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吉建斌

 
 
 

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活性污泥中的水分测定及其脱水性能(下)  

2017-11-29 06:45:04|  分类: 废水污泥处理和资 |  标签: |举报 |字号 订阅

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活性污泥絮体呈电负性,是生物体(主要是细菌),无机颗粒(硅酸盐、磷酸钙、铁氧化物),胞外聚合物以及多价阳离子相互之间物理化学作用的结果。如图4所示[11]

活性污泥中的水分测定及其脱水性能(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

影响污泥脱水性能的一个重要因素是污泥颗粒的粒径分布。絮凝过程通过将小颗粒聚集起来而改变污泥颗粒的粒径分布,进而影响污泥的脱水性能。胞外聚合物(EPS)具有很强的黏附力,因而对污泥的脱水性产生影响。EPS质量浓度与毛细抽吸时间CST之间的关系如图5所示[12]。由图5可见,存在一个最利于污泥脱水的EPS质量浓度。可以通过改变工艺运行参数,如污泥龄、停留时间、温度等,调控污泥中EPS的质量浓度,进而为污泥脱水创造有利的条件。

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(2)酸处理的影响

活性污泥由大量的微生物构成,细胞物质(多聚糖、蛋白质、DNA、类腐殖酸物质、脂肪以及杂聚物质)形成的EPS包围在污泥颗粒的表面。酸调理能改变污泥颗粒的表面性质。一些学者发现当pH值小于3时,污泥体积能显著的减少[13]。pH值越低,脱水的效率也就越高。并得出结论,对于过滤脱水pH值为2.5时为最佳,再降低pH值已不能进一步提高污泥的脱水性能。

酸处理能提高污泥脱水性能的一个原因是它能使EPS物质脱离活性污泥颗粒的表面,从而使污泥更易于聚集。另一方面,EPS物质将大量的水包裹在污泥之中,酸处理使EPS脱离污泥表面后,也能降低脱水后污泥的水含量。pH值越低,从活性污泥表面释放出来的物质就越多,污泥聚体也就能结合得更加紧密,从而机械过滤脱水效率也就越高。但当pH值小于2.5时,大量的EPS物质释放到水中,将引起过滤介质的堵塞,脱水效率受到限制。而离心脱水不存在这种问题。

(3)阳离子絮凝的影响

阐述阳离子在生物絮凝中的作用的理论主要有DLVO理论,藻酸盐理论(Alginate Theory)和双价阳离子架桥理论(Divalent Cation Bridging Theory)[14]

阳离子能影响污泥的沉淀和脱水性能。二价阳离子(Ca2+,Mg2+)能在EPS带负电的官能团之间进行架桥,从而使污泥颗粒聚合并促进生物絮凝。研究发现Fe3+比Ca2+更能促进污泥的沉淀和脱水,这是因为Fe3+的价态更高、极性更强,同时水合度较小,因而能与EPS结合的更为牢固。聚合高分子电解质是另一种有效的絮凝物质,通过架桥形成网状结构并将固体颗粒吸附在上面,从而絮凝污泥。

向污泥中投加聚合物可以增大絮体颗粒的尺寸,并使絮体变得更加致密。但是,最佳的脱水效果并不一定是在污泥颗粒最为致密时发生。一些学者研究发现焦炭和少量聚合电解质联合使用比聚合电解质单独使用时,脱水后的泥饼中固体含量更高[15]

当化学调理剂(金属盐混凝剂或聚合混凝剂)投入到污泥中后,污泥中的自由水含量得到增加[4],当投加过量时,束缚水的含量将会增加。这可能是由于水分吸附到混凝剂聚合体上的原因。

(4)超声波预处理的影响

事实上,超声波能在污泥中产生一种类似于海绵的效应,这种效应有利于水分通过污泥颗粒自身的或由波传播导致的渠道进行迁移。其他的超声波效应,如局部高温高压,界面不稳定,搅拌,气穴等,均有利于污泥的固液分离[16]

超声波预处理通过迅速改变污泥结构,可使污泥脱水性大大提高,污泥量大幅度减少。活性污泥颗粒具有良好的保水性,这是其难以脱水的一个重要原因。研究发现[17],超声波可以破坏污泥颗粒的强度结构,使其内部包含的水排出,从而使污泥脱水性能得到提高。但是,存着一个超声波强度的临界值,当超过此值时,多孔的污泥絮体结构被破坏,成为小尺寸的密实颗粒,小颗粒具有巨大的表面积,能吸附大量自由水,从而降低了污泥的脱水性,甚至比未经超声波处理的原污泥更难脱水。污泥经0.11W/mL的超声波预处理60 min后,毛细抽吸时间CST仅由197 s升至218 s,过滤性能稍有下降。而经0.33W/mL的超声波预处理60 min后,CST显著升高,达到490 s,过滤性能明显恶化[10]。超声波的作用强度和作用时间对污泥的脱水性能产生显著的影响。

(5)热预处理的影响[18]

以150以上的温度对污泥进行热处理,各种污泥的脱水性能均有所提高。且温度达到180以上时,效果更为显著。但是,当温度过高时污泥中难控制有机物质量浓度将会增加,约1/3的这些有机物质很难处理。

一些学者认为对污泥进行低温热处理也可以提高污泥的脱水性,并认为175是污泥消化前热处理的上限温度,当超过此温度时,由于抑制性有机物的形成,污泥的消化性能将受到影响。175热预处理对消化过程最为有利,能提高60% ?70%的甲烷产量。同时,各种污泥经该温度的热处理后均能取得更好的脱水性能[19]

热-化学预处理对污泥的脱水性,COD溶解性,脱水后的泥饼含固率等多个指标均能产生影响。表1汇总了一些热-化学预处理方法的处理效果。可见,热-化学预处理不仅能提高污泥的脱水性能,也能产生对好氧消化和厌氧消化有利的影响。当然,应当根据后续污泥处理工艺的不同而具体选择热-化学预处理方法,并根据实际情况确定热-化学预处理的最佳工况。

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5 结语

污泥脱水是对污泥进行有效处理处置和综合利用的关键步骤。本文详细介绍了关于活性污泥脱水的基础知识。首先介绍了污泥中水分的分类及其测定方法;接下来,总结了常用的污泥脱水性能评价指标,并讨论了各种影响污泥脱水的因素及作用机理。为开发新型高效的污泥脱水预处理工艺及组合工艺提供了基础资料。

参考文献

活性污泥中的水分测定及其脱水性能(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客 
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