膜生物反应器剩余污泥气浮浓缩技术应用研究

论文摘要

城市污水处理过程中产生了大量的剩余污泥,这些污泥具有含水率高、有机质含量高、化学性质不稳定等特点,其处理处置十分困难,污泥的处置成本占到污水处理厂运行成本的3050%。而在污泥处理过程中,污泥的减量主要来自于污泥浓缩环节,因此,开发高效的污泥浓缩工艺对于降低污泥含水率、提高脱水设备的运行效率、降低脱水能耗具有十分重要的意义。本研究针对北京市北小河污水处理厂的膜生物反应器（MBR）污泥进行了物化特性的调研,同时实验研究了采用气浮浓缩技术降低污泥含水率的可行性。通过污泥特性的跟踪调研发现,MBR工艺污泥有其特殊性,和传统活性污泥工艺污泥相比,污泥浓度高、污泥粒径较小,胞外聚合物（EPS）含量较高,污泥沉降性能较差。此外,MBR工艺高污泥浓度导致污泥沉降比（SV）非常高,污泥沉降压缩空间非常有限。从重力沉降浓缩和机械浓缩的测试结果来看,二者的浓缩效率均较差,且重力浓缩存在污泥上浮的问题,故开发新型的污泥浓缩技术具有非常重要的现实意义。气浮实验的结果显示化学调质技术选择直接影响着污泥气浮浓缩的效果。原泥直接气浮浓缩、单一表面活性剂化学调质效果较差,泥水分离不佳。采用高分子絮凝剂PAM可以有效改善污泥的气浮浓缩效果,表面活性剂对污泥气浮效果影响不大。气浮浓缩可将含水率超过99%的北小河厂MBR工艺剩余污泥浓缩至含水率97%左右,气浮浓缩的效果远优于转鼓浓缩。从气浮浓缩的中试结果来看,较适宜运行参数为:固体负荷15kg/（m2·h）,水力负荷1.5m3/（m2·h）,回流比1,PAM投配率2‰（w/w干固体）,溶气压力0.4MPa,气固比0.01。经过中试设备进行气浮浓缩后,污泥含水率降低至97%左右,浓缩效果明显。污泥松散型（LB-EPS）、紧密型（TB-EPS）两种胞外聚合物均大幅降低,对污泥脱水能力的提高作用明显,而加入PAM强化了这一作用。在未经化学调质的条件下,直接经过气浮浓缩后,污泥颗粒粒径未有明显变化,而在加入PAM预调质的条件下,絮凝效果明显,颗粒粒径明显增大。此外,北小河厂带式压滤机污泥脱水负荷和泥饼含水率呈线性关系。针对北小河厂的工况条件,污泥脱水负荷只有低于80 kg/（m·h）时,泥饼含水率才可能低于80%。最后,还研究了采用气液多相泵进行污泥直接气浮的可行性,结果显示该设备的使用相对于传统溶气气浮工艺,不仅减少设备数量,降低造价,提高效率,降低能耗和生产成本,还可以减少工作量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 污泥的产生和处理现状
• 1.2 污泥水分组成情况
• 1.3 胞外聚合物对污泥沉降性和脱水性的影响
• 1.3.1 EPS组成对污泥沉降性的影响
• 1.3.2 EPS组成对污泥脱水性的影响
• 1.3.3 EPS分层特性
• 1.4 污泥浓缩的目的
• 1.5 国内外污泥浓缩技术的种类及其优缺点
• 1.6 国内污泥浓缩工艺的应用现状
• 1.7 污泥浓缩技术
• 1.7.1 重力浓缩
• 1.7.2 机械浓缩
• 1.7.3 气浮浓缩
• 1.8 问题提出
• 第2章 研究目的、内容和技术路线
• 2.1 前言
• 2.1.1 北小河污水处理厂基本情况
• 2.1.2 北小河污水处理厂污泥的基本性质分析
• 2.2 研究目的
• 2.3 研究内容
• 2.3.1 北小河污水处理厂MBR工艺剩余污泥性质研究
• 2.3.2 基于气浮浓缩术工艺的化学调质技术研究
• 2.3.3 污泥气浮浓缩系统优化及影响研究
• 2.3.4 MBR污泥气浮浓缩的生产应用研究
• 2.4 研究的技术路线
• 第3章 北小河污水处理厂MBR工艺剩余污泥性质及常规工艺浓缩研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验目的
• 3.2.1 水厂工艺及运行情况跟踪调查
• 3.2.2 MBR和其它工艺污泥特性的对比研究
• 3.2.3 污泥机械和重力浓缩实验研究
• 3.3 实验材料与方法
• 3.3.1 主要试剂
• 3.3.2 分析方法
• 3.4 结果和讨论
• 3.4.1 北小河污水处理厂运行情况
• 3.4.2 MBR污泥与其它工艺污泥的对比
• 3.4.3 北小河厂MBR污泥常规浓缩实验研究
• 3.5 小结
• 第4章 不同化学调理剂对污泥气浮浓缩影响作用研究
• 4.1 前言
• 4.2 研究目的
• 4.3 实验材料与方法
• 4.3.1 主要试剂
• 4.3.2 实验装置及操作条件
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 原泥污泥直接气浮浓缩
• 4.4.2 表面活性剂调质浓缩
• 4.4.3 高分子絮凝剂与表面活性剂联合调质浓缩
• 4.4.4 化学调理效果的综合对比分析
• 4.5 小结
• 第5章 污泥气浮浓缩系统优化控制中试和生产运行
• 5.1 前言
• 5.2 实验目标
• 5.2.1 运行参数优化
• 5.2.2 优化溶气压力
• 5.2.3 带式压滤机污泥负荷运行优化
• 5.3 试验材料与方法
• 5.3.1 试验装置及操作条件
• 5.3.2 分析方法
• 5.4 结果和讨论
• 5.4.1 气浮运行条件与化学调质投药量对浓缩效果的影响
• 5.4.2 溶气压力对浓缩效果的影响
• 5.4.3 气浮浓缩对污泥性状的影响
• 5.4.4 带式压滤机污泥脱水负荷对泥饼含水率的影响
• 5.4.5 气液多相泵（GLMP）在污泥气浮浓缩过程中应用研究
• 5.5 一体化气浮浓缩工艺的设计计算和运行情况
• 5.5.1 一体化气浮浓缩工艺的工艺流程和设计计算
• 5.5.2 一体化气浮浓缩-带式脱水的运行情况
• 5.6 气浮浓缩——脱水工艺的成本分析
• 5.7 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果