污泥电脱水过程中重金属强化分离研究

摘要

随着城市污水处理厂不断建设，污泥的产量急剧增加。污水处理厂经过机械脱水后的污泥含水率为80％左右，仍不能满足后续的处理处置要求，而污泥中含有丰富的氮、磷、钾及有机质等营养物质，如果不能合理利用，将会造成资源浪费，而污泥中的重金属是限制其土地利用的主要原因之一。本文在电渗透脱水的基础上采取柠檬酸酸化和间断供电这两种手段，强化污泥中的重金属分离，即同时实现污泥脱水与重金属。试验主要研究未酸化连续供电、酸化后连续供电、酸化后间断供电这三种工况下的电流变化、电脱水效果、重金属去除效果、重金属形态变化，并进行能耗计算。
　　对电流和脱水效果的分析表明：柠檬酸酸化和间断供电可提高电流和脱水率，低电压梯度（30V/cm，40V/cm）下，电流和脱水率随着酸化浓度的升高而升高，但在电压梯度为50V/cm时，过高的酸化浓度导致电流下降过快，反而不利于水分的脱除。在操作条件为间断供电，电压梯度为50V/cm，酸化浓度为0.2mol/L下，污泥的最大脱水率为68.90%，此时终止含水率为49.2%。
　　对重金属的去除率分析表明：在未使用酸化等强化手段的条件下，对重金属有一定的去除效果，Cu，Cr，Cd，Zn，Pb的去除率分别为10.22%，16.0%，12.7%，10.7%，18.2%。在使用柠檬酸酸化后，可大幅提高重金属的去除率，但存在最佳操作条件：Cu，Cd，Zn的最佳去除条件为电压梯度40V/cm，间断供电，酸化浓度0.4-0.6mol/L，去除率分别为39.65%，42.36%，22.09%；Cr和Pb的最佳去除条件为电压梯度50V/cm，连续供电，酸化浓度0.2-0.4mol/L，去除率分别为39.53%和48.46%。
　　对重金属形态分析表明：在原始污泥中，Cd和Cr不稳定态（酸溶态/可交换态和可还原态）所占比例最高，达72.3%和62.4%，其次是Pb，不稳定态比例占50.5%，而Cu和 Zn不稳定态比例极低，稳定态（可氧化态和残渣态）比例高达88%和91.1%。采取酸化与间断供电后，可提高不稳定态比例、降低残渣态的比例。但酸化浓度和电压梯度有一定限制，两者都不宜过高。对实验进行能耗分析结果表明，电压梯度和酸化浓度共同决定能耗高低，最大脱水率情况下，能耗为218kWh/t湿污泥。

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第一章 绪论

1.1污泥的产生及主要性质

1.2污泥处理处置方法概述

1.3污泥常用脱水方法

1.4污泥中重金属去除方法简介

1.5重金属形态研究进展

1.6本课题研究的内容及意义

第二章 试验材料与方法

2.1试验装置

2.2试验材料及仪器

2.3试验测试及分析方法

2.4试验方案

第三章 电脱水过程中电流变化及污泥脱水效果分析

3.1电流变化

3.2脱水效果分析

3.3本章小结

第四章 电脱水过程中重金属去除效果及形态变化

4.1重金属去除效果分析

4.2重金属形态变化分析

4.3本章小结

第五章 重金属质量衡算和能耗计算

5.1重金属质量衡算

5.2脱水能耗分析

5.3本章小结

第六章 结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