造纸污泥和含油污泥深度脱水工艺及其机理的对比研究
作者单位:华南理工大学
学位级别:硕士
导师姓名:朱小林
授予年度:2023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]
摘 要:造纸行业生产用水量大,废水中污染物浓度高,通常采用物化结合生化的方式进行处理。生化处理产生的污泥量大,脱水减量困难和二次污染等问题对造纸行业清洁生产造成了负面影响。新出台的法律法规对污泥的处理处置提出了更高的要求,而污泥的处理处置均以其脱水减量为前提。含矿物油废水和造纸废水生化处理产生的污泥因其废水污染物的特征导致两种污泥都存在脱水困难的共性问题,但导致污泥脱水困难的影响因素存在较大差异。两种污泥在脱水性能、生物结构、束水机理等多个方面对工业污泥具有较好的代表性。本文选取造纸污泥研究对象并引入含油污泥展开对比研究,采用絮凝和氧化的方式调理污泥,考察调理过程中污泥脱水性能、胞外聚合物(EPS,Extracellular polymeric substance)含量及组成等性质之间的关系,分析调理脱水的作用机制。从造纸污泥处理处置的思路和方法出发来对含油污泥进行处理,有助于探寻造纸污泥和其他类型工业污泥脱水处理问题中的共性规律,加深对造纸污泥脱水减量的认识和了解,丰富污泥脱水理论并为工程实践提供参考。对污泥脱水性能、物化性质及微生物种群结构的检测结果表明,两类污泥的Ca和Si含量最高,造纸污泥中Al含量较高,含油污泥中Cl和S含量较高;两类污泥的脱水性能相似,比阻(SRF,Specific resistance to filtration)接近1×10 m·kg,压滤后的含水率均超过70 wt%;造纸污泥的Zeta电位较低,粒径和粒径分布跨度大,结合水含量高,EPS中的蛋白质含量低且集中于溶解型胞外聚合物(S-EPS,Soluble extracellular polymeric substance)中,含油污泥EPS中的蛋白质高且分布相对均匀;两种污泥性质不同,而存在脱水困难的共性问题,很可能与EPS和微生物种群结构的差异有关。絮凝调理后造纸污泥和含油污泥的SRF大幅降低,含水率分别可降低至57.28 wt%和57.84 wt%。絮凝调理能够中和污泥絮体表面的负电荷,促进污泥颗粒的聚集并不同程度地去除污泥中的结合水。对于蛋白质含量较低的造纸污泥,铝系絮凝剂对S-EPS的去除作用更强,而对于蛋白质含量较高的含油污泥,铁系絮凝剂对S-EPS和松散结合型胞外聚合物(LB-EPS,Loosely bound extracellular polymeric substance)的去除作用更强,絮凝调理对污泥脱水性能的影响效果与絮凝剂对污泥S-EPS和LB-EPS的去除能力有关。絮凝调理改善污泥脱水性能的作用机制一方面是电荷中和与改善粒径分布的联合作用促进污泥的絮凝,另一方面是打破不同层次EPS之间相互迁移转化的动态平衡,降低污泥EPS与水分之间的结合强度而引起结合水含量的降低,二者可能存在竞争关系。絮凝剂对于蛋白质的作用存在选择性,铁系絮凝剂更有利于高蛋白质含量污泥的深度脱水。Fenton氧化联合氧化钙调理污泥能够极大提升造纸污泥和含油污泥的脱水性能,SRF分别降低了95.95%和95.06%,压滤后的泥饼含水率分别可降低至44.39 wt%和42.65wt%。酸处理和Fenton氧化处理是影响脱水性能的关键。Fenton氧化联合氧化钙调理的作用机制可分为三个阶段:酸处理初步降低污泥絮体间的静电斥力,去除部分EPS和结合水;Fenton氧化处理对EPS和结合水产生作用更强的同步去除作用,并削弱了剩余EPS的亲水能力;CaO投加后,体系的pH被提升以促进氢氧化铁和硫酸钙的析出并重塑污泥内部的刚性骨架,提升污泥的可压缩性。Fenton氧化联合氧化钙调理对不同污泥EPS的去除作用都更加强烈,对脱水性能的提升效果更加显著,具有更加广泛的适用性。