污水厂污泥流变特性变化规律

污泥流变特性是影响其传质效果的重要因素,对污泥管道输送、搅拌、混合以及热交换等处理处置单元的设计和运行均起到重要作用。本研究利用旋转黏度计测定了污水处理厂含水率分别为90%、93%和96%时污泥的流动曲线和黏度曲线,并分析了污泥含水率、温度对污泥流变特性的影响。实验结果表明,污泥属于典型的假塑性流体,其流变特性可以用Ostwald de Vaele模型,即幂律模型τ=K(D)n来拟合。污泥黏度随含水率的减小而增加,且剪切速率越小,这种增加趋势越明显;污泥黏度随温度升高呈现降低趋势,且这种趋势在低剪切速率时表现的比较明显,在高剪切速率时变化幅度很小。     

多生境膜生物反应器中活性污泥的流变特性

以多生境膜生物反应器运行过程中活性污泥的流变性能为研究对象,考察污泥浓度(MLSS)和剪切速率(γ)对活性污泥流变特性的影响,以期揭示其中活性污泥的流变学特性,从而为优化其运行提供理论及实验基础。反应器系统在不排泥的情况下运行,持续运行105 d,反应器内生物质浓度从刚开始驯化的3 200 mg·L~(-1)累积到最终的12 500 mg·L~(-1)。在运行过程中,在常温下同步测定了污泥的动力黏度、极限黏度和上清液黏度。结果表明:随着剪切速率的增大,污泥黏度均减小,表现出剪切稀化的特性,非牛顿流体的特征十分明显;活性污泥极限黏度随MLSS、EPS增加而增大,在低质量浓度(8 000 mg·L~(-1))下的活性污泥流变特性与Bingham模型十分吻合,而在高质量浓度(8 000 mg·L~(-1))下的则近似于Ostwald de Vaele模型。     

投加方式和通风速率对脱水污泥堆肥效果的影响

为了在降低能耗的前提下获得更高的污泥堆肥效率和提高堆肥产品质量,利用梨形筒式好氧堆肥反应器,设置2种物料投加方式和3种通风速率,研究堆肥过程中温度、含水率、总氮以及发芽指数(GI)的变化特性。结果表明,与间歇式堆肥相比,连续式堆肥可以显著提高堆体温度和堆体腐熟度,降低堆体含水率及缩短腐熟期,但氮素损失也显著增大(P0.01);连续式堆肥的处理效率是间歇式的2.11倍,能耗降低了52.60%。通风速率为1.95 L·min~(-1)的连续式堆肥,堆体维持高温时间最长,且最终温度稳定在较高温度47~48℃,堆末含水率最低,氮素损失处于三者的中间水平,腐熟期最短。综合分析,在通风速率为1.95 L·min~(-1)的连续运行方式下,梨形筒式反应器用于污泥稳定高效堆肥是可行的。     

热解工艺对污泥制备生物炭物理结构的影响

热解污泥制备生物炭是一种污泥资源化利用的主要处置方式,不同的反应条件对制得生物炭的品质存在显著的差异。以乙酸钾为添加剂,对城市脱水污泥(含水率80%)进行低温热解制备生物炭,考察了乙酸钾添加量、热解温度、热解停留时间及升温速率对生物炭性质的影响。通过N2吸附脱附、SEM、FT-IR等手段对原料污泥及生物炭进行了表征,实验结果表明,乙酸钾具有一定的扩孔作用,生物炭表面粗糙度明显增加,比表面积增大,吸附性能显著提高。当乙酸钾添加量4%,热解温度350℃,热解停留时间120 min,升温速率3℃·min~(-1)时生物炭的亚甲基蓝吸附量和比表面积分别为90.45 mg·g~(-1)、31.402 m2·g~(-1)。     

