恒电流模式下污泥电渗透的脱水性能及能耗分析

对传统机械脱水后的污泥采用电渗透技术进行二次脱水,在恒电流模式下研究了电流密度、机械压力、污泥厚度、初始含水率对脱水效率及能耗的影响.结果表明:在恒电流模式下,增加电流密度和初始含水率及降低污泥厚度对污泥电渗透脱水速率有促进作用.脱水后的最终含水率随着机械压力和初始含水率的增加及污泥厚度的降低而降低.电渗透脱水的最佳工艺参数为:电流密度为178.3 A·m~(-2),机械压力为31.4k Pa,污泥厚度为0.8 cm,初始含水率为81.5%,脱水后污泥的含水率可降至51. 3%.恒电流模式下污泥电渗透脱水单位能耗为0. 135～0. 269kW·h·kg~(-1),初始含水率对能耗影响最大,初始含水率每增加2%,单位能耗平均降低0.05 kW·h·kg~(-1).     

污泥电脱水过程重金属迁移规律研究

以市政污泥和添加外源重金属的污泥为对象,研究了污泥中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn)及常见金属元素(Fe、Ca、Al和Na)在电脱水过程中的迁移规律。在特定电脱水条件下,分别考察了2种污泥的脱水效果和脱水速率,解析了电脱水过程中重金属的迁移程度及迁移速度。结果表明,电脱水可以有效降低污泥中的水分,市政污泥和添加外源重金属污泥的含水率分别由84.2%和82.3%降至54.7%和52.6%。电脱水后,重金属基本保留在泥饼中。市政污泥中重金属保留在泥饼中的比例高达88.1%~96.7%,添加外源重金属污泥则为90.2%~95.4%。常见金属保留在泥饼中的比例为82.3%~94.1%,仅有Na大部分迁移至滤液,脱水后其保留在泥饼中的比例为17.6%。该研究还发现重金属从污泥至滤液的迁移程度主要取决于其物理存在形态,而重金属的迁移速度则主要取决于其化学形态。     

炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理

为研究炭材料调理对污泥电脱水性能及泥饼可燃性的影响,使用改性前后的活性炭和石墨对污泥进行预调理,对调理后的污泥进行电脱水实验,深入解析了炭材料调理前后污泥电脱水行为及泥饼可燃性的变化.研究表明：经炭材料调理后的污泥,阴极电脱水速率提升,相较于其他3种炭材料,石墨调理后的阴极电脱水速率提升最为明显,石墨的投加量5% TSS时,阴极平均脱水速率从0.074g/L上升到0.095g/L.炭材料可以提高污泥体系的电导性和污泥絮体的电泳淌度,使得阴极泥饼孔容有上升的趋势,阴极泥饼孔容从未投加炭材料时的0.1147cm³/g增加到AC-0、AC-1、AC-5、石墨的投加量为20% TSS时的0.119、0.122、0.146、0.157cm³/g;此外,炭材料加入后阴阳两极滤液中溶解有机物DOM和蛋白质组分浓度降低,可以缓解滤布堵塞;污泥电脱水过程中经炭材料调理后可以降低脱离每单位水所需要的能耗,未投加炭材料时去除每单位水所需能耗为6.75kW·h/kg_去除水,而当AC-0、AC-1、AC-5、石墨的投加量为20% TSS时,能耗分别降低到5.64、5.22、5.20、5.11kW·h/kg_去除水,且泥饼含水率从未投加炭材料时的58%降低至45%,固炭量增加,提高了泥饼的热值和可持续燃烧时间,当石墨的投加量为20% g/gTSS时,泥饼热值提高了17%.有利于后续焚烧资源化利用.     

