论文部分内容阅读
城市污水处理厂运行过程中产生大量城市污泥，具有含水率高，体积大，易腐败变臭等特性，污泥的不当处置将导致二次污染，高含水量污泥的转移和处置对污水厂造成很大的经济压力。为了便于运输和处理，在污水处理厂区对污泥进行深度脱水处理，是实现污泥减量化的重要环节。污泥的深度脱水既能降低污水厂二次污染，又能降低污泥处理成本，也是城市污水处理厂可持续发展的保障。制备和选用合适的高性能的污泥调理剂是实现污泥深度脱水的一个关键因素。 本文以拜尔法赤泥为原料，采用了助溶剂酸浸法得到高浓度的铁铝浸出液，在此基础上引入改性淀粉和硅酸溶液，复合共聚制备了含碳聚硅酸铝铁絮凝剂（R-CSiAFS），并研究其对污泥脱水性能的影响和机理。同时采用红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和热重分析仪（TGA）对R-CSiAFS复合絮凝剂进行表征。 直接酸浸法采用硫酸与赤泥在常温常压下进行试验，为了提高铁铝金属元素的浸出率和获得高浓度浸出液，在直接酸浸法基础上加入一定比例的助溶剂NaCl。实验结果表明，当反应条件为赤泥助溶剂质量比NaCl/RM为0.1，硫酸浓度8mol/L，液固体积质量比（液固比）14:1，反应温度80℃，反应时间80min时，赤泥经硫酸处理后，TFe和Al的浸出率分别为81.44％和96.83%，浸出液中铁铝离子浓度分别为4.99g/L和7.54g/L。通过赤泥酸浸前后XRD和SEM图谱的对比可知，NaCl助溶酸浸法改变了赤泥的表面形态和主要物质组成，赤泥最终浸出残渣中的主要物质为CaSO4。 在铁铝浸出液中引入改性淀粉和硅酸溶液，复合共聚制备含碳聚硅酸铝铁絮凝剂（R-CSiAFS），实验结果表明，R-CSiAFS的最佳合成反应条件为（Al+Fe）/淀粉质量比为0.55/1,最佳pH值3.0，SiO2质量分数为0.375%。红外光谱图显示R-CSiAFS在淀粉长碳链结构上引入了自身的特征基团。XRD图谱结果显示淀粉结晶区遭到破坏，R-CSiAFS谱图上并没有在相应的曲线角度上重现淀粉谱图上的特征峰，可见，铁铝硅等物质已经改变了淀粉的结晶状态并生成新的结晶体物质。热重分析实验结果显示，复合共聚过程物质的稳定性增加了。SEM分析结果表明R-CSiAFS是具表面结构粗糙，孔隙大的高聚化合物。从表征结果可以得知，硅铝铁等物质已经成功接枝在淀粉骨架上了。 R-CSiAFS在污泥脱水实验上的最佳反应条件为：污泥体系pH=7.0，絮凝剂的投加量为330mg/L。此时污泥比阻SRF降低了92.3%，沉降比SV30从90%降低到79.9%。以SRF和SV30为指标，R-CSiAFS相比于聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），适用范围广，脱水效果更优，且在中性条件下脱水效果最佳。 蛋白质含量和滤液中TOC浓度分析结果与SRF和SV30分析结果一致，与其他传统絮凝剂相比，R-CSiAFS能较为彻底地破坏污泥胶粒表面水化膜，减少体系中蛋白质的含量，并将分散颗粒凝聚，从而增强其对污泥的脱水性能。