放电等离子体对剩余污泥减量化性能的研究

摘要

近年来，随着城市化进程的加快，我国污水处理厂处理的污水量在不断增加，伴随产生的污泥也呈直线式增长。剩余污泥含有大量的病毒、病原菌、重金属等，具有极大的毒性和危害性，若得不到妥善的处理处置，将给环境造成严重的二次污染。传统的污泥处理处置方法因其含水率高而存在一定的弊端，不能完全解决剩余污泥治理的难题。如何经济有效的脱水，实现污泥减量，是当前环境领域关注的热点。放电等离子体是一种高级氧化技术，可以有效地破坏污泥絮体和细胞，使污泥胞内物质释放到液相中，实现污泥脱水的目的。本实验通过对放电等离子体氧化剩余污泥减量技术进行理论分析和实验研究，重点探索不同处理条件对放电等离子体处理污泥的影响以及处理前后污泥的性状变化，旨在揭示放电等离子体对污泥的破解规律及作用机制，探明放电等离子体对污泥减量性能的影响规律。实验得到以下主要结论： 1、放电等离子体能够有效的破解剩余污泥细胞，对剩余污泥具有良好的减量效果，增加放电电压或者延长放电时间均有利于提高污泥的沉降性能及脱水性能。与未经放电相比，在最佳反应条件下，SV30由98%降到36%，SVI由170.52mL/g降低到89.55mL/g，污泥粘度由35.31mPa·s降至8.23mPa·s，污泥滤饼含水率由81.92%降低到76.03%，MLSS浓度由5630mg/L降至4020mg/L，减少率达到了28.6%；污泥初始温度及酸碱性会影响放电破解剩余污泥的效果。实验得出最佳反应条件：放电电压20kV，污泥初始温度20℃，污泥初始pH值为7，放电处理时间60min。不同阴离子会对污泥减量化产生影响，投加Cl-、NO3-、SO42-对污泥减量大体上呈促进作用，而CO32-明显的抑制了污泥的破解。 2、放电等离子体具有良好的溶胞作用，可以高效的破坏污泥絮体结构。在放电等离子体有效的破解污泥细胞后，污泥的胞外聚合物及污泥微生物细胞中所含的有机物由污泥固相进入水相，表观上表现为SCOD、TOC、NH4-N、NO3-N等指标的增加；三维荧光的结果证实了中间产物的出现及破解产物的演化规律；在污泥减量化过程中添加活性物质捕获剂明显的抑制了放电等离子体破解污泥的效果，说明在污泥减量化过程中放电产生的活性物质，比如：·OH、·O2-、激发1O2和O3、H2O2等可以有效的作用于剩余污泥细胞，使其溶解；污泥粒径及SEM的结果进一步证明了放电前后污泥絮体形态及组分的变化，表现为污泥絮体由完整致密趋于松散，剩余污泥颗粒尺寸变小，比表面积增大；通过XPS结果，分析了污泥内各个官能团的变化；通过热重（TGA-DSC）结果，分析了污泥内水分损失及热解行为。

目录

声明

第一章 绪论

1.1.1 我国剩余污泥的产量现状

1.1.2 污泥的常用处置方法及弊端

1.2 污泥减量化技术的研究现状

1.2.1 基于解偶联生长的减量化技术

1.2.2 基于强化隐性生长的减量化技术

1.2.3 基于微型动物捕食的减量化技术

1.3 高级氧化工艺在污泥脱水减量中的研究进展

1.3.1 臭氧氧化法

1.3.2 芬顿氧化法

1.3.3 过硫酸盐氧化法

1.4.1 放电等离子体概况

1.4.2 放电等离子体在污染物控制方面的研究现状

1.5 本课题研究目的及内容

1.5.1 研究目的及意义

1.5.2 研究内容

第二章 实验材料与方法

2.1.1 污泥采集

2.2 实验装置

2.2.1 电源系统

2.2.2 反应器系统

2.2.3 电气测试系统

2.3.1 实验试剂

2.3.2 实验仪器

2.4 实验分析方法

2.4.1 放电等离子体破解污泥实验方法

2.4.2 分析项目与测定方法

第三章 放电等离子体对污泥减量化效能的研究

3.1 放电电压对污泥减量效果的影响

3.1.1 放电电压对污泥沉降比（SV30）的影响

3.1.2 放电电压对混合液悬浮固体浓度（MLSS）的影响

3.1.3 放电电压对污泥体积指数（SVI）的影响

3.1.4 放电电压对污泥滤饼含水率（Wc%）的影响

3.1.5 放电电压对污泥粘度的影响

3.2 污泥初始温度对污泥减量效果的影响

3.2.1 污泥初始温度对污泥沉降比（SV30）的影响

3.2.2 污泥初始温度对混合液悬浮固体浓度（MLSS）的影响

3.2.3 污泥初始温度对污泥体积指数（SVI）的影响

3.2.4 污泥初始温度对污泥滤饼含水率（Wc%）的影响

3.2.5 污泥初始温度对污泥粘度的影响

3.3污泥初始pH对污泥减量效果的影响

3.3.1 pH对污泥沉降比（SV30）的影响

3.3.2 pH对污泥混合液悬浮固体浓度（MLSS）的影响

3.3.3 pH值对污泥体积指数（SVI）的影响

3.3.4 pH值对污泥滤饼含水率（Wc%）的影响

3.3.5 pH值对污泥粘度的影响

3.4.1 氯离子的影响

3.4.2 硝酸根离子的影响

3.4.3 碳酸根离子的影响

3.4.4 硫酸根离子的影响

3.5 本章小结

第四章 放电等离子体对污泥减量化机理的研究

4.1.1 对苯醌的影响

4.1.2 异丙醇的影响

4.2.1 放电电压对污泥上清液TOC的影响

4.2.2 放电电压对污泥上清液氨态氮和硝态氮的影响

4.2.3 放电电压对污泥上清液SCOD的影响

4.2.4 污泥三维荧光（3D-EEM）表征分析

4.3 温度对污泥上清液中各指标的影响

4.3.1 污泥初始温度对污泥上清液TOC的影响

4.3.2 污泥初始温度对污泥上清液氨态氮和硝态氮的影响

4.3.3 污泥初始温度对污泥上清液SCOD的影响

4.4.1 污泥粒径

4.4.2 污泥SEM分析

4.4.3 污泥X射线光电子能谱（XPS）分析

4.5 污泥XRD分析

4.6 污泥TGA-DSC分析

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

创新点

参考文献

致谢

个人简历