凈水廠(chǎng)排泥水濃縮脫水特性及調(diào)質(zhì)形態(tài)學(xué)研究.pdf

1、凈水廠(chǎng)排泥水若不經(jīng)處理直接排放，不僅污染受納水體，而且會(huì)造成水資源的大量浪費(fèi)。本論文對(duì)凈水廠(chǎng)排泥水處理的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況進(jìn)行了綜述，討論了排泥水的基本物理、化學(xué)特性及其相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)方法，對(duì)排泥水的沉淀性能影響因素以及物理和化學(xué)調(diào)質(zhì)等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，率先將激光粒度分析、PDA、掃描電鏡、顯微鏡攝像和分形理論等運(yùn)用到污泥調(diào)質(zhì)的研究中，推導(dǎo)出包含分維在內(nèi)的比阻形態(tài)學(xué)表達(dá)式，提出了改善污泥脫水性能的途徑。 排泥水沉淀濃縮試驗(yàn)表明，無(wú)機(jī)

2、絮凝劑對(duì)排泥水沉淀性能的改善非常有限，而高分子絮凝劑(如C-PAM-1)能通過(guò)其長(zhǎng)分子鏈的吸附架橋作用明顯提高排泥水的沉淀速度。隨著C-PAM-1投藥量的增加，SVI值和濁度均下降。隨著攪拌強(qiáng)度GT值的增大，濁度和SVI先減小后增大。當(dāng)GT值在85860(200r/min，3min)左右時(shí)，排泥水可獲得良好的沉淀性能。在5～35℃溫度范圍內(nèi)，C-PAM-1能有效地改善排泥水的沉淀性能。當(dāng)pH在2～10范圍內(nèi)，排泥水的沉淀性能隨著pH值的

3、升高而變差。 根據(jù)實(shí)測(cè)得到的靜態(tài)沉降曲線(xiàn)，結(jié)合固體通量理論和凈水廠(chǎng)濃縮池運(yùn)行的特點(diǎn)，討論了迪克理論和柯伊—克里維什理論在凈水廠(chǎng)污泥重力濃縮池設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，提出了適合凈水廠(chǎng)濃縮池的沉淀面積和深度的計(jì)算方法。在運(yùn)用迪克理論時(shí)，考慮與不考慮排泥固體通量，所得的總固體通量最小值分別為195kg/(m<'2>·d)和49kg/(m<'2>·d)，差別很大。考慮到凈水廠(chǎng)污泥濃縮池的實(shí)際工作情況，設(shè)計(jì)時(shí)宜采用保守設(shè)計(jì)，即不考慮排泥固體通量的

4、影響；運(yùn)用柯伊—克里維什理論時(shí)，濃縮要達(dá)到的目標(biāo)濃度的取值應(yīng)根據(jù)脫水機(jī)械對(duì)進(jìn)泥濃度的要求來(lái)確定。 在所試的物理調(diào)質(zhì)方法中，冰凍—解凍調(diào)節(jié)效果最顯著。解凍污泥可以在不加壓的情況下自然過(guò)濾，且含固率隨冰凍溫度的降低，時(shí)間的延長(zhǎng)，泥量的減小而升高。影響冰凍—解凍調(diào)質(zhì)的因素的作用大小依次為：冰凍時(shí)間>冰凍溫度>所用泥量。微波和高溫高壓調(diào)質(zhì)效果其次。微波能通過(guò)產(chǎn)生熱效應(yīng)來(lái)破壞污泥結(jié)構(gòu)，促進(jìn)污泥脫水，僅輻射5min，污泥比阻較原污泥約下降

5、了46％。相同作用溫度和時(shí)間下，污泥高壓調(diào)質(zhì)的效果明顯比常壓下好。在0.14MPa，120℃下，加熱5min，污泥比阻較原污泥約下降了33％。超聲波調(diào)質(zhì)的初步研究表明，超聲波對(duì)于凈水廠(chǎng)污泥的脫水并沒(méi)有促進(jìn)作用，反而使污泥比阻增加。超聲波應(yīng)用于凈水廠(chǎng)污泥處理的可行性、運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化、或與其它處理工藝的合理組合等問(wèn)題仍需進(jìn)一步研究。 本研究中化學(xué)調(diào)質(zhì)包括投加高分子絮凝劑、表面活性劑、石灰以及酸、堿調(diào)質(zhì)。無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)污泥脫水性能的改

6、善都非常有限。而有機(jī)高分子絮凝劑均能有效改善污泥的脫水性能，分子量大小是決定調(diào)質(zhì)效果的重要因素。投加藥劑前后，污泥Zeta電位的變化很小，說(shuō)明了高分子絮凝劑對(duì)污泥膠體顆粒的絮凝作用機(jī)理主要是吸附架橋或網(wǎng)捕、卷掃，而不是電性中和。陽(yáng)離子型表面活性劑CTAC和陰離子型表面活性劑SDS在單獨(dú)調(diào)節(jié)以及與PAM共同作用時(shí)對(duì)污泥脫水的影響研究表明：在50～200mg/L的投加量下，無(wú)論單獨(dú)作用，還是與PAM共同作用，CTAC均能使污泥比阻降低；而S

7、DS則對(duì)污泥脫水有負(fù)面影響。 當(dāng)石灰的投加量達(dá)1000mg/L(約占污泥干重的40～50％)以上時(shí)，對(duì)污泥脫水有較明顯的改善效果。由于石灰投加量需要較大，由此造成的污泥泥餅干重增大、出水pH值偏高等問(wèn)題限制了其廣泛應(yīng)用。 在投加酸、堿調(diào)質(zhì)中，隨著pH值的降低，相應(yīng)Zeta電位的電負(fù)性減小，污泥比阻下降，這可能是因?yàn)镠<'+>與污泥的結(jié)合改變了污泥的表面電荷性質(zhì)，促進(jìn)了污泥絮體間的進(jìn)一步絮凝，降低了絮體對(duì)水的親和力。因

8、此，加酸有利于污泥脫水，而加堿則有負(fù)面影響。 本文對(duì)5種有應(yīng)用(或潛在應(yīng)用)前景的排泥水處理工藝：自然冰凍一解凍、人工冰凍—解凍、微波、投加PAM和酸處理+PAM進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析和對(duì)比。以上工藝的單位排泥水投資均在0.1～0.2萬(wàn)元/m<'3>左右；自然冰凍—解凍受氣候、地理等諸多因素影響，不具有廣泛的適應(yīng)性，且成本分析中也沒(méi)有將土地費(fèi)計(jì)入，只適合于氣候寒冷且土地資源相對(duì)豐富的地區(qū)；人工冰凍—解凍由于基建和設(shè)備費(fèi)投資大，且電耗很

9、高，處理成本是5種工藝中最高的，但因其具環(huán)境友好性，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且電資源豐富的地區(qū)仍可以考慮實(shí)施；微波處理不需投加任何藥劑，并具有殺菌作用，泥餅和濾液的處置都很方便，并且經(jīng)濟(jì)可行，運(yùn)行成本僅需0.01元/m<'3>，是一種值得進(jìn)一步研究和應(yīng)用的新型工藝；投加PAM由于技術(shù)相對(duì)較成熟，適用性強(qiáng)，且經(jīng)濟(jì)上也是可行的，但由此造成的泥餅及濾液的處置問(wèn)題將制約其發(fā)展。 此外，本研究從微觀出發(fā)，應(yīng)用圖像技術(shù)與分形理論等，從形態(tài)學(xué)角度探討污泥