净水厂排泥水浓缩脱水特性及调质形态学分析

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1、摘要净水厂排泥水若不经处理直接排放，不仅污染受纳水体，而且会造成水资源的大量浪费。本论文对净水厂排泥水处理的国内外发展概况进行了综述，讨论了排泥水的基本物理、化学特性及其相关参数的检测方法，对排泥水的沉淀性能影响因素以及物理和化学调质等进行了试验研究，率先将激光粒度分析、PDA、扫描电镜、显微镜摄像和分形理论等运用到污泥调质的研究中，推导出包含分维在内的比阻形态学表达式，提出了改善污泥脱水性能的途径。排泥水沉淀浓缩试验表明，无机絮凝剂对排泥水沉淀性能的改善非常有限，而高分子絮凝剂(如C．PAM．1)能通过其长分子链的吸附架桥作用明显提高排泥水

2、的沉淀速度。随着C．PAM．1投药量的增加，SVI值和浊度均下降。随着搅拌强度GT值的增大，浊度和SVI先减小后增大。当GT值在85860(200r／rain，3min)左右时，排泥水可获得良好的沉淀性能。在5～35℃温度范围内，C．PAM．1能有效地改善排泥永的沉淀性能。当pH在2～10范围内，排泥水的沉淀性能随着pH值的升高而变差。根据实测得到的静态沉降曲线，结合固体通量理论和净水厂浓缩池运行的特点，讨论了迪克理论和柯伊一克里维什理论在净水厂污泥重力浓缩池设计中的运用，提出了适合净水厂浓缩池的沉淀面积和深度的计算方法。在运用迪克理论时，考

3、虑与不考虑排泥固体通量，所得的总固体通量最小值分别为195kg／(m2-d)和49kg／(m2．d)，差别很大。考虑到净水厂污泥浓缩池的实际工作情况，设计时宜采用保守设计，即不考虑排泥固体通量的影响；运用柯伊一克里维什理论时，浓缩要达到的目标浓度的取值应根据脱水机械对进泥浓度的要求来确定。在所试的物理调质方法中，冰冻一解冻调节效果最显著。解冻污泥可以在不加压的情况下自然过滤，且含圈率随冰冻温度的降低，时阃的延长，泥量的减小而升高。影响冰冻一解冻调质的因素的作用大小依次为：冰冻时间>冰冻温度>所用泥量。微波和高温高压调质效果其次。微波能通过产生

4、热效应来破坏污泥结构，促进污泥脱水，仅辐射5min，污泥比阻较原污泥约下降了46％。相同作用温度和时间下，污泥高压调质的效果明显比常压下好。在0．14MPa，120℃下，加热5min，污泥比阻较原污泥约下降了33％。超声波调质的初步研究表明，超声波对于净水厂污泥的脱水并没有促进作用，反而使污泥比阻增加。超声波应用于净水厂污泥处理的可行性、运行参数的优化、或与其它处理工艺的合理组合等同题仍需进一步研究。本研究中化学调质包括投加高分子絮凝剂、表面活性剂、石灰以及酸、碱调Ⅱ质。无机絮凝剂对污泥脱水性能的改善都非常有限。而有机高分子絮凝剂均能有效改善

5、污泥的脱水性能，分子量大小是决定调质效果的重要因素。投加药剂前后，污泥Zeta电位的变化很小，说明了高分子絮凝剂对污泥胶体颗粒的絮凝作用机理主要是吸附架桥或网捕、卷扫，而不是电性中和。阳离子型表面活性剂CTAC和阴离子型表面活性剂SDS在单独调节以及与PAM共同作用时对污泥脱水的影响研究表明：在50～200mg／L的投加量下，无论单独作用，还是与PAM共同作用，CTAC均能使污泥比阻降低；而SDS则对污泥脱水有负面影响。当石灰的投加量达1000mg／L(约占污泥干重的40～50％)以上时，对污泥脱水有较明显的改善效果。由于石灰投加量需要较大，

6、由此造成的污泥泥饼干重增大、出水pH值偏高等问题限制了其广泛应用。在投加酸、碱调质中，随着pH值的降低，相应Zeta电位的电负性减小，污泥比阻下降，这可能是因为H+与污泥的结合改变了污泥的表面电荷性质，促进了污泥絮体间的进一步絮凝，降低了絮体对水的亲和力。因此，加酸有利于污泥脱水，而加碱则有负面影响。本文对5种有应用(或潜在应用)前景的排泥水处理工艺：自然冰冻一解冻、人工冰冻一解冻、微波、投加PAM和酸处理+PAM进行了经济分析和对比。以上工艺的单位排泥水投资均在O．1～O．2万元／m3左右；自然冰冻一解冻受气候、地理等诸多因素影响，不具有广

7、泛的适应性，且成本分析中也没有将土地费计入，只适合于气候寒冷且土地资源相对丰富的地区；人工冰冻一解冻由于基建和设备费投资大，且电耗很高，处理成本是5种工艺中最高的，但因其具环境友好性，在经济发达且电资源丰富的地区仍可以考虑实施；微波处理不需投加任何药剂，并具有杀菌作用，泥饼和滤液的处置都很方便，并且经济可行，运行成本仅需0．Ol元／m3，是一种值得进一步研究和应用的新型工艺；投加PAM由于技术相对较成熟，适用性强，且经济上也是可行的，但由此造成的泥饼及滤液的处置问题将制。约其发展。此外，本研究从微观出发，应用图像技术与分形理论等，从形态学角度

8、探讨污泥调质机理，将分形理论引入比阻的微观表达式，推导出了包含分维在内的比阻形态学表达式。利用该式，结合实测的污泥颗粒粒径以及分维的变化，讨论了污泥调质机理，指出提