城市污泥中水和有害雜質(zhì)的賦存特性及其與煤共成漿行為研究.pdf

1、城市污泥（污泥）含有大量由絲狀微生物、菌膠團(tuán)、胞外聚合物（EPS）和豐富水分構(gòu)成的絮凝體結(jié)構(gòu)，因而具有凝膠體性質(zhì)，并且其中還含有各種無機(jī)物、有機(jī)物，有的還具備有毒有害的特性。隨著水處理事業(yè)的發(fā)展，污泥的產(chǎn)量也逐年上升，因此，環(huán)保、高效地處理處置污泥，才能避免其中的有害物質(zhì)，如難降解有機(jī)物、重金屬、病原微生物和寄生蟲等對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。本文將污泥摻混入水煤漿中制備污泥水煤漿，以利用污泥熱值和所含水分，該方式不僅解決了污泥能源化資源化利用

2、的問題，又能直接應(yīng)用于水煤漿工業(yè)的各種燃爐和氣化設(shè)備，從而達(dá)到大規(guī)模高效和無害化處理污泥的目的。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴采用將污泥樣品改良預(yù)處理后進(jìn)行 SEM測試的方法、以及紅外光譜和熱分析實(shí)驗(yàn)等方法對三種來源地不同的污泥進(jìn)行特性研究。綜合考察熱干燥、機(jī)械力變化等因素對污泥中水分的影響作用，通過正交實(shí)驗(yàn)對污泥水煤漿的成漿性、熱值和流變性進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。改良污泥樣品預(yù)處理過程避免了傳統(tǒng)預(yù)處理方法中由于溫度或風(fēng)干因素造成的污

3、泥大量失水，從而避免了污泥結(jié)構(gòu)的坍塌和破損，最大限度的保持了污泥微觀形貌。熱分析實(shí)驗(yàn)分別測量了干燥基樣品和原污泥，結(jié)果顯示不同水分類型對污泥熱重結(jié)果的影響。污泥對定粘濃度有抑制作用，且污泥添加量越大，定粘濃度越低，當(dāng)污泥添加量從5％增加到20%時，佛山濕污泥和徐州濕污泥成漿的定粘濃度分別從50.78%下降到46.55%，從50.35%下降到44.40%；佛山干污泥和徐州干污泥成漿定粘濃度的變化未呈現(xiàn)同樣規(guī)律且定粘濃度變化范圍分別為53.

4、35%至52.42%和53.33%至51.51%。污泥中水分及其賦存結(jié)構(gòu)是造成污泥水煤漿定粘濃度低的主要因素，并超出污泥地域差異所帶來的影響。漿體均表現(xiàn)出剪切變稀的特性，但在剪切速率上行階段，流體類型均不清晰；剪切速率下行階段，流體均具有賓漢塑性流體的特性。在實(shí)驗(yàn)條件下，污泥水煤漿均達(dá)到或接近商用水煤漿的熱值要求，最高達(dá)到14.169MJ/kg；并且經(jīng)剪切后屈服應(yīng)力普遍比水煤漿數(shù)值大，而塑性粘度則大多與水煤漿值相當(dāng)。結(jié)合膠體化學(xué)中空間穩(wěn)

5、定理論和分形理論，提出“復(fù)合污泥煤粒”的概念，通過其形成過程和特點(diǎn)，充分解釋了污泥摻混水煤漿體系產(chǎn)生的影響作用。
　　⑵采用單因素平行實(shí)驗(yàn)對復(fù)合污泥煤粒的作用進(jìn)行更詳細(xì)考察，污泥添加量從5%、10%、15%，增加到20%時，所成漿體中對應(yīng)的最高定粘濃度分別為67.73%、65.80%、64.00%和61.05%；結(jié)合濃分散體系相關(guān)性質(zhì)和成漿體系流變特性、固液界面化學(xué)、吸附作用、吸附動力學(xué)和 DLVO理論計(jì)算顆粒間界面能等方法來研究

