn)生的濾液在厭氧消化過程中表現(xiàn)出了最優(yōu)的產(chǎn)CH4特性,累積CH4產(chǎn)量為234ml·g-1COD,對濾液COD的去除率達(dá)到了64%,但厭氧消化處理并不能夠有效地改善濾液的顏色。綜上,本研究結(jié)果表明,在水熱溫度狀態(tài)下利用水熱處理耦合機(jī)械壓濾的深度脫水方法,不但能夠顯著地實現(xiàn)對剩余污泥的深度脫水,而且降低了脫水能耗,是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ氖Ｓ辔勰嗌疃让撍椒?其在一定程度上改變了目前剩余污泥深度脫水處理技術(shù)的現(xiàn)狀：要么難以有效地實現(xiàn)對剩余污泥的深度脫水,要么脫水能耗太高而限制了其廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【目錄】：

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王昕彤;抗生素剩余污泥對重金屬的吸附性能及對環(huán)境的影響[D];天津理工大學(xué);2015年

2 江磊;預(yù)處理技術(shù)強(qiáng)化剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)酸及釋磷影響研究[D];遼寧大學(xué);2015年

3 李娜;強(qiáng)化剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸研究[D];南京理工大學(xué);2015年

4 劉改革;剩余污泥厭氧產(chǎn)酸小試過程控制及微生物種群演替規(guī)律研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 焦明龍;堿與臭氧預(yù)處理剩余污泥厭氧產(chǎn)氣的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 高楊;不同陰極條件微生物電化學(xué)系統(tǒng)污泥減量產(chǎn)能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 邵金星;耦合法提取剩余污泥中蛋白質(zhì)及其后續(xù)處理研究[D];武漢紡織大學(xué);2015年

8 徐張林;暗河式剩余污泥厭養(yǎng)發(fā)酵工藝研究[D];華中科技大學(xué);2007年

9 王洋;旋轉(zhuǎn)球磨法破解剩余污泥的實驗研究[D];東北大學(xué);2011年

10 王展;超聲與機(jī)械方法聯(lián)合破解剩余污泥機(jī)制的研究[D];東北大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：MEC用于剩余污泥產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效能及微生物群落結(jié)構(gòu)解析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：243799