污泥深度机械脱水的优化研究

降低污泥含水率是污泥处置的关键点。论文自制了高压恒压污泥过滤脱水装置,在2 MPa压力条件下10 min可快速将污泥含水率降低至75.30%;添加3%氯化铁化学调理后,可进一步降低至63.38%。添加氯化铝调理也可降至71.98%;生物质添加剂也有较好的效果,污泥分别与木屑和秸秆按质量比2∶1调理后,压滤后污泥的含水率分别为60.22%和63.75%,木屑的效果优于秸秆;生物质还具有极强的吸水性,生物质与污泥混合泥饼压滤后表观含水率仅分别为43.83%与45.90%;此外,生物质调理后有助于提升污泥热值,可用于制备生物质污泥燃料。化学调理与生物质调理具有协同作用,优化后的污泥实际含水率及泥饼表观含水率低至55.23%与39.16%,污泥减量效果相当明显。     

基于半焦的城市污泥调质与机械压滤脱水

采用污泥调质和机械压滤脱水的实验方法,研究了半焦添加量和压榨压力对基于半焦的城市污泥调质与机械压滤脱水泥饼含水率的影响。结果表明:在相同的实验条件下,城市污泥机械压滤脱水泥饼含水率随着半焦添加量的增加、压榨压力的增大而降低,当半焦添加量为4 g/100 mL污泥（含水95%）,压榨压力为1.6 MPa时,压滤泥饼的含水率由现有的80%左右降至32.19%;基于半焦的城市污泥调质与机械压滤脱水的半工业试验验证了上述结论的正确性,同时发现压滤泥饼的热值由原污泥的7.82 MJ/kg提高到15.29 MJ/kg,可直接代替煤炭燃烧发电。半焦调质城市污泥+机械压滤脱水能实现城市污泥的高效能源化利用,对节约资源,保护环境有重要意义。     

水热改性污泥的水分布特征与脱水性能研究

采用差示扫描量热法（DSC）考察了水热改性污泥束缚水含量及水热改性影响下的污泥固体颗粒对水的束缚强度,分析了水热改性污泥水分布特征与脱水性能变化的关系.结果表明,水热处理将污泥的束缚水含量由3.6　g/g降低至1.0　g/g以下,随着热处理时间的增加束缚水含量降低,在水热处理条件为170℃/90　min时束缚水含量降低至0.592　g/g.水热处理将污泥中大部分的束缚水转变为可被机械力去除的自由水,污泥中自由水、束缚水及固体含量发生变化.泥饼中自由水的含量基本不变,约为10%.对污泥中的水分进行热力学分析发现,污泥脱水泥饼的水分束缚强度约为65　kJ/kg,机械脱水不能再进行.在170℃下进行水热改性污泥压滤脱水的含水率从80%降低至50%左右.     

污泥调理脱水后残余水分存在形态及空间分布

污泥脱水是污泥资源化利用的前提,采用高铁酸钾(K₂FeO₄)和污泥生物炭(脱水污泥在500℃热解制得污泥生物炭,记为BC500)作为调理剂对污泥进行预处理。污泥经3.00 g/L K₂FeO₄和9.00 g/L BC500调理脱水后,泥饼含水率降低至42.33%,较未经调理脱水后泥饼含水率(78.80%)减少36.47百分点。通过低场核磁共振技术(low field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)检测脱水泥饼中残留水分的存在形式,并对水分种类进行划分。在K₂FeO₄氧化作用下,水分子与有机物的结合能被削弱,泥饼中残余结合水(0.23～10.72 ms)占比为99.68%～99.81%,毛细管水(70.00～700.00 ms)占比为0.19%～0.32%,原污泥泥饼中强结合水转化为弱结合水、毛细管水、自由水,弱结合水转化为毛细管水或自由水,毛细管水则转化为自由水,而自由水在机械脱水过程中几乎可以完全脱除。根据成像结果...     

