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脱硫灰改善污泥脱水性能的机理及用于水泥掺料的研究

陈巍  
【摘要】:城市污水处理副产物——污泥,含有大量水分,如何经济、高效的实现泥水分离,是降低污水处理成本的瓶颈,也是实现污泥减量化和资源化的关键。半干法烟气脱硫副产物——脱硫灰,对工业生产和环境安全日益构成威胁,如何有效的处理和处置,已成为现实难题。本研究从"以废治废"的理念出发,将脱硫灰的利用与污泥脱水性能的改善紧密结合起来,以脱硫灰调理污泥的机理研究为基础,优化调理方案。试图用脱硫灰代替常规污泥调理剂,降低污泥脱水成本,提高污泥脱水性能。将调理后的脱水污泥掺入水泥生料,开拓脱硫灰和污泥的资源化利用途径。通过混凝脱水试验,以污泥沉降高度、滤饼含水率(Wc)、污泥比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)为评价指标,比较了脱硫灰、FeCl_3、O_3和电解单独及联合调理对污泥脱水性能的影响;通过测定污泥各层胞外聚合物(EPS)含量、溶解性化学需氧量(SCOD)、Zeta电位变化和傅里叶变换红外光谱分析(FTIR),提出了脱硫灰调理污泥的机理;通过水泥生料易烧性试验,水泥胶砂强度试验,氯离子含量测试,浸出毒性试验等,获得了调理脱水污泥在水泥中的掺入量及其影响。主要结论如下:研究改善污泥的脱水性能,应从提高污泥脱水速度和脱水程度两个方面着手。脱硫灰的架桥作用为自由水的滤出提供通道,其吸附性能使进入污泥上清液的部分EPS又返回固相表面,减少溶解性有机物,有利于提高脱水速度;脱硫灰、O_3或电解都能剥离污泥中紧密粘附性EPS、破坏细胞和絮体结构,使之部分被转化为溶解性EPS和松散粘附性EPS,并使其中一部分EPS进一步水解成羧酸、羧酸盐等小分子有机物,释放其中的表面吸附水和内部结合水,有利于提高脱水程度;脱硫灰中CaO的电性中和作用,能改变污泥颗粒表面特性,压缩双电层,增强絮体的凝聚,提高污泥的颗粒密度,释放颗粒表面的吸附水,既有利于提高脱水速度,又有利于提高脱水程度;紧密粘附性EPS是影响污泥脱水性能的主要因素。脱硫灰调理污泥对改善污泥的脱水性能有重要作用。脱硫灰调理污泥的最佳混凝搅拌条件为:先以350r/min的速度混合搅拌30s,再以50r/min的速度絮凝搅拌15 min;投加425 mg/g脱硫灰,可使Wc降至79.34%,SRF、CST和Wc分别降低76.43%、60.5%和14.65%。投加脱硫灰不超过干基污泥质量的50%,能使难脱水污泥(SRF=1012~1013cm/g)转变为中等难脱水污泥(SRF=(0.5~0.9)× 1 012 cm/g);脱硫灰与FeCl_3、O_3或电解联合调理污泥,好于脱硫灰单独调理的效果。投加300 mg/g脱硫灰和60 mg/g FeCl_3,使Wc降至72.68%,CST和Wc分别降低 97.7%和 13.16%;通入 O_3 85.72 mg/g,投加 400 mg/g 脱硫灰和 60 mg/g FeCl_3,使Wc降至 70.70%,CST和Wc分别降低 83.5%和 15.41%;采用 Ti/RuO_2电极、4cm极间距、20V电压、0.100mol/L NaCl浓度、电解40min,投加300 mg/g脱硫灰和60 mg/g FeCl_3,使Wc降至70.50%,CST和Wc分别降低91.4%和 15.76%。将调理脱水污泥用于水泥掺料具有可行性,试验获得调理脱水污泥的最佳掺入量为7.5%。验证了在此掺量下,熟料试样中硅酸三钙的结晶度显著提高,并出现大量的中间相,水泥熟料的煅烧性能得到提高;污泥对水泥强度无明显影响,水化物中出现了更多的钙矾石晶体,能得到正常的水化产物;熟料中的氯离子和重金属元素含量均远低于国家标准的限定值。本研究为脱硫灰和污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化探索了一条途径。为利用脱硫灰改善污泥脱水性能提供理论依据,为污水处理厂降低污泥脱水成本提供有益借鉴。


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