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《华南理工大学》 2015年
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两性污泥脱水剂的制备及其对污泥絮体特性的影响研究

齐亮  
【摘要】:“十二五”期间,我国政府提出了2015年城市污水处理率要达到80%的目标,由此大量污泥的处理处置会成为日益突出的重要问题。现有药剂已无法满足日益复杂的污泥特性和庞大的污泥处理量。两性有机高分子脱水剂,同时具有阴离子有机高分子絮凝剂和阳离子有机高分子絮凝剂的特性,不但能使处理后的污泥絮体粗大,泥饼含水率低,而且还有p H值适用范围宽的特点。因此,开发高性能的两性有机高分子对污泥脱水进行处理具有重要的意义。论文以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为氧化-还原引发剂,2,2’-偶氮(2-脒基丙烷)二盐酸盐为偶氮引发剂,采用水溶液自由基三元共聚,合成了两性有机高分子脱水剂PADA,利用单因素实验得出了最佳合成工艺条件范围:总单体质量分数为15~20%,单体配比m(AM):m(DAC):m(AMPS)为90:7:3,氧化-还原引发剂质量分数的0.05~0.01%,偶氮引发剂质量分数为0.01~0.03%,温度为40~50?C,p H为4~6。通过响应面分析(RSM),发现主要制备条件(温度、p H和氧化-还原引发剂)对调理后污泥的比阻(SRF)及含水率(WC)有交互影响。通过Design Expert software,模拟出了最佳的合成工艺:温度46?C,p H 4.85,氧化-还原引发剂质量分数0.08%,此条件下得到的产物PADA对污泥调理的效果分别为:SRF为2.29×1013 m/kg,含水率为77.65%。在合成的基础上对PADA进行了结构表征,采用FTIR和1HNMR分析表明该共聚物是一种含有季铵盐阳离子基团,磺酸根阴离子基团和酰胺极性基团的两性有机高分子。通过SEM分析看出不同单体配比对产物形貌和密实性都有较大影响。TGA测定揭示了,由于功能性单体的引入,产物的热力学稳定性较之PAM有很大的改变。通过产物水溶液TEM分析可以看出在水溶状态下,PADA的舒展性好,有利于进行吸附架桥作用。毛细管膨胀法计算出了其聚合反应动力学方程:pR=kIc0.58Mc1.46,求得反应表观活化能为57.69k J/mol。在性能应用上,比较了PADA与阳离子有机高分子脱水剂PAD。实验发现,PADA具有投加量适用范围宽的特点,在40-60mg/L都能取得良好的调理作用。同时在p H 7-10的碱性环境下,PADA耐受能力也优于阳离子脱水剂PAD。通过调理后污泥自然沉降速度加快,达到0.3m L/min,调理后的污泥比阻和含水率也都比PAD有所降低,性能优于国内同类产品。制备PADA的成本相对低廉,处理每吨湿污泥的原料成本仅为0.48元。实验测定了经不同阴阳离子度、特性黏数的PADA调理后的污泥絮体的形貌特征、分形维数和理化性质。通过Pearson方程统计分析出污泥絮体的粒径、比表面积、孔体积、自由态EPS含量和残余金属离子的改变是影响污泥脱水性能的主要原因,并提出了两性有机高分子脱水剂PADA对污泥絮凝脱水的作用机理和模型。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X703

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