给水厂污泥去除水中磷酸盐的研究;给水排水工程;汪琼芳;

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共54页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊给水厂污泥去除水中磷酸盐的研究给水排水工程专业汪琼芳(069044057)指导教师丁磊讲师摘要本论文以给水厂污泥作为吸附材料，采用静态吸附的方法，对水中磷酸盐进行了吸附研究。单因素影响试验表明，污泥种类、灼烧温度、溶液温度、pH、初始磷浓度、搅拌强度、污泥投加量等因素对磷的去除效果有重要影响。经PAM调质的污泥对磷的吸附容量比未调质的明显增加。灼烧温度不同，污泥对磷的吸附容量也不同，但没有明显规律性。给水厂污泥对水中磷的吸附容量随温度升高、初始磷浓度的增加而增大，但随pH的增大而降低。在一定范围内，污泥投加量的增加可提高磷的去除率。搅拌强度的变化对磷的吸附容量并没有明显影响，但可改变到达吸附平衡的时间。用Langmuir及Freundlich等温线模型对不同温度下的吸附数据进行拟合，结果表明，给水厂污泥对磷的吸附可较好地用Freundlich等温式描述。分别从溶液温度、pH、起始浓度及搅拌强度等方面对给水厂污泥除磷动力学进行了研究。结果表明，污泥对磷的吸附过程可以用拟二级动力学方程来很好的描述。吸附热力学计算表明，ΔH0，表明反应过程是吸热的；ΔG0，表明吸附质从溶液到吸附剂表面的吸附过程是自发过程。关键词：给水厂污泥；除磷；吸附；机理安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共54页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractThispaperadoptsstaticadsorptionmethodtostudytheadsorptionofphosphate,usingwaterworkssludgeasadsorptionmaterial.Thetestsofindependentvariablesshowsomeparameterssuchassludgespecies,ignitiontemperature,solutiontemperature,pH,initialphosphateconcentration,stirringintensityanddosageofsludgehavesignificanteffectsonphosphateremoval.ThephosphorusadsorptioncapacityonthesludgeaddedtoPAMhasasignificantincrease.Thesludgeignitedatdifferenttemperatureshasdifferentphosphorusadsorptioncapacity,respectively.However,noobviousregularityisconcluded.Adsorptioncapacitiesofphosphorusonwaterworkssludgeincreasewiththeincreaseoftemperatureandinitialphosphorusconcentration,butdecreasewiththeincreaseofpH.Withinacertainrange,increasingthedosageofsludgecanincreasetheremovalrateofphosphorus.Changesinmixingintensityhavenosignificantimpacttotheadsorptioncapacity,butthetimetoreachadsorptionequilibriumischanged.TofittheadsorptiondatawiththeLangmuirandFreundlichisothermmodelsatdifferenttemperatures,theresultsshowthattheadsorptionofphosphorusonwaterworkssludgecanbewelldescribedwithFreundlichisotherm.Thedynamicsofthephosphorusremovalonwaterworkssludgearestudiedindifferenttemperature,pH,initialphosphorusconcentrationandstirringintensityrespectively.Theresultsshowthattheadsorptionprocessofphosphoruscanbewelldescribedbysecond-orderkineticsequation.TheadsorptionthermodynamicresultsshowthatΔHisapositive,whichmeansthereactionisendothermic.AndΔGisanegative,whichshowsthattheadsorptionprocessofphosphorusfromsolutiontoadsorbentsurfaceisspontaneous.Keywords:waterworkssludge;phosphorus;adsorption;mechanism安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共54页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1文献综述1.1污泥定义及分类1.1.1污泥定义在给水和废水(包括污水)处理中，采用各种分离方法去掉溶解的、悬浮的或胶体的固体物质,从中产生的沉渣称为污泥[1]。1.1.2污泥分类目前，根据污泥来源，常见的污泥种类有污水厂污泥和给水厂污泥。