新型复合淀粉絮凝剂的合成、表征及对污泥的脱水效能研究

摘要

在城市污水处理过程中，往往会产生大量的污泥，这些污泥含水量高达95％-99.5％，体积很大，难以处置消纳，且易腐败发臭，不利于运输和处理，因此必须进行脱水处理。如何安全有效地处理处置污泥，既不会对环境造成二次污染，又能降低污泥处理、处置成本，是目前环境领域面临的一个重要问题。
　　本文以淀粉为主要原材料，制备了淀粉基复合絮凝剂(CSiAFS)并对其进行了表征，在此基础上，研究了复合絮凝剂对污泥的脱水效能与机理。主要研究成果包括:
　　(1) CSiAFS的最佳合成反应条件为:A1/淀粉（质量比）1.2/1;SiO2质量分数0.375％;pH3.0; Fe/淀粉（质量比）0.1/1。红外光谱分析结果显示CSiAFS不仅具有其自身的特征基团，也保留了原淀粉的碳链结构。XRD分析结果显示原淀粉结晶区受到破坏，对比原淀粉出现尖峰的角度并没有在相同曲线角度出现，说明加入的氯化铁、硫酸铝和硅酸钠已经改变了原淀粉的结晶状态并出现了新的结晶体物质。热重分析显示在合成过程中减少了物质结晶度、增加了热稳定性。扫描电镜分析结果显示硅铝铁复合淀粉絮凝剂相对于原淀粉粒径增大，表面结构变粗糙凝结，有利于促进污泥脱水。仪器表征表明硅、铝、铁已经成功接枝至淀粉骨架上了。
　　(2) CSiAFS对污泥脱水的最佳反应条件为:pH7.0，絮凝剂投药量300mg/L。同空白样品相比，CSiAFS使污泥比阻SRF降低97.9％，毛细吸水时间CST降低78.5％。以CST、SV30、SRF值为评价指标，CSiAFS的污泥脱水效能优越于聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺（PAM）、氯化铁(FeCl3)和铝铁改性复合淀粉(CAFS)，且适用pH范围广，能在中性条件下起最佳效果，可以节省酸碱的调节用量。
　　(3)蛋白质含量分析结果与CST、SV30、SRF值分析结果一致，相比于其他絮凝剂，CSiAFS可以较为彻底地破坏污泥胶体水化膜，减少体系蛋白质含量和凝聚分散颗粒，从而增大污泥脱水效能。硅的加入让CSiAFS结构具备更多孔道，能在压滤过程中促使不透水层流通，其相应泥饼含有较多孔洞结构，表面积、孔容积、孔径都较大，意味着CSiAFS含有更大的吸附性能，有利于CSiAFS破坏污泥胶体、吸附胞外聚合物一起沉降，从而提升污泥脱水效能。CSiAFS调理的污泥的压缩系数为0.72，相对于原污泥降低了40.5％，效果明显好于其他四种絮凝剂，硅的加入使CSiAFS形成比表面积较大的多孔结构，具备“金属”框架，能在压滤过程中保持泥饼多孔性和渗透性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．1．1 污泥现状

1．1．2 污泥分类

1．1．3 污泥特性

1．2 污泥水分存在形态与脱水性能

1．2．1 污泥中水分的存在形态及脱水方式

1．2．2 污泥脱水性能及评价

1．3 污泥脱水技术的研究进展

1．3．1 污泥浓缩

1．3．2 机械脱水法

1．3．3 污泥调理

1．4 研究意义和内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 主要内容

第二章 硅铝铁复合淀粉絮凝剂的制备

2．1 合成反应式构思

2．2 实验材料和仪器

2．2．1 污泥样品

2．2．2 实验药剂

2．2．3 实验仪器

2．3 正交优化设计

2．4 实验过程

2．4．1 指标测定

2．4．2 正交实验

2．4．3 最优配方的配制

2．5 结果与讨论

2．5．1 正交实验结果与分析

2．5．2 最优配方的确定

2．6 小结

第三章 硅铝铁复合淀粉絮凝剂的表征

3．1 红外光谱

3．2 XRD分析

3．3 TGA图

3．4 扫描电镜

3．5 小结

第四章 硅铝铁复合淀粉絮凝剂对剩余污泥的脱水性能及机理研究

4．1 环境条件的确定

4．1．1 pH条件的确定

4．1．2 最佳投药量的确定

4．1．3 讨论

4．2 硅铝铁复合淀粉絮凝剂与市场上絮凝剂的对比研究

4．3 脱水机理研究

4．3．1 蛋白质分析

4．3．2 絮体形成图

4．3．3 泥饼微观结构

4．3．4 泥饼可压缩系数

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