活性污泥磁化调理—电脱水性能与过程机制研究

【摘要】：随着我国城镇化的发展,市政污水污泥的产量迅速增加,污水污泥的处理处置已成为社会关注的重要问题之一。本论文针对污泥脱水及减量化,研究了磁化调理-水平/压力垂直电场脱水技术的效果、性能及工艺过程。采用响应曲面法优化了工艺的操作条件,评价了工艺的脱水效果和能耗,通过差热扫描量热分析法检测了工艺过程中束缚水和自由水的转化过程,采用三维荧光分析法和胞外聚合物分层提取分析方法,对典型有机物含量进行监测,揭示了有机物的迁移转化规律,结果如下：磁化调理中,磁粉投加量为0.15g·g-1干污泥,磁场强度为0.065T时污泥脱水性能最佳。调理后污泥呈网状结构,污泥细胞相互聚集并出现表面皱缩现象；磁化调理对细胞胞外聚合物(EPS)产生一定分解和破坏作用；此外,磁粉调理大大降低了污泥颗粒间的路易斯酸碱作用,使污泥颗粒发生类似絮凝的效应。因此,磁化调理有效地改善了污泥的脱水性能。磁化调理-水平电场脱水(CM-HED)工艺过程依次包括磁粉调理—磁场调理—重力沉降—电场脱水阶段,采用水平电场脱水(40V,2h)后污泥含水率可由99.47%降至89.98%。脱水过程中自由水和束缚水的脱除率为阳极：自由水95.86%、束缚水52.89%；阴极：自由水92.75%、束缚水46.28%。束缚水在磁化调理阶段去除率最大,达23.14%。重力沉降阶段污泥减量率达87.45%。随着CM-HED过程进行,有机物由污泥向上清液/滤出液中转移。磁化调理-压力垂直电场脱水(MPEOD)工艺过程依次包括磁化调理—重力沉降—压力脱水—复合脱水阶段,400kpa机械压力作用2h,后期联合44.7V的垂直电场作用2h后污泥含水率可从99.18%降至53.52%。MPEOD过程使污泥质量减量化达到97.98%,自由水去除率达到99.67%,束缚水去除率达到82.99%。束缚水含量降低最显著的阶段为复合脱水阶段(49.20%)和磁粉调理阶段(38.93%),自由水含量降低最明显的阶段是复合脱水阶段(96.16%)和重力沉降阶段(76.44%)。MPEOD过程有机物迁移路径与CM-HED过程一致,但MPEOD过程有机物迁移量更大,水分流动性更强。污泥松散附着层EPS对于磁化调理以及脱水操作的敏感程度更大。