不同调理剂对厌氧石化污泥脱水性能的影响研究

以厌氧消化后的石化污泥为研究对象,研究聚合硫酸亚铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝(PAC)、Fenton试剂对厌氧石化污泥脱水性能的影响,再对调理后的厌氧污泥通过板框压滤机压滤脱水,考察其脱水难易程度。研究结果表明:相比无机絮凝剂PFS、PAC和有机絮凝剂PAM,Fenton试剂(七水合硫酸亚铁加到15,20,25 g/L时,H_2O_2溶液投加量为5 m L/L)的调理效果较好,调理后污泥的毛细吸水时间分别降低至36.82,18.3,27.28 s,污泥比阻分别降低至4.22×1011,1.23×1011,2.45×1011cm/g;采用FPS、PAC、PAM、Fenton(H_2O_2溶液投加量为5 m L/L,Fe SO4·7H2O加到15,20,25 g/L时)调理后的污泥,经过板框脱水后的泥饼含水率分别为68.65%、64.19%、67.21%、57.46%、55.83%、59.36%。由此可见,最优的厌氧石化污泥脱水调理剂为Fenton试剂(Fe SO4·7H2O、H_2O_2投加量分别为20 g/L、5 m L/L),该研究对厌氧石化污泥的高干脱水和减量化具有参考价值。     

玉米秸秆生物炭改善污泥脱水性能

本实验以玉米秸秆为原料,制备了生物炭和AlCl₃改性生物炭,研究了2种生物炭分别调理污泥后的脱水效果,并探讨了污泥脱水性能的改善机理.结果表明,经过2种生物炭调理后,污泥比阻（SRF）、泥饼含水率（MC）、污泥沉降体积指数（SV₃₀）、毛细抽吸时间（CST）均下降,污泥净产率（Y_N）升高,说明污泥脱水性能得到了改善,且AlCl₃改性生物炭对污泥脱水性能的改善效果明显优于生物炭.当AlCl₃（溶液浓度3mol/L）改性生物炭的用量为3g/L时,调理后的污泥SRF,MC,SV₃₀,CST分别降低至1.3×10¹²m/kg,81.9%,78.6%,35s,Y_N增加至17.8kg/（m²·h）.分析原因：一方面,经过生物炭调理后,泥饼中会形成一定的骨架结构,使得污泥中的水和EPS能够更容易地释放;另一方面,经过AlCl₃改性后,改性生物炭携带的正电荷（Al³⁺）能够与污泥颗粒所带的负电荷发生电中和作用,使得污泥颗粒更容易聚集,从而提高污泥的脱水效果.     

高压脉冲电解-压滤联合实现城市污泥深度脱水

设计了一种新型的聚丙烯/不锈钢绝缘复合电极及装置,采用高压脉冲电解-压滤联合处理城市污水厂离心污泥深度脱水,考察了脉冲电场强度、机械压力和处理时间对污泥脱水性能指标-比阻(SRF)和滤饼含水率的影响,并测定处理前后滤液中COD、胞外聚合物(EPS)和重金属离子的含量。结果表明:以7. 5 k V/cm电场强度,50 k Pa机械压力联合处理污泥15 min,污泥比阻由10. 8×10~(12)m/kg降低至4. 47×10~(12)m/kg,泥饼含水率由85. 60%降低至57. 83%;污泥滤出液蛋白质、多糖、SCOD浓度增大为原来的290. 2%、350. 1%、1070. 4%。高压脉冲电解-压滤法可有效破解污泥EPS并降低污泥含水率。     

水平电场作用下活性污泥的脱水研究

通过考察水平电场作用下活性污泥的性质（pH、电导率）、絮凝调理及电场因素（电压大小、电场应用方式、极板间距）对污泥电脱水效果的影响,确定了水平电场下污泥电脱水的最佳条件.结果表明,对于本研究的活性污泥,以水平电场为驱动力进行脱水,在原始pH（6.93）、电导率=1.46 mS·cm-1的条件下污泥电脱水效果最好;投加阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）可以使污泥脱水率提高30%～40%,缩短达到相同电脱水效果的时间,但对电脱水率的提高不显著.水平电场施加60 min,絮凝调理后污泥的电脱水率可达83.12%,而对应的原始污泥则需要120 min才能达到75.31%的电脱水效果.延迟电场应用对污泥电脱水效果产生抑制作用.此外,本研究确定的最佳脱水条件为：CPAM投药量为9 g.kg-1,电场强度为600V·m-1,极板间距为40 mm,电场应用时间为60 min.在上述最佳条件下对活性污泥进行电脱水,其含水率从99.30%降至95.15%,脱水率可达85.33%.     