6、污泥中有害雜質(zhì)對體系的影響作用。漿體均符合屈服-冪方律方程，且擬合度均高于0.99；吸附分散劑后，三種污泥和有害雜質(zhì)的表面電負(fù)性均隨著 pH值的增大而增強(qiáng)，其中佛山污泥等電點(diǎn)降幅最大為0.551。三種污泥的等溫吸附曲線更接近S型，并均符合 Langmuir吸附方程模型且擬合度>0.98，飽和吸附量分別為7.61，7.98和8.63 mg/g；三種有害雜質(zhì)中，兩種在實(shí)驗(yàn)濃度內(nèi)未達(dá)到飽和狀態(tài)，測得石英的飽和吸附量為20.38 mg/g。來源

7、地不同的污泥對分散劑的吸附分屬不同的動力學(xué)方程類型，這與分散劑的性質(zhì)和污泥顆粒組成的疏松結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。復(fù)合污泥煤粒結(jié)構(gòu)中有害雜質(zhì)顆粒由于粒度較小而鑲嵌在煤-分散劑骨架結(jié)構(gòu)中，其界面作用能計(jì)算顯示有害雜質(zhì)顆粒與煤顆粒之間由于范德華力的作用而互相排斥，并由于靜電作用勢能的影響而存在能壘和臨界距離。驗(yàn)證試驗(yàn)證明提高分散劑添加量，可以在一定程度上減弱有害雜質(zhì)的影響，提高污泥水煤漿的成漿特性。
　　⑶對污泥進(jìn)行不同堿的改性處理，進(jìn)一步考

8、察化學(xué)破解對污泥中水分和污泥水煤漿成漿特性的影響，通過分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，改性污泥水煤漿的定粘濃度最高可達(dá)66.95%，且NaOH的改性效果最好。對漿體的流變性考察發(fā)現(xiàn)，所有漿體均具有良好的流變特性；Ca(OH)2和CaO與NaOH和KOH改性污泥制備漿體的流變特性差異在于含鈣堿改性污泥所成漿體不存在屈服應(yīng)力。采用熱分析實(shí)驗(yàn)、紅外光譜和表面電位對改性污泥性質(zhì)進(jìn)行考察，并通過SEM-EDX聯(lián)用對污泥中有機(jī)碳進(jìn)行定點(diǎn)測定考察改性前后污泥中

9、碳元素的分布，發(fā)現(xiàn)改性后污泥中水分析出溫度小幅上升，水析出速率有所降低，羥基官能團(tuán)大量減少，表面電負(fù)性增強(qiáng)，隨著堿作用破壞了胞內(nèi)和胞外有機(jī)結(jié)構(gòu)，造成了大量水分析出，碳元素隨之分布均勻。這也造成改性污泥不再具備形成復(fù)合污泥煤粒的特點(diǎn)，因而所成漿體與污泥水煤漿具有很大的區(qū)別。
　　⑷通過濕法球磨方式制備污泥水煤漿和對應(yīng)的水煤漿，詳細(xì)深入的考察成漿性、流變性、粒度分布和顆粒形狀的差異，進(jìn)一步分析了復(fù)合污泥煤粒的作用機(jī)理。污泥水煤漿與水煤

10、漿在<74μm顆粒的最大累積分布差距達(dá)到38%；對污泥水煤漿來說，濕法球磨時間的影響程度大于分散劑添加量，水煤漿則相反；對顆粒中位徑D50的分布狀況考察也驗(yàn)證了這一規(guī)律，污泥水煤漿中最小的D50值達(dá)到17.67μm，而水煤漿的最小 D50值為26.21μm。粒度分布計(jì)算表明，污泥水煤漿的粒度分布接近與 Alfred模型，但顆粒形狀為非等徑球體，促進(jìn)了粘度的增加。此外，復(fù)合污泥煤粒理論能夠從所含 EPS等有機(jī)物、無機(jī)電解質(zhì)和礦物顆粒等三個