冻融法应用于净水污泥脱水效能研究

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原水净化过程中会产生大量的净水污泥副产物,针对其含水率高、脱水性能差的问题,本文采用具有良好脱水减容效果的冻融法调理净水污泥,并进一步调理经过预脱水的低含水率污泥,以期提高净水污泥的脱水效能。研究的主要内容和结果如下:采用污泥比阻(SRF)、泥饼含水率和污泥沉降比(SV30)等指标综合评价净水污泥脱水性能,以考察冷冻温度和冷冻时间对脱水性能的影响,并通过预脱水研究污泥含水率变化对冻融调理过程及效果的影响。进一步分析冻融调理前后污泥形貌、粒径大小、水分分布和胞外聚合物(EPS)等方面的变化,以探究冻融改善污泥脱水性能的作用机理。结果表明,净水污泥经冻融调理后脱水性能和破解效果均有明显提升,在-24℃下冷冻9 h后,其SRF、泥饼含水率和SV30分别为1.47×1012 m/kg、58.6%和19.8%,相较原泥降低了94.7%、38%和80.2%,同时上清液中溶解性有机物含量也随之从54.56 mg/L升至120.61 mg/L。而预脱水污泥的冻融调理效果相较于原泥直接冻融有进一步提升,且初始含水率越低(当含水率80%以上时),脱水效果越好,最佳冻融条件下(含水率82%,-24℃,6 h),其泥饼含水率、SRF分别为46%和9.52×1010 m/kg,相较于原泥降低了51.3%和99.7%,可充分满足含水率60%的深度脱水要求。此外,污泥含水率由97%降至82%左右,可使冻融冷冻量大幅减少(污泥体积减少了83.3%),且完全冷冻所需冷能消耗和时间也均大幅减少,从而有利于提高冻融处理效率、降低成本。因此冻融调理可塑态污泥或增设预脱水环节是可行的。冻融调理后污泥性质及结构均发生明显的变化,特别是80%左右的低含水率可塑态污泥,其改善脱水性能的可能机理为在生长冰晶的不断作用下,污泥原有絮体结构被彻底挤压破坏,并相互团聚成大颗粒污泥,强度增大且透水性好。同时破解了结合型EPS和微生物细胞,释放增溶出部分胞外及胞内物质,并可破坏其亲水性官能团,从而有助于提高污泥增溶性和疏水性。净水污泥作为无机污泥其处置及综合利用的局限性较大,通过对其冻融调理前后泥质的对比评估,可采用制砖等建材利用或用于土地改良,该方式具有一定的可能性和潜力,而砷(As)含量较高还需适当处理以控制在标准限值内(<75 mg/kg DS)。该研究结果有利于进一步提高净水污泥脱水效能并促进冻融调理的实际应用,可为后续冻融研究及应用提供相应参考。
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