论文总字数：23038字

摘 要

本论文通过Fenton-生石灰法对污泥进行调理，以污泥比阻为指标，考察反应时间、温度、pH、H₂O₂投加量、Fe² 投加量、生石灰投加量对于Fenton-生石灰法改善污泥脱水性能的影响。并在此基础上设计正交实验，结果表明：

（1）传统Fenton试剂的最佳调理条件为Fe² /H₂O₂的质量比为1：3.0，Fe² 投加量是14.3mg/gDS，pH值为3.5 ，反应温度42℃，反应时间45min，此时污泥比阻最小，约0.826×108s²/g，较原污泥降低率达88.73%。

（2）Fenton-生石灰法的最佳调理条件为Fe² /H₂O₂的质量比为1：2.5，Fe² 投加量是11.2mg/gDS，pH值为2.5 ，反应温度32℃，反应时间45min，此时污泥比阻最小，约0.104×108s²/g，较原污泥降低率达98.39%。

关键词：污泥比阻 Fenton-生石灰法 传统Fenton法

The Apllication Of Fenton- Quick lime In Sludge Dewatering

Abstract

In this paper, the specific resistance to filtration (SRF) as an index was measured to examine the sludge in Fenton-Quick lime processt, sludge specific resistance as index, the effects of reaction time, temperature, pH, H₂O₂ dosage, Fe² dosage and quick lime dosage on the improvement of sludge dewatering performance were investigated in Fenton-Quick lime process. And on the basis, the orthogonal experiment is designed,the Results shows:

（1）The optimal conditions for traditional Fenton process was Fe² /H₂O₂ mass ratio of 1: 3.0, Fe² dosage was 14.3mg/gDS, pH=3.5, reaction temperature was 42℃, reaction time was 45 minutes, SRF of the sludge was about 0.826 × 10⁸s²/g, compared with the original sludge reduced rate of 88.73%.

（2）The optimal reaction conditions of Fenton- quicklime method was Fe² / H₂O₂ mass ratio of 1: 2.5, Fe² dosage was 11.2mg/gDS, pH=2.5, reaction temperature was 32℃, reaction time was 45min, SRF of the sludge was about 0.104 × 10⁸s²/g, compared with the original sludge reduced rate of 98.39%.

Keywords: sludge specific resistance; Fenton-Quick lime orocess ;traditional Fenton process