非均相催化臭氧化降解水中苯酚动力学

在常温常压下对MgO催化臭氧化降解苯酚的动力学进行了详细研究,考察了MgO加量、臭氧投加量、pH值、苯酚初始浓度和反应温度对催化臭氧化降解苯酚废水的反应速率常数k的影响,分析了多相催化臭氧化的反应活化能,构建了反应动力模型。结果表明,臭氧对苯酚的催化降解遵循表观拟一级反应动力学,且反应速率常数k随着MgO加量(20~80 mg·L~(-1))的增加而增大,在MgO加量为40 mg·L~(-1)时达到0.185 7 min~(-1);随着臭氧加量(0.54~5.5 mg·min~(-1))的增加,k从0.030 49 min~(-1)增大到0.217 77 min~(-1);随着溶液初始pH(1.7~10.15)的升高,k从0.087 75 min~(-1)增加到0.205 49 min~(-1);随着初始苯酚浓度(50~400 mg·L~(-1))的增加,k从0.253 68 min~(-1)降低到0.036 82 min~(-1);随着反应温度(10~50℃)的增加,k从0.120 62 min~(-1)增加到0.466 46 min~(-1)。证明了催化臭氧化降解苯酚的表观反应速率常数分别与催化剂加量、臭氧加量、pH和反应温度成正相关,与苯酚初始浓度则成负相关。反应活化能较低(Ea=2.616 7×104J·mol~(-1)),并且动力学模型计算数值与实际数据吻合良好(平均相对误差为8.9%)。     

超声耦合高铁酸钾对印染污泥脱水性能的影响

分别采用高铁酸钾、超声、超声耦合高铁酸钾对印染污泥的脱水性能进行研究,考察了印染污泥中沉降速率(SV30)、毛细吸水时间(CST)、污泥破解率DDCOD和泥饼含水率等脱水指标的变化情况。结果表明,低声能密度(0.225~0.45 W·m L~(-1))和短超声时间(1~6 min)都能够促进污泥的脱水性能。在声能密度为0.45 W·m L~(-1),超声时间为4 min的最佳超声条件下,SV_(30)和CST分别下降了6.3%和16.35%。同时,高铁酸钾的添加使污泥脱水效果更显著,在最佳添加量(60 mg·g~(-1))下,SV_(30)、CST和泥饼含水率较原污泥减少了18.36%、31%和13.07%。为了促进污泥脱水,最佳污泥破解率DDCOD为2%~5%。扫描电镜结果显示,在最佳条件下处理的污泥较原污泥变化明显,原有颗粒结构被破坏,利于污泥脱水。     

采用阳离子聚丙烯酰胺改善污泥水解液的脱水性能

针对市政污泥水解液脱水困难的问题,研究了阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的投加量、水解液pH值、调理温度、搅拌转速等对污泥水解液脱水性能的影响。结果表明,当CPAM投加量为0.1%,水解液pH值为12.5,调理温度为50℃,搅拌转速为100~150 r·min~(-1)时,污泥水解液的脱水效果最佳,无锡和天津两地污泥水解液的毛细吸水时间(CST)分别下降98.43%和98.01%,调理前后,污泥粒径、Zeta电位、污泥黏度及絮体形态也获得明显改善,同时95%以上的污泥蛋白质保留在清液中,有利于污泥蛋白质的后续回收。     

生活污泥与煤混烧及热解特性

采用热重分析法,对生活污泥与煤以1∶1质量比混合的试样进行燃烧及热解实验研究,重点分析了升温速率对其热解及燃烧特性的影响,为煤泥混烧及热解技术的工业化应用提供理论支持。结果表明:煤泥混合样燃烧失重分为4个阶段,混燃过程中污泥与煤共同影响着混合试样的燃烧特性,随着升温速率从15℃·min~(-1)增加到50℃·min~(-1),其可燃性指数C增幅达60%和综合燃烧特性指数S提高了4倍多,燃烧性能得到明显提高;煤泥混合样的热解失重分为2个阶段,各阶段热解的挥发份最大析出速率(dw/dt)_(max)及挥发分析出特性指数D均随升温速率的升高而大幅增大,且试样总的挥发综合释放指数D从0.081 7×10~(-8)K~(-3)·min~(-2)增大到5.868×10~(-8)K~(-3)·min~(-2),可见升温速率越高,煤泥混合物的热解性能越好。     

