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    聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑的制備 及污泥高效調(diào)理研究

    2021-04-05 06:39:24廖欽雄孫世昌李桐張培新權(quán)宗剛
    節(jié)能與環(huán)保 2021年3期
    關鍵詞:氯化鐵濾餅絮凝劑

    文_廖欽雄 孫世昌 李桐 張培新 權(quán)宗剛

    1.深圳大學化學與環(huán)境工程學院 2.西安墻體材料研究設計院

    城市污泥的深度脫水處理研究對城市發(fā)展和污泥資源化利用具有重要意義。在污泥脫水過程中,通過添加絮凝劑并對進行壓濾處理是污泥減量化的有效方法之一。由于單一絮凝劑難以實現(xiàn)污泥高效脫水,復合型絮凝劑是絮凝劑深入研究的新趨向。復合型絮凝劑可以克服單一絮凝劑普遍存在的劣勢,且復合組分之間的 “協(xié)同作用”可強化氣絮凝性能。本研究旨在制備一種新型無機-有機高分子復合絮凝劑并探究其最佳的制備條件;采用三步污泥調(diào)理法(NaCl-聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑-污泥熱解殘渣)來對污泥進行調(diào)理,并考察其對污泥絮凝效果和深度脫水效果,為城市污泥深度脫水提供一種新型高效污泥調(diào)理方法。

    1 材料與方法

    1.1 儀器與藥劑

    本研究所用的活性污泥取自深圳市某污水處理廠,污泥含水率為96%~99%。實驗過程中所用試劑如下,殼聚糖(脫乙酰度≥90%)、冰醋酸(AR)、氯化鐵(AR)、氫氧化鈉(AR)、鹽酸、去離子水。

    1.2 聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑的制備

    殼聚糖絮凝劑制備:稱取1g 殼聚糖,將其溶于100mL 1%的HAc 溶液中并利用磁力攪拌器上攪拌24h。

    聚合氯化鐵絮凝劑制備:量取20mL 0.5mol/L FeCl3溶液加水稀釋至400mL。加入100mL 0.25mol/L 的NaOH 溶液,采用六聯(lián)攪拌儀充分攪拌。

    聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑制備:根據(jù)PFC:CTS質(zhì)量比為1:1;2:1;3:1;1:2;1:3;2:3,分別稱取一定質(zhì)量的PFC和CTS,充分攪拌后緩慢加熱至70℃并靜置24h。

    1.3 絮凝效果實驗

    取1000mL 活性污泥于2000mL 燒杯中,分別加入10g 絮凝劑,采用六聯(lián)攪拌先以100r/min 攪拌2min,然后50r/min慢速攪拌10min,靜置沉淀20 ~30min。污泥比阻用布氏漏斗真空過濾法,并根據(jù)公式(1)計算污泥比阻。污泥濾餅含固率通過公式(2)計算。

    1.4 污泥三步調(diào)理法

    取2000mL 待處理的活性污泥置于燒杯中,先用濃度為0.1~0.5mol/L NaCl 預處理,充分攪拌后,接著加入上述“1.2”實驗所制備的復合絮凝劑,投加量為20 ~50mg/L,充分攪拌后,最后加入污泥熱解殘渣,投加量為前述污泥總質(zhì)量的40%~60%,充分攪拌后,進行抽濾處理。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 復合絮凝劑對污泥比阻的影響

    為探究有機-無機復合絮凝劑的最佳復合質(zhì)量比,在污泥絮凝實驗過程中,分別投加不同m(PFC):m(CTS)質(zhì)量比復合絮凝劑,并采用污泥比阻作為衡量指標,結(jié)果如圖1(a)所示。當m(PFC):m(CTS)=1:2 時,比阻最小為8.5×108s2/g,此條件下絮凝效果最佳。單體殼聚糖絮凝劑和聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑投加量對污泥比阻的影響如圖1(b)所示。隨著兩種絮凝劑投加量的增加,污泥比阻都先顯著降低后逐漸升高,適量的投加量可有效發(fā)揮絮凝劑吸附膠團、中和污泥中帶電基團、架橋連接小顆粒形成大絮體,能有效降低污泥比阻,提高污水脫水性能。然而,過量的絮凝劑會使污泥液相粘度增加和絮體流動性變差,形成絮體不會聚團沉淀。這種松散、細小的絮體容易堵塞過濾設備導致過濾脫水難度增加,從而使污泥比阻增加。當CTS 在投加量約為30mg/L 時污泥比阻達最小值為3.7×108s2/g,PFC-CTS 的污泥比阻最小值為2.2×108s2/g時其投加量為35mg/L。