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2影响污泥脱水性能的因素 1

1.2.1阳离子 1

1.2.2表面电荷 1

1.2.3粒径 2

1.2.4胞外聚合物 2

1.3剩余污泥脱水前常用的调理方法 2

1.3.1化学调理 2

1.3.2物理调理 2

1.3.3生物调理 3

1.3.4联合调理 3

1.4 Fenton试剂的氧化机理和骨架构建体的作用机理 3

1.4.1 Fenton反应机理 3

1.4.2 Fenton法调理污泥作用机制 3

1.4.3基于骨架构建体调理污泥作用机制 4

1.4.4 Fenton与骨架构建体复合调理 4

1.5论文研究的目的和意义 5

第二章 污泥理化性质的测定 6

2.1实验内容 6

2.1.1实验试剂 6

2.1.2实验仪器 6

2.1.3实验方法 7

2.2原始污泥性质测定结果 10

第三章 传统Fenton对污泥比阻的影响实验 11

3.1时间对污泥比阻的影响 11

3.1.1实验方法 11

3.1.2实验结果与分析 11

3.2 温度对污泥比阻的影响 12

3.2.1实验方法 12

3.2.2实验结果与分析 12

3.3 pH值对污泥比阻的影响 13

3.3.1实验方法 13

3.3.2实验结果与分析 13

3.4 H₂O₂/Fe² 的质量比对污泥比阻的影响 13

3.4.1实验方法 13

3.4.2实验结果与分析 14

3.5 Fe² 投加量对污泥比阻的影响 14

3.5.1实验方法 14

3.5.2实验结果与分析 15

3.6 正交实验 15

3.6.1实验方法 15

3.6.2实验结果与分析 16

3.7 本章小结 17

第四章 Fenton-生石灰法预处理对污泥比阻的影响实验 18

4.1时间对污泥比阻的影响 18

4.1.1实验方法 18

4.1.2实验结果与分析 18

4.2 温度对污泥比阻的影响 19

4.2.1实验方法 19

4.2.2实验结果与分析 19

4.3 pH值对污泥比阻的影响 20

4.3.1实验方法 20

4.3.2实验结果与分析 20

4.4 H₂O₂/Fe² 的质量比对污泥比阻的影响 21

4.4.1实验方法 21

4.4.2实验结果与分析 21

4.5 Fe² 投加量对污泥比阻的影响 22

4.5.1实验方法 22

4.5.2实验结果与分析 22

4.6 CaO投加量对污泥比阻的影响 23

4.6.1实验方法 23

4.6.2实验结果与分析 23

4.7 正交实验 24

4.7.1实验方法 24

4.7.2实验结果与分析 24

4.8 本章小结 26

第五章 结论与展望 27

5.1 结论与问题 27

5.1.1实验结论 27

5.1.2存在问题 27

5.2 展望 27

参考文献 29

致 谢 31

第一章 绪论

1.1前言

在众多的污水处理工艺中，活性污泥法凭借耗能低、效率高等优点被大规模应用。但是该工艺的缺点是剩余污泥流向和处理比较麻烦。目前我国有将近4000座生活污水处理厂正在运行，每天处理的生活污水量达到1.50×10⁸m³，每年产生的剩余污泥，折合成80%的含水率达到3500多万吨。剩余污泥的含水率高，体积大，并且其成分复杂，其中不乏有毒、有害难降解的污染物，同时污泥容易腐烂变质，滋生细菌寄生虫等，还含有重金属。在污泥处理处置之前通常以减小污泥体积为目的，对剩余污泥进行前处理。常用的方法是在机械脱水前先对污泥进行预处理。预处理通常采用加药、冷冻和加热的调理方法。其中加热处理和冷冻熔融处理的方法虽然能通过改变污泥絮体结构使之更加紧密，进而减少结合水的含量而使污泥的脱水性能得到改善，但因其投资大、能耗高，而使其使用范围受限。化学加药调理因为操作简单、效果好而被广泛应用。

1.2影响污泥脱水性能的因素

污泥胶体颗粒的高亲水性使得其脱水难度很大。污泥本身的性能决定了污泥脱水的难易程度。影响污泥脱水性能的因素主要包括：阳离子、表面电荷、粒径和胞外聚合物（EPS）。

1.2.1阳离子

根据DLVO的双电子层理论，污泥胶体颗粒表面呈负极电位，颗粒外层包含两个电子层。污泥双电子层的存在使得污泥颗粒与颗粒之间存在排斥力。溶液中阳离子的增多会抵消掉一部分污泥颗粒表面的负极电位，使得双电子层得到压缩，颗粒与颗粒之间排斥力减小，絮体颗粒更容易团聚在一起发生絮凝沉淀。

1.2.2表面电荷

由DLVO双电子层理论，污泥絮体结构松散会降低污泥的沉降性能。其松散程度和颗粒间的排斥力有关，而污泥胶体颗粒表面电荷的大小直接决定了颗粒间排斥力的大小。同时较大的表面电荷还会增加污泥的压缩性，使得胶体易发生胶凝蓄水，增加污泥脱水的难度。

1.2.3粒径

一定范围内污泥颗粒的粒径越小，其比表面积就越大，污泥内的水合程度和过滤阻力就会相应提高，导致污泥比阻增大，污泥脱水性能变差。但污泥粒径如果太大也会堵塞板框压滤机滤布的空隙，导致脱水程度降低，因此污泥粒径应当控制在一个合适的范围内。

1.2.4胞外聚合物

胞外聚合物（EPS）是污泥中的微生物生长代谢的产物与污泥本身有机物的总称。在活性污泥中占到污泥总质量的80%。其中EPS的80%左右为蛋白质和多糖。内亚斯等认为通过破解污泥中的EPS会提高污泥脱水性能。

1.3剩余污泥脱水前常用的调理方法

为提高机械脱水的效率，通常在机械脱水前对活性污泥进行一系列的调理，根据污泥脱水性能的影响因素，采取改善污泥颗粒表面的性质和组分，减小其与水的结合能力，致密污泥絮体结构，进而改善污泥的脱水性能。目前常用的活性污泥调理方法主要有：化学调理、物理调理、生物调理和联合调理。

1.3.1化学调理

化学调理即以投加适量化学药剂，利用化学反应使活性污泥胶体表面的性质发生改变的方法。其能有效增大絮体凝聚力、颗粒粒径，降低颗粒的比表面积，有效脱除其中的吸附水，降低活性污泥SRF，从而改善活性污泥的脱水性能。主要包括聚合电解质调理、无机盐调理、酸调理、表面活性剂调理、氧化剂调理、骨架材料调理。

1.3.2物理调理

物理调理法是利用可以破坏活性污泥絮体组成和细胞结构的外加能量或应力来改变活性污泥性质的方法。它能有效的游离出污泥中的间隙水，降低污泥中结合水的含量，进而提高机械脱水过程中的效率和程度。目前除了加热和冻融的传统物理调理法以外，超声波、微波、电解等方法也逐渐得以应用。

1.3.3生物调理

生物调理是以微生物为主体，利用其在活性污泥中的细胞生长和代谢产物水解破坏水中的EPS，释放水分以改善活性污泥的脱水性的方法。

1.3.4联合调理

目前常用的联合调理包括调理剂联用、物理调理和化学调理联用以及污泥联合调理技术。这种调理技术的联合有效的解决了单一调理剂或技术手段在实际工程运用中的不足，有效提高了活性污泥的脱水性能。

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