电磁波预处理对剩余污泥絮凝脱水效果的影响研究

摘要

随着城市污水处理率的不断提高，污泥的减量化工作日益紧迫。电磁波技术应用于改善污泥脱水性能已有一些进展，但仅局限于静态、单一性研究。将电磁波技术同传统絮凝调理技术结合，研究电磁波预处理带来的污泥特性的改变及其对剩余污泥絮凝脱水效果的影响，对电磁波技术运用于实际生产具有现实意义。本课题组建了2450MHz和5800MHz两种频率的电磁波污泥絮凝脱水组合工艺，采用武汉市沙湖污水处理厂二沉池剩余污泥，将污泥先通过电磁波预处理装置，后添加絮凝剂PAM+，通过絮凝搅拌装置完成絮凝反应，追踪监测全套处理流程中污泥含水率、TN、TP、SCOD、EPS等污泥特性指标的变化情况。
　　本研究主要内容包括：⑴污泥的脱水性能随2450MHz和5800MHz电磁波强度的变化趋势相似：剩余污泥接受低强度的电磁波预处理后，脱水性能变好，在经历一段中强度电磁波预处理后脱水性能恶化，随着电磁波强度的继续增大，脱水性能又得到不同程度改善。同时，5800MHz电磁波对脱水性能的影响存在滞后性，且可用于改善污泥脱水性能的强度区间较2450MHz电磁波更窄。响应面优化结果表明，2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺在取得最优脱水效果时，电磁波加载时间约为70s，污泥加载量约为100mL，絮凝剂投加量集中在5-6 g/kg-SS、电磁波加载功率和 pH因素的取值不固定，存在多种组合；5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面优化试验得到的优化方案中，电磁波加载功率约为200W，电磁波加载时间在40s左右，污泥pH值为5，污泥加载量约为70mL，絮凝剂投加量在9-10 g/kg-SS之间。从提升脱水性能的角度来说，2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺效果略优，但5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺的能耗更低。⑵研究发现电磁波的加载功率越大、加载时间越长、污泥加载量越低，上清液中LB-EPS越多、TB-EPS越少。在电磁波作用于剩余污泥初期，处于外层的高含水率LB-EPS首先剥落进入水相，有利于污泥脱水性能的改善。电磁波持续作用，TB-EPS逐渐转变成LB-EPS松散粘附于胶体外侧，使污泥颗粒表面的吸附水含量大幅度增加，污泥的脱水性能恶化。污泥TB-EPS中蛋白质比重对污泥脱水性能有着指示作用，蛋白质比重越大，污泥脱水性能越优。同时，发现电磁波预处理带来的污泥TN、SCOD大量释放与LB-EPS含量的变化有关，之间存在着线性关系。⑶电磁波的热效应带来有机物的大量溶出。通过考察2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺的有机物溶出量同电磁波能量的关系，得到以下有机物溶出模型： CLB-EPS=0.019W+1.735 CSCOD=0.6×10-3W+0.458 CTN=0.007W-0.070 CTN=0.052T+0.080 CSCOD=4.3×10-3T+0.470 CLB-EPS=0.137T+2.129 CTN=-0.022V+5.436 CSCOD=1.81×10-3V+0.908 CLB-EPS=-0.059V+16.190。⑷电磁波预处理为剩余污泥带来了显著的非热效应——“功率密度窗”效应。电磁波污泥絮凝脱水组合工艺中，污泥脱水性能在2450MHz频率电磁波强度为0-40 kWh/m3时和5800MHz频率电磁波强度为36.85-86.41kWh/m3和102.93-135.96 kWh/m3时，分别得到不同程度的改善。⑸通过电镜扫描观察污泥微观结构，发现电磁波预处理可使菌胶团中作为细胞连接物的粘性物质——EPS明显降低，改善污泥脱水性能。而同等强度的5800MHz频率电磁波预处理作用效果较2450MHz频率稍弱：絮体颗粒更大，胞外粘性物质更多。同时也发现，投加絮凝剂后，污泥颗粒变得更大、紧实，边缘变得更为圆滑，有利于发生絮凝沉降。而通过比较2450MHz频率电磁波作用下，污泥脱水性能最优和最差时污泥颗粒电镜扫描图片，发现污泥脱水性能的恶化是由于污泥絮体变得破碎、胞外粘性物质减少而使污泥发生絮凝变得困难。

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第1章 绪论

1.1剩余污泥絮凝概述

1.2 电磁波技术在污泥处理中的应用及研究现状

1.3 课题来源和背景

1.4 研究目标与内容

第2章 试验设计和方法

2.1 絮凝剂的优选试验

2.2 试验装置设计

2.3试验设计

2.4 试验材料和分析方法

第3章 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺试验研究

3.1 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺单因素试验

3.2 2450MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化研究

3.3本章小结

第4章 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺试验研究

4.1 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺单因素试验

4.2 5800MHz电磁波污泥絮凝脱水组合工艺响应面法优化研究

4.3 2450MHz和5800MHz电磁波剩余污泥絮凝脱水组合工艺的比较

4.4本章小结

第5章 EPS影响试验研究

5.1 EPS概述

5.2 实验方法

5.3 试验设计与实验过程

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

第6章 电磁波预处理对剩余污泥絮凝脱水效果的影响机理研究

6.1 电磁波预处理对污泥絮凝脱水性能的影响

6.2 电磁波生物效应

6.3 电磁波对污泥形态结构的影响

第7章 结论和展望

7.1 结论

7.2 问题与建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文