温度和相对湿度对污泥低温干燥速率的影响

对脱水污泥进行低温薄层干燥实验,研究了污泥厚度(3、5、7和9 mm)、温度(30、40和50℃)、空气相对湿度(20%、40%和60%)、污泥水分比等参数对脱水污泥干燥速率的影响。通过静态溶液法分析不同温度、湿度条件下污泥的平衡含水率,当相对湿度大于60%时,污泥平衡含水率的增长速率急剧增大。污泥低温干燥实验表明,升高温度、降低相对湿度均能够提高污泥的干燥速率,且较适温度、相对湿度分别为40℃和20%。采用SPSS软件对影响污泥干燥速率的因素进行偏相关性分析,结果表明,影响因素从大到小排列分别为污泥水分比、温度、相对湿度,且随着污泥厚度的增加,温度、相对湿度与干燥速率的Pearson相关系数的绝对值变大。     

不同电压下给水污泥真空电渗脱水效果分析

采用真空电渗对给水污泥进行脱水,结果表明电压从30 V提高到60和100 V,给水污泥含水率从90%分别降低到63.2%、62.8%和58.7%。详细考察电压对电流最大值、最高温度的影响,其电流最大值从0.63 A分别提高到1.32和1.88 A;最高温度从38.4℃分别提高到43.6和62.2℃。水分分布和扫描电镜分析表明:脱水后,其自由水被全部去除,孔隙水含量从19.83下降到0.41 kg·(kg干泥)~(-1),表面结合水含量从5.35下降到0.18 kg·(kg干泥)~(-1)。     

烃类污染土壤热强化气相抽提技术的脱附动力学

为研究烃类污染土壤热脱附净化效率的影响机制,采用热强化气相抽提技术(soil vapor extraction,SVE)处理烃类污染土壤,探讨了通气速率、抽提气中水蒸气的浓度(gas water content,GWC)、土壤含水量(soil water content,SWC)对热强化SVE处理效率的影响,并采用LDF和Freundlich动力学方程对脱附处理过程进行了拟合。结果表明:在120℃的条件下,以通气速率80 mL·min~(-1)、GWC 15%和SWC 10%为最优处理工艺,气体在土壤空隙中间的传质速率加快,能明显缩短热强化SVE的处理时间;通气速率从40 mL·min~(-1)提高到80 mL·min~(-1)时,处理时间从425 min缩短至350 min;GWC从0%增加到15%时,处理时间从350 min缩短至105 min;GWC从15%增加到25%时,处理时间从105 min延长到240 min;当SWC为10%时,热强化处理时间缩短至290 min;当SWC从10%增加到15%时,处理时间从290 min延长至390 min。通过分析可知,LDF方程适合简单条件下(通气速率)的拟合,当通气速率为80 mL·min~(-1)时,偏差率为4%。Freundlich方程更适合复杂(土-水-气)体系下的拟合,GWC为15%时偏差率为3.8%,SWC为5%时偏差率为2.6%。以上结果可为开展热强化SVE处理烃类污染土壤研究提供参考。     

基于污泥蛋白质溶出的酶-热碱联合水解中试研究

为探究剩余污泥酶-热碱联合水解生产蛋白质工艺工业化利用的可能性,建立了1 m3·d-1的剩余污泥(含水率80%)的中试水解系统。通过对酶解时间、复合添加量及碱解温度等关键工艺因素优化,获得了中试规模污泥联合水解的最佳工艺条件;通过酶和热碱水解动力学研究,明确了联合水解过程的限速步骤。结果表明:在日处理量为1 m3剩余污泥(含水80%)的中试水解过程中,酶解时间为1.5 h、复合酶投加量为1%、污泥浓度为30 g·L-1、碱解时间1.5 h、碱解温度80℃时,蛋白质溶出效果最佳,上清液中蛋白质浓度为2 160 mg·L-1;污泥酶解过程符合米氏方程,碱解过程符合零级动力学方程,二者的水解速率分别为0.709 mg·(L·min)-1和11.046mg·(L·min)-1;与碱解相比,酶解是剩余污泥联合水解的限速步骤。研究结果可为污泥联合水解工艺产蛋白质的产业化应用提供必要的技术参数。     

