ZVI/PMS/WSP复合调理污泥深度脱水的性能和机理研究

作     者：薛协平 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张彦平

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：ZVI PMS 生物质 剩余污泥 深度脱水 

摘      要：随着我国乡村振兴战略的实施和城镇化的不断深入,将会需要越来越多的污水处理厂,剩余污泥作为污水处理的副产物产量巨大,处理设施的投资占总投资的20%-50%,迫切地需要新技术对污泥进行深度脱水,以实现污泥减量的目的。本文研究了零价铁(Zero-valent iron,ZVI)、过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)和核桃壳粉(Walnut shell powder,WSP)复合调理对污泥脱水性能的影响,确定了最佳反应条件并分析了其作用机理,同时研究了铁粉的循环利用、溶解性铁的变化以及对脱水运行工艺的影响,并进行了初步经济性分析。采用单因素试验及响应面分析研究表明,ZVI/PMS调理污泥的最佳条件为:210mg/g TS ZVI,70 mg/g TS PMS,初始污泥浓度为11 000 mg/L,初始p H值为3,反应温度为55℃,反应时间为60 min,此时污泥的CST、SRF、Wc、CWR分别为7.8 s、1.1×10 m/kg、70.4%、29.6%;进一步考察了WSP投加量、WSP粒径、WSP粒径级配对ZVI/PMS/WSP调理污泥脱水的影响,结果表明:WSP的最佳投加量为400 mg/g TS,最佳粒径为0.15-0.3 mm,最佳粒径级配为15%的0.3 mm,此时污泥的CST、SRF、Wc、CWR分别为6.8 s、0.5×10 m/kg、52.1%、30.5%;在此基础上运用响应面法对ZVI投加量、PMS投加量、WSP投加量进行了优化,得到ZVI、PMS和WSP最佳投加量分别210 mg/g TS、70mg/g TS、400 mg/g TS。探究了ZVI/PMS/WSP复合调理污泥体系在5种不同调理条件下污泥的扫描电镜、压缩系数、污泥净产率、Zeta电位、EPS中的PN和PS、分形维数、上清液浊度和SCOD等指标,结果表明:ZVI/PMS/WSP复合调理可以有效破坏污泥絮体结构,使污泥结构变得松散,增加了污泥的空隙和过滤通道,污泥净产率不断增大,Zeta电位升高至-0.91m V,分形维数增大,污泥絮体颗粒的聚集沉降性能增强,上清液浊度和SCOD大大降低,EPS中的PN和PS大幅降低,压缩系数降低至0.66。在铁粉的回收和循环试验中,ZVI/PMS/WSP-T/p H调理条件下的铁粉回收率高达40.1%,循环3次后污泥的脱水性能基本不变,反应过程中大量的铁粉转移到混合液中,绝大多数以Fe形式存在,此调理方法不仅实现了污泥深度脱水,还有利于后续污泥的资源化处置,有一定的应用前景。