    圖1 不同絮凝條件對污泥比阻的影響

    2.2 復合絮凝劑對污泥濾餅含固率的影響

    單體殼聚糖絮凝劑和聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑投加量對濾餅含固率的影響如圖2 所示。隨著絮凝劑投加量的增加,泥餅的含固率都先增加后減小。單體殼聚糖絮凝劑最佳投加量為35mg/L 時濾餅含固率為23.7%,而聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑最佳投加量為40mg/L 時濾餅含固率為28.1%。由此可知,使用復合絮凝劑比單體殼聚糖絮凝劑效果好,得到含固率高的濾餅,大大減小污泥體積同時便于污泥后續(xù)資源化處置。由于添加的聚合氯化鐵中的Fe3+易水解成氫氧化鐵膠體,提供大量絡合離子,其表面積大且還帶正電荷能吸附和電中和膠體微粒,形成大顆粒沉淀。同時聚合氯化鐵中Fe3+能與殼聚糖分子中氨基、羥基形成穩(wěn)定的螯合物,增加分子量和分子鏈長度,有利于絮凝劑吸附、卷掃、架橋、交聯(lián)和電中和作用,從而復合絮凝劑脫水效果更好,得到濾餅含固率更高。

    圖2 殼聚糖絮凝劑和聚合氯化鐵-殼聚糖復合絮凝劑投加量對濾餅含固率的影響

    2.3 三步調(diào)理法對污泥脫水性能優(yōu)化研究

    由上述實驗結(jié)論可知,使用m(CTS)/m(PFC)為2:1 的有機-無機復合絮凝劑處理污泥,當絮凝劑投加量為40mg/L時污泥脫水性能最佳,污泥濾餅的含固率可達27.6%。為了使污泥脫水性能更優(yōu)化,采用三步調(diào)理法進一步提高污泥脫水效率,污泥含固率由27.6%顯著升高至35.4%。首先,NaCl 破壞污泥中EPS 結(jié)構(gòu),釋放其內(nèi)部結(jié)合水。然后,PFC-CTS 絮凝劑通過電中和、架橋和卷掃作用使污泥膠體粒子發(fā)生絮凝。最后,污泥熱解殘渣中無機灰分在污泥絮凝沉降過程中發(fā)揮骨架支撐作用,使污泥顆粒生成緊實、體積較大的團聚物沉降下來,并增強沉降團聚物的剛性,使其更易于被機械壓縮,有利于脫水過程,從而獲得含固率更高的濾餅,有利于濾餅后續(xù)的資源化利用。

    3 結(jié)論

    通過實驗確定了PFC-C T S 復合絮凝劑質(zhì)量配比m(PFC):m(CTS)=1:2,投加量為35mg/L 時,污泥可以達到最佳的絮凝脫水效果。在三步調(diào)理法調(diào)理中,NaCl 呈電中性且陽離子可以中和胞外聚合物的陰離子,對細胞的破壞及釋水有積極作用,而加入的污泥熱解殘渣起到骨架構(gòu)建的作用,使污泥過濾過程中形成多孔結(jié)構(gòu),保證水的過濾通道,使水分在高壓下仍易于脫出。三步調(diào)理法的協(xié)同作用顯著提高了污泥脫水性能,實現(xiàn)污泥高效減量化處理。大大減小了污泥體積,為其后續(xù)的運輸處置等環(huán)節(jié)節(jié)約了成本。

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