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            煉油廠剩余活性污泥脫水處理研究

            2021-05-28 11:22:03

            對煉油廠剩余活性污泥進行脫水處理,確定了絮凝劑及其投加量,并考察了相關運行參數對污泥脫水效果的影響。結果表明,在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為25 mg˙L-1、操作溫度為40℃、污泥初始pH值為8˙0、快攪強度為170 r˙min-1、快攪時間為60 s、慢攪強度為50r˙min-1、慢攪時間為8 min的最佳條件下,污泥的脫水效果明顯得到改善。在此條件下進行了多次實驗,泥餅的含水率均低于81˙63%。


            含油污泥是指在原油開采、集輸、煉制等過程中產生的大量含油固體廢物,一般分為油田含油污泥與石油化工行業(主要是煉油廠)產生的含油污泥。含油污泥中含有大量的病原菌、寄生蟲(卵)、重金屬、放射性元素及大量的苯、酚、蒽、苯并芘等難降解的有毒有害物質,若直接排放,會污染周圍的土壤、水體和空氣[1],對人體造成危害。含油污泥已被列入《國家危險廢棄物目錄》中的含油廢物類,《國家清潔生產促進法》要求必須對含油污泥進行無害化處理。


            石油化工行業的污水處理系統產生的污泥主要來自隔油池底泥、浮選池浮渣和剩余活性污泥,統稱為“三泥”。長期以來,污水處理廠將“三泥”進行混合,濃縮處理。由于“三泥”的性質差別較大、成分極其復雜,難于脫水,處理具有一定的難度[2,3]。為解決此問題,研究者根據“三泥”的特性進行了分別處理的研究工作。作者對剩余活性污泥進行脫水處理,確定了復配絮凝劑及其投加量,考察了實驗參數對污泥脫水效果的影響,確定了最佳處理條件,擬為實際應用提供技術支持。


            1. 實驗


            泥樣、試劑和儀器

            泥樣取自某污水處理廠剩余活性污泥濃縮池中,呈黑色,有惡臭味,富含大量微小絮體,pH值為7˙16,含水率為99˙68%,不含油。

            無機絮凝劑(2000 mg˙L-1),有機絮凝劑(1000mg˙L-1),鹽酸溶液(1 mol˙L-1),氫氧化鈉溶液(1mol˙L-1)。

            XQY-Ⅱ型旋轉掛片腐蝕試驗儀,江蘇省江都市建華儀器儀表廠;真空抽濾裝置;AB204-S型分析天平,瑞士梅特勒;202V1型電熱恒溫干燥箱,上海優浦科學儀器有限公司;PH211型酸度計,美國Hanna公司。


            方法

            (1)將盛有500 mL污泥的燒杯放入旋轉掛片腐蝕試驗儀中,進行浴熱,使污泥的溫度升高到預先設置的數值。

            (2)在燒杯中投加聚合氯化鋁(PAC),快速攪拌一定時間;再投加陽離子聚丙烯酰胺(CPAM),慢速攪拌一定時間,之后,停止攪拌。

            (3)取出燒杯,將污泥置入浸潤好濾紙的布氏漏斗中,真空抽濾8 min。

            (4)取少量的泥餅置于表面皿上,放入恒溫干燥箱中,在105℃烘干至恒重,冷卻,稱重。先計算烘干前后泥餅的質量,再計算泥餅的含水率。


            檢測方法

            泥餅含水率采用105℃干燥失重法測定。


            2. 結果與討論


            復配絮凝劑的篩選

            有機高分子絮凝劑和無機高分子絮凝劑的復合使用會強化“電中和”及“架橋”作用,從而大大降低絮凝劑的投加量,提高絮凝效能[4]。因此,利用實驗室現有的絮凝劑進行復配,并在操作溫度為35℃、污泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下對復配絮凝劑進行篩選,結果見表1。

            由表1可以看出,6#的處理效果最好,泥餅的含水率最低,水最清,絮體大而密實,沉速快。因此,選擇PAC+CPAM作為復配絮凝劑。


            復配絮凝劑投加量對剩余活性污泥脫水效果的影響

            1PAC投加量對剩余活性污泥脫水效果的影響在CPAM投加量為20 mg˙L-1、操作溫度為35℃、污泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下,考察PAC投加量對剩余活性污泥脫水效果的影響。

            由圖1可以看出,泥餅含水率起初隨PAC投加量的增大而下降;當PAC投加量為200 mg˙L-1時,泥餅含水率最低;當投加量超過200 mg˙L-1時,泥餅含水率反而升高。這是因為:無機絮凝劑投加到污泥中,會發生一系列水解和聚合反應,生成大量的羥基絡合物,水中的膠粒能夠強烈吸附水解與聚合反應的各種產物,被吸附的帶正電荷的多核絡離子能夠壓縮雙電層,并進行電中和作用,使污泥中膠粒的Zeta電位降低,從而使體系脫穩,進而改善了過濾性能;但無機絮凝劑投加量過大時,過多的正電荷可能使顆粒表面帶正電,使體系復穩,反而引起過濾性能的降低[5]。因此,PAC投加量以200 mg˙L-1為宜。


