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剩余污泥自絮凝特性试验研究

庞鹤亮  
【摘要】:近年来,随着我国污水处理规模逐渐增大,剩余污泥产量日益增加,其处理处置成为环境保护的重要问题。剩余污泥的脱水减容是污泥处理的重要步骤。目前污水厂大多对污泥进行前期调理后脱水,但调理方法存在诸多弊端,急需研究低成本、环境友好的新型调理方法。本试验基于污泥自身的自絮凝特性,考察自絮凝过程中污泥性质的变化规律,分析其影响因素及作用机理,在此基础上,探究储存时间对污泥性质及自絮凝特性的影响,并进行工程应用的技术经济分析。试验成果可为“十二?五”松花江水专项污水处理厂示范工程的污泥处理的设计和运行管理提供技术支撑。试验通过正交实验分别考察一级搅拌自絮凝和两级搅拌自絮凝效能,分析其影响因素,发现污泥浓度、各级搅拌强度和搅拌时间均可影响一级搅拌和两级搅拌自絮凝效能,其中污泥浓度为主要影响因素。采用单因素实验方法考察一级搅拌和两级搅拌自絮凝过程中各影响因素对污泥脱水性能、沉降性能和理化性质的影响规律。结果表明,污泥经一级搅拌和两级搅拌自絮凝后毛细吸水时间(CST)、污泥容积指数(SVI)、p H均降低,粒径和Zeta电位升高,说明污泥絮体具有絮凝作用,可改善污泥脱水性能、沉降性能和理化性质,同时,污泥絮体内部分EPS溶出造成污泥粘度增大。一级搅拌和两级搅拌自絮凝后污泥各指标改善程度随污泥浓度、各级搅拌强度和搅拌时间均呈先升高后降低趋势。一定范围内,较高的污泥浓度、各级搅拌强度和搅拌时间均有利于提高一级搅拌和两级搅拌自絮凝效果;而过高污泥浓度虽然仍有利于自絮凝发挥絮凝作用,增大污泥粒径,但形成的絮体结构松散,过高的各级搅拌强度和搅拌时间则会破坏自絮凝后污泥絮体结构,减小污泥粒径,均导致絮体表面理化性质恶化,减弱脱水性能和沉降性能的改善程度。因此,试验条件下的一级搅拌自絮凝最佳参数为:污泥浓度18000mg/L,搅拌强度200rpm,搅拌时间3.5min;两级搅拌自絮凝最佳参数为:污泥浓度16000mg/L,一级搅拌强度400rpm,一级搅拌时间2.5min,二级搅拌强度175rpm,二级搅拌时间5min。对比两种搅拌方式自絮凝,发现两级搅拌自絮凝对污泥脱水性能、沉降性能及理化性质的改善效果优于一级搅拌自絮凝。同时,对一级搅拌和两级搅拌自絮凝过程中各指标的变化情况进行分析,发现污泥CST、SVI、p H、Zeta电位、粒径变化规律相似,各指标均可以较好的指示污泥脱水性能,与CST之间的相关系数R2在0.65~0.95范围内;污泥粘度则与各指标变化规律有所差异。通过实验室模拟污泥浓缩过程,考察30h内浓缩效能及污泥性质随浓缩时间的变化,发现浓缩后污泥含水率降低速率随浓缩时间延长逐渐减慢,14h后趋于稳定,浓缩效能过低,而14h内污泥性质变化较小,由此确定最佳污泥浓缩时间为14h。在此基础上,通过实验室模拟污泥储存过程,考察72h内污泥性质及其自絮凝特性随储存时间的变化,结果表明,污泥储存过程中其代谢活动产生VFAs,导致污泥p H降低,Zeta电位升高,同时EPS被消耗,导致污泥絮凝能力减弱,粒径降低,脱水性能和沉降性能恶化,其中30h内污泥代谢活动较活跃,污泥性质变化较快,30~72h内污泥代谢活动减慢,污泥性质趋于稳定。储存时间小于18h时,污泥絮体结构和表面理化性质变化有利于提高自絮凝效果,而储存时间大于18h时,污泥代谢活动过度,EPS大量减少,絮凝能力减弱,导致污泥自絮凝效果减弱。因此,确定最佳污泥储存时间为18h。同时,对试验成果应用于松花江水专项污水处理厂进行了技术经济分析,发现试验成果相比于传统污泥处理方式每年可节省运行成本43.16万元,减少污泥量638.75吨,是经济合理的。试验成果分析了污泥自絮凝影响因素及作用机理,提供了一种污泥调理的新思路。试验成果可应用于污水厂污泥处理工艺的设计和运行管理,为减少污泥调理药耗、污泥浓缩及储存的控制优化提供理论支撑,为深入研究污泥调理及储存过程机理奠定了基础,促进了污泥减量化和资源化利用,具有一定的社会效益和经济效益。


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