【摘 要】
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剩余污泥产量大,处理成本高,因此污泥的处理处置已成为水处理行业发展的难题。在污水处理厂的运行过程中,往往采用机械脱水的方式对污泥进行处理。而在进行污泥脱水操作前,污泥预处理是必不可少的。化学调理中的混凝法因为成本低、效率高、易操作等优点,在污泥脱水预处理中得到了广泛应用。在混凝调理的过程中,脱水剂的选择决定了最终的处理效果。本文通过共聚反应,运用响应面法调控反应条件,制备了聚硅酸铁（PSF）、聚硅
【基金项目】
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神美科技项目“新型高效无机-有机复合污泥脱水剂的研发”（11440020037）
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剩余污泥产量大,处理成本高,因此污泥的处理处置已成为水处理行业发展的难题。在污水处理厂的运行过程中,往往采用机械脱水的方式对污泥进行处理。而在进行污泥脱水操作前,污泥预处理是必不可少的。化学调理中的混凝法因为成本低、效率高、易操作等优点,在污泥脱水预处理中得到了广泛应用。在混凝调理的过程中,脱水剂的选择决定了最终的处理效果。本文通过共聚反应,运用响应面法调控反应条件,制备了聚硅酸铁（PSF）、聚硅酸铝铁（PSAF）和聚硅酸铝铁镁（PSAFM）,并将其应用到污泥脱水预处理中。通过红外光谱分析（FTIR）和X射线衍射分析（XRD）证实了聚硅酸盐的成功制得。通过研究不同性质阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）对污泥脱水性能的影响,优选出适用于污泥脱水预处理的CPAM种类。通过脱水调理实验,将制备得到的聚硅酸盐单独使用,以及与CPAM复配使用,揭示聚硅酸盐在污泥脱水预处理中的作用机理。本文的主要研究内容和研究结论如下:通过单因素和响应面法实验,优化了聚硅酸盐的制备条件。研究发现,PSF的最优制备条件为:pH为1.0,温度为20℃,Si/Fe为1.00;PSAF的最优制备条件为:pH为1.0,温度为20℃,Si/M为0.40,Fe/Al为1.562;PSAFM的最优制备条件为:pH为1.0,温度为20℃,Si/M为1.08,Fe/Al为2.00,Fe/Mg为2.00。通过FTIR和XRD分析证实Fe3+、Al3+、Mg2+和聚硅酸发生了聚合反应,形成了一种非定型聚合物。Fe-Ferron逐时络合比色法的结果证实,与聚硫酸铁（PFS）相比,聚硅酸盐中的Feb含量更高。粒径分布测定结果显示,聚硅酸盐的粒径与PFS相比有了一定程度的提高。通过研究不同性质的CPAM对污泥脱水性能的影响,优选出了在污泥脱水预处理中效果最好的CPAM。结果表明,CPAM的粘度对污泥脱水性能影响最大,污泥比阻（SRF）值与CPAM粘度的相关系数高达0.92025,表明在污泥脱水预处理中,CPAM的吸附架桥作用起了主导作用。在8种同系列的CPAM中,91 12的应用性能最强,在投加量为3‰时,污泥的SRF和泥饼含水率分别为1.40×1012 m·kg-1和84.38%,与原泥相比分别减少了90.17%和7.45%。聚硅酸盐在单独使用时,能够通过吸附架桥作用改变污泥絮体特性,通过电中和作用改变粘度和污泥颗粒表面Zeta电位,通过改变pH破坏胞外聚合物（EPS）,释放结合水。聚硅酸盐的投加量存在一个最适宜的值,超过此值后,污泥脱水性能反而变差。聚硅酸盐和PFS各自的最适投加量为:PSF 2.5%,PSAF 2%,PSAFM 1.5%,PFS 2%。与市售无机脱水剂PFS相比,聚硅酸盐可以发挥更强的吸附架桥作用。聚硅酸盐与CPAM复配使用时,可以大幅降低脱水剂的投加量。复配后,91 12的投加量由3‰降低至2‰,无机脱水剂的投加量由1.5%降低至5‰。从处理后污泥的特性来看,聚硅酸盐与CPAM在调理污泥的过程中都发挥了吸附架桥作用,而PFS与CPAM复配则是电中和与吸附架桥作用的结合。通过经济分析可知,无机脱水剂的制备成本远低于有机脱水剂。综合考虑经济效益和环境效益,推荐在污泥脱水预处理的过程中,无机脱水剂与CPAM复配使用。
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