            CPAM投加量對剩余活性污泥脫水效果的影響

            在PAC投加量為200 mg˙L-1、操作溫度為35℃、污泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下,考察CPAM投加量對剩余活性污泥脫水效果的影響,結果見圖2。

            由圖2可以看出,泥餅含水率起初隨著CPAM投加量的增加愈來愈低;當CPAM投加量為25 mg˙L-1時,泥餅含水率最低;當CPAM投加量超過25 mg˙L-1時,泥餅含水率反而升高。這是因為[6~8]:陽離子絮凝劑在處理污泥時,具有正電荷中和、吸附架橋的雙重作用,隨著投加量的增加,促使了電荷中和、吸附架橋作用的進行,有利于絮體的形成和沉降,因而改善了污泥的脫水效果。但絮凝劑還有分散作用,當其用量過大時,大量的聚合物吸附在懸浮顆粒上將其包裹,在表面形成空間保護層,阻止吸附架橋作用的形成,使已經形成的絮體重新分散,變成結構松散的絮體,絮體中所含的水分難以去除,導致污泥脫水效果降低。因此,CPAM投加量以25 mg˙L-1為宜。


            操作溫度對剩余活性污泥脫水效果的影響

            在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為20 mg˙L-1、污泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下,考察操作溫度對剩余活性污泥脫水效果的影響,結果見圖3。

            由圖3可以看出,泥餅含水率起初隨著操作溫度的升高而降低;當操作溫度為40℃時,泥餅含水率最低;當操作溫度超過40℃時,泥餅含水率反而升高。這是因為:污泥溫度升高時,化學反應加快,水溶液粘度下降、凝聚分子擴散增加、絮體成長速度加快,同時水溫升高時,布朗運動加劇,增加了碰撞的機會,有利于污泥凝聚成較大顆粒,從而促進了絮凝和沉降;但污泥溫度過高時,化學反應過快,形成了細小的絮體,并且使絮體的水合作用加強,導致產生的污泥含水量高、體積大、難處理[9],反而使污泥的脫水效果降低。因此,操作溫度以40℃為宜。


            污泥初始pH值對剩余活性污泥脫水效果的影響

            用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調節污泥初始pH值,在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為20 mg˙L-1、操作溫度為35℃、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下,考察污泥初始pH值對剩余活性污泥脫水效果的影響。

            由圖4可以看出,泥餅含水率起初隨著污泥初始pH值的增大而降低;當污泥初始pH值為8˙0時,泥餅含水率最低;當污泥初始pH值超過8˙0時,泥餅含水率反而升高。這是因為:在低pH值情況下,混凝過程具有相對較低的凝聚速度、較長的反應時間和較小的絮體顆粒度[10],污泥的脫水效果較差;在pH值為8˙0的條件下,由于絮凝劑的水解產物具有較多的正電荷,膠體顆粒的電中和作用較大,形成的絮體較多,污泥的過濾性能較強,污泥的脫水效果較好;當pH值過高時,電荷改變時膠體顆粒之間的排斥力增大,阻止聚集,使體系復穩,導致污泥脫水效果變差。因此,污泥初始pH值以8˙0為宜。


            水力條件對剩余活性污泥脫水效果的影響

            在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為20 mg˙L-1、操作溫度為35℃、污泥初始pH值為7˙16的條件下,采用正交實驗對最佳水力條件進行了考察,結果與分析見表2。

            由表2可以看出,4個因素對污泥含水率的影響順序依次為:快攪強度>快攪時間>慢攪時間>慢攪強度。剩余活性污泥脫水的最佳水力條件是:快攪強度為170 r˙min-1,快攪時間為60 s,慢攪強度為50 r˙min-1,慢攪時間為8 min。


            驗證實驗

            剩余活性污泥脫水的最佳條件為:PAC投加量為200 mg˙L-1,CPAM投加量為25 mg˙L-1,操作溫度為40℃,污泥初始pH值為8˙0,快攪強度為170 r˙min-1,快攪時間為60 s,慢攪強度為50 r˙min-1,慢攪時間為8 min。在此條件下,進行了多次實驗,泥餅含水率均低于81˙63%。


            結論

            (1)從6組復配絮凝劑中,篩選出處理效果最好的復配絮凝劑PAC+CPAM。

            (2)絮凝劑PAC和CPAM適合剩余活性污泥脫水的最佳投加量分別為200 mg˙L-1和25 mg˙L-1。

            (3)確定剩余活性污泥脫水處理的最佳運行參數如下:操作溫度為40℃,污泥初始pH值為8˙0,快攪強度為170 r˙min-1,快攪時間為60 s,慢攪強度為50 r˙min-1,慢攪時間為8 min。

            (4)在優化條件下,剩余活性污泥的脫水效果明顯得到改善,泥餅含水率降低至81˙63%以下,達到了污泥處理標準(含水率低于85%)。

            (5)剩余活性污泥濃縮池中的污泥受沉降時間、季節變化、供暖等因素的影響,其性質會發生相應的變化;中試現場條件和室內實驗條件又存在著一定差別。因此,優化條件只能為剩余活性污泥無害化處理提供參考,具體應用時要在現場進行調試確定。


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