电渗透脱水对污泥热干燥特性的影响

以污水厂机械脱水后的污泥作为研究对象,提出了采用电渗透-热干燥结合进行深度脱水的方法。通过对原泥以及电渗透脱水至不同含水率(67%、71%和76%)的污泥在热干燥过程中含水率和干燥速率的测定,分析电渗透脱水对污泥热干燥特性的改善规律。结果表明,经电渗透脱水至含水率为67%和71%的污泥在热干燥过程中的传热传质速率及干燥速率有明显提高,且干燥温度越高,电渗透后污泥的干燥速率与原泥的干燥速率差距越大。相同电压梯度及相同温度下电渗透至67%后进行热干燥耗能最少。实际应用中应结合能耗分析选择合适的电渗透程度及干燥温度,以达到最优效果。     

燃煤飞灰负载钾基CO_2吸收剂再生反应特性的动力学分析

采用热重分析的方法对吸收剂的再生反应进行研究,说明了燃煤飞灰负载钾基CO_2吸收剂的制备方法,探讨了在不同升温速率下燃煤飞灰负载钾基CO_2吸收剂和纯KHCO_3的再生反应特性。结果表明:燃煤飞灰负载吸收剂的峰值失重速率为0.13~0.73 mg·min~(-1),在升温速率为20℃·min~(-1)时,反应温度区间最小,为94.34℃;采用多种分析方法对吸收剂的受热分解反应进行动力学分析,纯KHCO_3的反应活化能为85.7~92.0 kJ·mol~(-1);燃煤飞灰负载钾基CO_2吸收剂的反应活化能为66.2~69.4 kJ·mol~(-1),随着转化率上升,2种样品的活化能均先减小后增大。燃煤飞灰负载钾基吸收剂再生反应的活化能小于纯KHCO_3的活化能,说明将KHCO_3负载于燃煤飞灰上有利于再生反应的进行。     

市政污泥热解产油影响因素及产物应用特性

利用外热式固定床反应器,研究终温、反应时间、升温速率等因素对市政污泥热解产油率的影响,并对产物特性进行了讨论。结果表明,热解终温及反应时间显著影响焦油产率,500℃是适宜的污泥热解温度,焦油产率达24.74%,温度继续升高则半焦缩聚反应强烈,热解气产率大幅增加,焦油产率基本恒定;在10℃·min~(-1)的升温速率条件下,热解终温500℃,维持20 min,焦油产率可达到平衡;升温速率对焦油产率的影响不显著,热解反应达到平衡时,不同升温速率条件下,焦油产率相似;污泥焦油组分与中低温煤焦油相近,具备提酚、制燃料油和特种油品的潜力;污泥半焦灰分高,固定碳含量低,具有一定热值,比表面积较发达,掺混燃烧、制备吸附剂是其重要的潜在利用方向。     

冰冻调质对活性污泥脱水性能的影响

以污泥沉降性能、比阻(SRF)、分形维数(Df)、粒径(d0.5)等作为评价污泥脱水性能的参考指标,研究了冰冻解冻调质对污水厂活性污泥脱水性能的影响,并对其作用机理进行了探讨。结果表明:污泥冰冻调质后,污泥比阻和分形维数均随冰冻时间的延长呈先下降后上升的趋势,粒径反之。在-20℃、16 h时,污泥比阻可由原来的2.27×10~(13)m·kg~(-1)降为5.4×10~(12)m·kg~(-1),比阻明显变小,污泥过滤性能显著提高;在-20℃下冰冻20 h后,Df和d0.5达到最值,Df由原来的2.25下降为2.09,d0.5由43.36μm增大到231.78μm,此时污泥密实度较低,结构较为松散。从多元线性模型拟合结果可知污泥特性参数d0.5、Df对SRF均有显著影响。综上可知在-20℃、16 h~20 h污泥脱水性能较好。     

