城市污水处理厂剩余污泥的热酸水解试验研究

【摘要】：随着我国城市建设的不断加快，市政服务设施不断完善，污泥产量也随着污水处理量的增加而呈明显的上升趋势。剩余污泥不但含水率非常高，脱水性也很差。如何合理处置产量巨大剩余污泥并最终实现剩余污泥的减量化是全世界亟待解决的问题。 本文以城市污水处理厂的剩余污泥作为研究对象，研究了热酸水解温度、pH值及反应时间对污泥脱水性能及污泥破解效果的影响，从结合水、胞外聚合物组分含量变化的角度分析了热酸水解改善污泥脱水性能的机理；从SCOD、TCOD、氨氮及总氮含量的变化规律分析热酸水解对污泥破解效果的影响机理。 试验发现热水解时胞外聚合物从微生物细胞表面脱落释放至液相中，导致上清液中胞外聚合物浓度大幅提升，同时胞外聚合物所包裹的结合水释放；且污泥中微生物细胞受热膨胀后瓦解，细胞内部结合水大量释放。酸性环境下，污泥中的羧基等基团在疏水性增强，对水分子的吸附能力降低，污泥中水分分布情况发生变化。基于以上三点原因，热酸水解后污泥中结合水含量大大降低，可机械脱除的自由水比例升高，污泥的可脱水程度明显提高。 热酸水解可很好的改善污泥的脱水性能，且随着热酸水解温度的升高和反应时间的增长，污泥的可脱水程度不断增大。原泥中结合水含量高达11.21g/gDS，而在反应温度为170℃、pH值为2、反应时间为60min的条件下，结合水含量降低到7.07g/gDS，相比原泥其含量降低了36.93%。污泥离心脱水后污泥含水率降低至55.65%，相较热水解前降低了38.85%。 热酸水解在促进污泥破解方面卓有成效，加酸后大大削弱了微生物对高温的抵抗能力，细胞破碎程度增加，加剧了微生物细胞内有机物的溶出及其水解程度。随着温度的升高、pH值的降低和反应时间的延长，水解液中SCOD的浓度不断增大，污泥的破解程度不断提高。 本文还通过对正交试验所得数据进行计算分析得出条件参数对剩余污泥水解效果的影响程度大小依次为：水解温度、pH值、反应时间。并根据正交试验所得9组数据建立了一个反映热酸水解效果的数学模型。 【关键词】：剩余污泥 热酸水解 脱水性能 胞外聚合物 结合水含量 含水率
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 污泥处理与处置技术发展情况14-17
• 1.2.1 污泥处理技术发展情况14-15
• 1.2.2 污泥处置技术发展情况15-17
• 1.3 污泥的产生及特性17-21
• 1.3.1 污泥的来源及分类17
• 1.3.2 污泥的特性17-18
• 1.3.3 污泥的水分组成及其去除18-20
• 1.3.4 胞外聚合物（EPS）720-21
• 1.4 污泥预处理技术的研究进展21-25
• 1.4.1 物理方法21-23
• 1.4.2 化学方法23-24
• 1.4.3 生物溶胞技术24
• 1.4.4 热化学法24-25
• 1.5 热水解技术研究进展25-26
• 1.5.1 改善脱水性能25
• 1.5.2 提高污泥的厌氧消化性能25-26
• 1.6 本课题研究的目的及内容26-28
• 1.6.1 研究的目的26
• 1.6.2 研究的内容26-28
• 第2章 试验设备及分析方法28-38
• 2.1 试验用料来源28
• 2.2 试验设备28-29
• 2.3 试验仪器29
• 2.4 分析方法29-38
• 2.4.1 含水率的分析方法29-30
• 2.4.2 毛细吸水时间分析方法30
• 2.4.3 结合水含量的分析方法30-31
• 2.4.4 EPS的分析方法31-33
• 2.4.5 COD的分析方法33-34
• 2.4.6 氮的分析方法34-35
• 2.4.7 剩余污泥浓度的分析方法35-36
• 2.4.8 BOD5分析方法36
• 2.4.9 重金属的分析方法36-37
• 2.4.10 污泥形态结构观察37-38
• 第3章 热处理对剩余污泥水解效果的影响38-54
• 3.1 水解温度对污泥脱水性能的影响38-44
• 3.1.1 水解温度对污泥脱水程度的影响38-40
• 3.1.2 结合水的释放40-41
• 3.1.3 分形维数的确定41-44
• 3.2 胞外聚合物的溶解44-46
• 3.3 水解温度对污泥破解效果的影响46-49
• 3.3.1 固体物质的溶解46-48
• 3.3.2 COD的水解48-49
• 3.4 氮的转化49-50
• 3.5 污泥微观形态结构变化50-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 酸处理对剩余污泥水解效果的影响54-66
• 4.1 pH值对污泥脱水性能的影响54-56
• 4.1.1 pH值对污泥脱水程度的影响54-55
• 4.1.2 结合水的释放55-56
• 4.2 胞外聚合物的溶解56-58
• 4.3 pH值对污泥破解效果的影响58-60
• 4.3.1 固体物质的溶解58-59
• 4.3.2 COD的水解59-60
• 4.3.3 氮的转化60
• 4.4 离心上清液的后续处置问题60-63
• 4.4.1 可生化性研究60-62
• 4.4.2 重金属的释放62-63
• 4.5 热酸水解试验优化条件63-64
• 4.5.1 因素水平的确定63
• 4.5.2 正交试验及结果分析63-64
• 4.5.3 方差分析及结果64
• 4.6 本章小结64-66
• 第5章 热酸水解破解污泥反应动力学研究66-75
• 5.1 反应动力学相关概念66-69
• 5.1.1 反应体系66
• 5.1.2 反应速率方程和反应动力学方程66-67
• 5.1.3 反应级数及其测定方法67-69
• 5.2 热酸水解反应数学模型的建立69-74
• 5.2.1 反应级数的确定69
• 5.2.2 数学模型的建立69-74
• 5.3 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82

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