Effects of sludge characteristics on electrical resistance and energy consumption during electro-dewatering process

The increase of electrical resistance (ER) and energy consumption (EC) during the later stage of dewatering is a major problem hindering the development of electro-dewatering (EDW) technology. As the variations of sludge characteristics are significant during the EDW process, the relationships between sludge characteristics and ER and EC during EDW remain unclear. In this study, the effects of moisture content (MC), thickness, pH, conductivity, zeta potential, temperature, and gas volume on the ER and EC during the EDW process were statistically investigated using correlation and multiple linear regression analyses. Herein, the results showed that the ER of the sludge near the anode was primarily affected by pH, whereas the sludge near the cathode was primarily affected by the MC and conductivity. Further, sludge temperature and conductivity were the most reliable indicators to predict the EC near the anode and cathode, respectively. The results of this study provide theoretical guidance useful for solving the increase of ER and EC during the later stage of the EDW process.     

基于Fe3+/EDTA-2Na的类芬顿对剩余污泥脱水性能的影响

剩余污泥的高含水率限制了对其后续处理以及资源化利用. 为了改善污泥脱水性能,利用Fe3+/EDTA-2Na类芬顿试剂作为调理剂强化污泥脱水,通过粒径分析、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对剩余污泥进行表征,探究其强化脱水机理. 结果表明:经过氧化调理后的污泥泥饼含水率降至67.8%,并有62.32%的结合水得以释放. 污泥胞外聚合物(EPS)结构被氧化破解,紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)中的多糖和蛋白质浓度显著减少;污泥絮体减小,但从SEM图可以看出絮体结构变得规整、平滑,且出现不规则孔洞,增加了污泥水分的输送通道,改善了污泥的脱水性能. FTIR分析表明,氧化处理后的污泥清液中水的吸收峰变小,多糖和蛋白质对应的吸收峰增强,而富里酸对应的峰消失. 研究显示,基于Fe3+/EDTA-2Na类芬顿的污泥调理可以高效氧化破解污泥,提高污泥脱水性能.      

酸-低热联合处理对剩余污泥脱水性能的影响

为有效降低城市污水处理厂剩余污泥含水率,通过酸-低热（温度 < 100℃）联合处理污泥,探索该方法对污泥的脱水性能.研究不同pH、反应温度、反应时间对污泥脱水性能的影响,并对污泥上清液中SCOD、蛋白质、多糖的浓度以及污泥Zeta电位和污泥形貌进行分析,初步探讨其脱水的作用机理.结果表明:①酸-低热联合处理污泥时,污泥溶解性有机质大量释放,经过40 min反应,上清液中SCOD浓度达到925.76 mg/L,表明该方法能有效破解污泥EPS（胞外聚合物）,释放内部结合水.②原污泥Zeta电位为-14.10 mV,酸-低热联合处理后降至-3.49 mV,污泥颗粒之间的静电斥力显著降低.③酸-低热联合处理有利于污泥的絮凝作用,显微镜观察处理后的污泥絮凝物大且结构紧密,污泥脱水性能得到改善.④试验获得的最佳处理条件为pH 3、温度90℃、加热时间40 min,在该条件下,污泥真空脱水初始速率可达20.67 mL/min（以80 g原泥计）,泥饼真空抽滤后含水率可降至63.05%.研究显示,酸-低热联合处理可有效提高剩余污泥脱水性能,并能释放较多溶解性有机质,抽滤后污泥含水率可降至接近60%,是一种可行的低能耗污泥脱水方法.      