搅拌速率和时间对强化混凝去除微污染水中镍(Ⅱ)及有机物的影响

采用静态实验考察了投加高铁酸钾强化混凝的效果,通过控制不同的絮凝搅拌速率、絮凝时间及原水浊度来强化镍(Ⅱ)和有机物的去除。结果表明,絮凝搅拌速度和时间、原水浊度是影响镍(Ⅱ)和有机物的去除效果的重要因素。原水镍(Ⅱ)质量浓度为1 mg·L~(-1)、TOC为10 mg·L~(-1),在一级絮凝搅拌速率为200 r·min~(-1)、时间为2 min,二级絮凝搅拌速率为40 r·min~(-1)、时间为10 min,原水浊度为36.7 NTU时,出水剩余镍为0.018 mg·L~(-1),去除率达到98.2%,TOC去除率为58.8%,浊度去除率为73.8%。出水可满足《生活饮用水卫生标准》的要求。高铁酸钾强化混凝可作为给水厂应对镍污染的一种有效处理措施。     

温度对超磁分离初沉污泥水解酸化的影响

以超磁分离后初沉污泥作为研究对象,在维持初始pH在7.4～7.8的条件下,分别控制温度在20、25、30和35℃,探究温度对超磁分离初沉污泥厌氧水解酸化产物及产率的影响。结果表明,温度的升高加速了超磁分离初沉污泥的水解酸化。35℃时,SCOD在第3天即达到峰值970.32 mg·L~(-1),VFAs也达到峰值295.9 mg·L~(-1),此时,VFAs中含量最高的为乙酸217.1 mg·L~(-1),乙酸占比为73.3%;而25℃时,其占比为68%。超磁分离初沉污泥水解酸化获取内碳源的同时还伴随着N元素的释放,且温度越高,TN和NH_4~+-N的释放越明显。由于系统中聚合氯化铝((Al_2(OH)_nCl_(6-n))_m,PAC)的存在,所以并没有P元素的释放。在30℃的反应温度下,超磁分离初沉污泥水解酸化即可以获取更多的碳源,又可以避免产生过高的N、P负荷。     

降温方式对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

考察一次性降温和阶梯式降温对厌氧氨氧化反应器(ASBR)脱氮性能的影响。一次性降温方式(30℃降至15℃),阶梯式降温方式(30℃降至25℃,再降至20℃,最后降至15℃)。温度30℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为97.3%和98.5%,总氮去除速率为5.12 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N为1.33,厌氧氨氧化活性(SAA)为0.139 g·(g·d)~(-1)。一次性降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别降至47.9%和55.1%,总氮去除速率降至2.74 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.51,SAA降至0.071 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率降至51.6%和61.2%,总氮去除速率降至3.22 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.48,SAA降为0.083 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温方式脱氮性能更佳。     

温度对SBR强化生物除磷工艺除磷性能的影响

以厌氧/好氧交替运行的序批式反应器(SBR)为对象,利用荧光原位杂交技术(FISH),研究了温度(20、25和30℃)对强化生物除磷(EBPR)的影响。结果表明,温度为20℃时,系统的磷去除率高于98%,厌氧释磷速率和好氧吸磷速率分别为55.70 mg P·(gVSS·h)~(-1)和45.16 mg P·(gVSS·h)~(-1),聚磷菌(PAOs)占总细菌(EUB)的比例达到90%,而聚糖菌(GAO)的比例只有1%;温度升高到25℃后,除磷效果不断降低,释磷速率和吸磷速率逐渐下降,PAOs的比例下降,而聚糖菌(GAOs)的比例不断增加;温度为30℃时,出水水质恶化,磷去除率仅为67%,释磷速率和吸磷速率分别为33.66 mg P·(gVSS·h)~(-1)和17.55 mg P·(gVSS·h)~(-1),GAOs的比例高达87%,而PAOs的比例仅为5%,在与PAOs的竞争中,GAOs处于优势,导致除磷效果降低。