净水厂污泥回流强化混凝的超声波预处理技术及机理研究

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1、中文图书分类号：TU991.2密级：公开UDC：624学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：净水厂污泥回流强化混凝的超声波预处理技术及机理研究论文作者：周志伟学科：土木工程指导教师：杨艳玲研究员论文提交日期：2015年12月UDC：624学校代码：10005中文图书分类号：TU991.2学号：B201204031密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：净水厂污泥回流强化混凝的超声波预处理技术及机理研究英文题目：ULTRASOUNDPRETREATMENT

2、TECHNIQUEANDINVOLVEDMECHANISMFORENHANCEDCOAGULATIONOFRECYCLINGDRINKINGWATERTREATMENTSLUDGE论文作者：周志伟学科专业：市政工程研究方向：饮用水安全保障技术申请学位：工学博士指导教师：杨艳玲研究员所在单位：建筑工程学院答辩日期：2015年12月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

3、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：周志伟日期：2015年12月12日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：周志伟日期：2015年12月12日导师签名：杨

4、艳玲日期：2015年12月12日摘要摘要污泥回流技术是强化混凝过程的有效方法，已成为近年来研究和应用的热点，也是污泥资源化的重要形式。论文针对净水厂污泥回流工艺中消毒副产物前体物、重金属和致病微生物等有毒有害污染物累积问题，提出采用超声波强化净水厂污泥回流混凝过程的方法，研究了污泥回流工艺运行条件和回流污泥特性对混凝除污染效能和絮体特性的影响，以及污泥回流工艺的适用性，系统地研究了超声作用对污泥特性的影响，揭示了超声作用污泥回流工艺的混凝特性与作用机制。污泥回流混凝特性及其影响因素的研究结果表明，污泥

5、回流工艺的除污染效果取决于污泥回流运行参数、原水水质和回流污泥特性。适宜的污泥总悬浮固体质量浓度和较低污泥回流比可以获得较好的混凝效果，将回流污泥投加到慢搅第一阶段时的除污染效果更佳。当回流污泥中含有粉末活性炭时，有机物去除率可以显著提高，但污泥回流工艺适用于特定水质条件。总悬浮固体质量浓度较低的滤池反冲洗水回流工艺可强化沉后水中类腐殖质的去除，而类蛋白质则有所累积，且沉后水中有机物分子量分布受原水和滤池反冲洗水中有机物分子量分布的影响。超声作用对污泥特性的影响结果表明，0.03W/mL的低声能密度超

6、声作用就会使污泥破解，蛋白质、多糖和类腐殖质等有机物溶出，在槽式反应器中，低频率（25/40kHz）时污泥破解程度好于中高频率（68/160kHz）时；在探头式反应器中，低频率（25kHz）时污泥破解效果好，较高声能密度（5W/mL）的超声作用使得污泥破解程度更高，蛋白质和多糖释放量更多。超声作用对pH值和表面电荷等污泥表面特性影响不显著，但污泥絮体粒径降低、BET比表面积有所增加。较低频率（25/40kHz）和较高声能密度（3/5W/mL）超声作用后污泥脱水性恶化更明显，但沉降性改善更显著，这二者变

7、化均与溶出有机物密切相关。在0.03W/mL的低声能密度槽式超声波反应器作用下，无溶出物污泥回流混凝效果有明显改善，有溶出物污泥回流混凝效果不但未得到提高，甚至比常规混凝工艺还差，其沉后水水质与污泥VSS削减率、溶出蛋白质以及污泥絮体粒径削减率相关。无溶出物污泥经浓缩后回流时，较低频率（25/40kHz）和较短时间的超声作用（＜5min）对浊度去除效果较好，较高频率（125/160kHz）和较长时间的超声作用（10~15min）对有机物去除效果较佳。与常规混凝的絮体特性相比，超声污泥回流混凝的絮体粒径

8、大幅度提高，絮体抗剪切能力有所提高，但絮体破碎的恢复性明显降低。较低频率（25/40kHz）的超声浓缩污泥—I—北京工业大学博士学位论文回流所形成的絮体粒径更大、抗剪切能力更强，但不规则程度更大、破碎后恢复能力更差。在0.03W/mL的低声能密度和10~20min超声时间作用下，探头式超声波反应器有利于提高混凝效果，且低频率的除污染效果好。无溶出物污泥回流的沉后水中有机物去除率最高时的声能密度、超声作用时间和污泥回流比等参数与采用响应面优化出的数值具有极