采用移动电极法提高机械脱水污泥电动脱水能效的试验研究

采用一种能移动阳极的电动脱水模型试验装置,对机械脱水污泥开展了固定间距电极和移动电极的电动脱水试验,比较分析了这2种方法的脱水效果及对应的能耗.试验结果表明:固定间距电极法脱水处理过程中,阳极附近已脱水污泥的阻抗增加,消耗的电压和电能上升;而后面未脱水污泥分得的电压下降,导致其脱水效果从阳极至阴极衰减.移动电极法通过移动阳极逐步越过已脱水污泥部分,将电压作用在未脱水的污泥,避免了电能消耗在高阻抗的脱水污泥,显著提高了能效,脱水过程中电渗流量稳定,脱水效果均匀.采用移动电极法进行脱水处理时能耗随加载电压梯度的增加而上升,随试样长度的缩短而降低.当采用8 V·cm-1电压梯度的移动电极处理5 cm长度的污泥时,污泥含水率可由初始的82.1％降至62.2％,所需要的能耗约为89.8 kW·h·m-3.     

市政污泥脱水性能实验研究与形态学分析

本研究将运用微波技术与离心脱水相结合的方法来达到促进污泥中结合水释放及改善脱水特性的目的.通过测定毛细吸水时间、黏度、含水率,采集污泥图像、提取形态学特征进行污泥脱水改性的效果分析及分形维数的分析.离心脱水实验结果表明,适当增加离心转速和温度时,污泥的含水率降低;正交实验结果表明微波功率1000W、微波温度50℃、离心转速2000r/min、离心时间15min的条件下含水率最低达到83.75%,且适当的微波预处理条件有利于污泥的脱水;微波预处理后污泥分形维数在2.4~2.8之间,污泥结构改变.对污泥脱水性能的表征参数与污泥含水率进行拟合,建立污泥脱水性能的模型,为预测和改善污泥脱水性能提供基础性研究.     

Effects of different sludge disintegration methods on sludge moisture distribution and dewatering performance

A key step in sludge treatment is sludge dewatering. However, activated sludge is generally very difficult to be dewatered. Sludge dewatering performance is largely affected by the sludge moisture distribution. Sludge disintegration can destroy the sludge structure and cell wall, so as change the sludge floc structure and moisture distribution, thus affecting the dewatering performance of sludge. In this article, the disintegration methods were ultrasound treatment, K2 Fe O4oxidation and KMn O4 oxidation. The degree of disintegration(DDCOD), sludge moisture distribution and the final water content of sludge cake after centrifuging were measured. Results showed that three disintegration methods were all effective, and K2 Fe O4oxidation was more efficient than KMn O4 oxidation. The content of free water increased obviously with K2 Fe O4and KMn O4 oxidations, while it decreased with ultrasound treatment. The changes of free water and interstitial water were in the opposite trend. The content of bounding water decreased with K2 Fe O4oxidation, and increased slightly with KMn O4 oxidation, while it increased obviously with ultrasound treatment. The water content of sludge cake after centrifuging decreased with K2 Fe O4oxidation, and did not changed with KMn O4 oxidation, but increased obviously with ultrasound treatment. In summary, ultrasound treatment deteriorated the sludge dewaterability, while K2 Fe O4and KMn O4 oxidation improved the sludge dewaterability.     

污泥热泵低温干化技术优势与问题探讨

污泥的显著特征是含水率高和黏度大,机械脱水污泥含水率在80％左右.由于其含水率高,体积庞大,为污泥处理处置带来了经济和技术上的困难.降低污泥含水率是无害化、减量化处理的关键和资源化利用的前提.加热干化是污泥深度脱水最有效方法之一,但传统热风对流干燥存在效率低、能耗高及尾气处理难度大等问题.热泵干燥是近年来开发的1种污泥...