（1）污水厂污泥对于污水厂污泥，作为污水处理的副产物，不仅含有大量的有机物、氮、磷等营养物质，同时还含有难降解有机物、重金属、病原微生物和寄生虫卵等有毒有害物质。通常污泥还含有大量的水分，如果不加以处理，很容易腐烂发臭，对环境造成严重的二次污染影响甚至还可能危害人体健康。目前，我国污泥产生量高达900万t，而且排放的干污泥的量以每年10%的速度增长。如何合理而有效的处理体积庞大的城市污泥便显得越来越重要[2]。（2）给水厂污泥给水厂排出的含泥污水(排泥水)主要由滤池反冲洗排水和沉淀池或澄清池排泥水组成，约占水厂总净水量的4%～7%。其中，滤池反冲洗排水约占总净水量的1%～2.5%，它主要由悬浮盐类、粘土、有机物及化学药剂残余物组成；沉淀池排泥水(又称沉淀池污泥)可分为石灰软化污泥和化学絮凝沉淀污泥2种，软化污泥主要产生于原水的软化过程，主要成分为碳酸钙、氢氧化镁、淤泥、过剩软化药剂和有机物，化学絮凝沉淀污泥则由原水中的悬浮物、胶体物质、有机物、微生物和加人的净水药剂组成。沉淀池排泥水是给水厂排泥水处理的主要对象[3]。若含泥废水不经处理而直接排放，将会污染受纳水体、淤积河道，而若采用机械或自然干燥脱水法对含泥废水进行处理，然后将制成的脱水泥饼堆放地面或填埋，将占用大量田地，还可能污染地下水和地表水，而且污泥未得到资源化利用。因此对净水厂污泥进行妥善的处置是急需解决的问题[4]。排泥水处理包括收集、浓缩、调质、脱水和处置几个重要环节。污泥浓缩池的设计参数可通过污泥沉降试验获得。目前最常用的污泥调质方法是投加有机高分子絮凝剂PAM，每个排泥水处理项目应进行PAM选型和最佳投药量的试验。常用的污泥脱水方法有污泥干化床、板框压滤、带式压滤和离心机等法,应根据水厂的环境条件、污泥脱水性能等因素决定选用何种脱水工艺。城市给水厂污泥的处理工艺采用调节、安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共54页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊浓缩、预处理、脱水和污泥处置等几道工序[5]。因为聚丙烯酞[6](Polyacrylamide，简称PAM)是一种线型的水溶性聚合物，是水溶性高分子中应用最广泛的品种之一。由于PAM及其衍生物的分子链上带有大量的酞氨基或其他带电基团，具有良好的水溶性、优良的絮凝性能和吸附性能，在水处理行业中作为絮凝剂、助凝剂已被广泛应用于饮用水、工业废水的处理和污泥的处置。如果在给水厂中采用PAM做絮凝剂，将大大减少污泥的数量和体积。为了改善污泥费被脱水性能，在脱水要进行物理调节和化学调节。在化学调节中，高分子量（100万以上）的PAM能起到良好的调节作用。费霞丽[7]根据九龙江流域给水厂污泥的颗粒性质，进行絮凝、污泥比阻和过滤试验，研究污泥的脱水性能，试验结果表明投加0.55‰PAM可以降低污泥比阻，改普脱水性能。邓慧萍等[8]也通过对两座分别以黄浦江和长江为水源的给水厂排泥水进行的烧杯搅拌、沉降和比阻试验，发现PAM在给水厂排泥水处理中有良好的调质效果，并探讨了PAM的调质作用机理。故在一些给水厂污泥中，通常含有PAM。但给水厂污泥中以无机成份为主,有机成份含量较少。根据对部分给水厂污水及污泥组成成份的分析表明，给水厂污水及污泥几乎含有原水所流经的地表层所有的元素和化合物,CaCO3、SiO2、Fe2O3、Al2O3化合物为主要成份，污泥中除混凝剂的残渣以外，其它成份主要来源于原水流经的地表层土壤,而燃烧损失的试验表明，给水厂的污泥中有机物的痕量通常在15%～25%范围内。滤池反冲洗水含泥浓度低，含固率为0.02%～0.05%。由于进入滤池的浊度相对稳定，因此其污水的成份变化较小。滤池反冲洗水形成污泥的特性上与沉淀污泥类似[9]。部分给水厂投加的混凝剂是聚合硫酸铁，故其中含铁量比较高。1.2给水厂污泥处置给水厂排泥水经过浓缩脱水处理将产生大量的污泥泥饼，污泥中含有黏土、腐殖质以及其他悬浮的或不溶于水的物质，其肥效很低,营养成分。干污泥的主要组分为10%左右的有机物和90%左右的无机盐类。妥善、经济地处置这些固体废物已成为给水厂排泥水处理系统必须考虑的一个重要环节。泥饼的最终处置方式应当考虑泥饼性质、周围环境、二次公害等问题,处理方式有作为垃圾填埋、在农业和园林上应用、海洋抛弃、资源化利用等。1.2.1作为垃圾填埋大多数情况下,给水厂污泥属于无毒害固体废弃物,可采用填埋作为其最终处置方式。污泥可单独填埋,也可与城市生活垃圾或污水处理厂污泥混合填埋。填埋方式的选择取决于污泥的含固率、稳定性、填埋场的水文地质条件、地表坡度及可使用的土地面积等因素。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共54页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.2.2在农业和园林上应用给水厂污泥用于农业或园林中,施用量不大时(20t/hm2)，不会对作物和环境产生负面影响；若在专用土地上或山地及建设地带上使用，施用量可相对大些(20t/hm2～200t/hm2)，但需要加强管理与监测，避免雨水径流及渗滤液可能造成的二次危害。1.2.3海洋抛弃随着泥饼陆上埋弃用地越来越少，海洋投弃发展前途很大，但应注意有关法令法规，并应定期对投放点的海水水质进行分析试验，对海底污泥积聚情况进行观察,使污泥抛弃对海洋环境的影响最小[10]。1.2.4资源化利用泥饼可以通过不同途径进行资源化利用。例如用作垃圾填埋厂的每日作业覆土和最终覆土。污泥处理的最终目的就是使污泥减量化、稳定化、无害化以及资源化，其中污泥的资源化处置不仅可以从根本上解决污泥的污染问题，还可以变废为宝，使污泥的处置具有经济效益，从而能更好的推动污泥的合理处理与处置[2]。1.3污泥的资源化利用资源化利用解决了水厂污泥的最终出路问题，同时还节省了大量的土地资源。以下为污泥资源化用途。1.3.1从给水污泥中回收有用物质城市给水厂剩余污泥脱水前需要投加铁系和铝系等无机混凝剂以增强其脱水性能[11]，净水厂生产过程中也要使用无机混凝剂，故排泥水中存在一定量的剩余混凝剂[12]。从给水污泥中回收有用物质在常规净水工艺中，大多数小城镇水厂选用铝盐或铁盐来作混凝