含煤污泥深度脱水技术研究进展.pdf
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1、第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:战玥豪()男山东烟台人在读硕士师从董圣焜副教授主要从事水体毒性控制研究 电话:.通信作者:董圣焜()男河南郑州人副教授主要从事水污染治理研究 :.专论与综述含煤污泥深度脱水技术研究进展战玥豪赵计辉刘杰何国锋周永涛郑媛媛董圣焜(.中山大学 土木工程学院广东 广州.中煤科工清洁能源股份有限公司北京.中煤陕西榆林能源化工有限公司陕西 榆林)摘 要:聚焦于煤化工行业中含煤污泥的脱水技术 随着技术进步脱水方法正从传统技术转向结合多种技术的联合处理旨在通过溶解胞外聚合物()来提高脱水效率 分析了含煤污泥
2、的特性、处理难点并指出未来研究需解决的关键问题:一是优化脱水技术的联合顺序和方法选择二是明确联合深度脱水对污泥能源利用、资源回收及材料制造的影响三是完善含煤污泥脱水工艺的多角度评价体系 建议采用生命周期评价()方法对污泥处理的碳排放、环境影响和成本进行综合评估以推动含煤污泥深度脱水技术的优化与推广关键词:污泥脱水含煤污泥煤化工联合深度脱水中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.().:.().:煤化工行业的迅速发展导致煤化工废水产量巨大这些废水中夹带了大量的含煤污泥其中包含许多的煤渣、煤粉等煤化工固体废弃物 在对废水的处理和净化过程中含煤污泥并没有得到妥善处置而是在一个高含水率的状态下
3、逐渐淤积污泥中渗滤液的释放可能会增加发生区域性环境污染事件的风险相对于市政污泥含煤污泥含有大量煤渣、煤粉和无机颗粒易于板结同时高有机物含量使得含煤污泥难脱水、易腐化 针对含煤污泥的脱水技术研究还不充分 因此本文旨在通过综述煤炭行业污泥脱水技术包括含煤污泥特性、污泥脱水影响因素、脱水技术和现存问题等为煤炭行业污泥脱水技术研究提供参考 含煤污泥脱水的影响因素污泥的固体浓度、粒度分布、表面电荷以及溶液的化学性质都对污泥脱水的效率和效果有着不同程度的影响 但最近越来越多的研究表明胞外聚合物()是污泥脱水的最关键决定因素 本节将从煤炭和 对污泥脱水的影响进应用化工第 卷行分析.煤炭对污泥脱水的影响郑兰香
4、在研究紫外线照射对煤化工污泥进行减量处理的研究中所用污泥的悬浮物浓度为./挥发性悬浮物浓度为./可见煤化工污泥悬浮物浓度并不高 但含有煤炭颗粒的污泥成分上更加复杂污泥中混入不同含量的煤炭颗粒对于污泥的粒径、黏度、流动性、稳定性等物化特性上都会产生影响并进一步影响污泥脱水的效果 等发现与单独水煤浆相比水煤浆污泥混合物水分分离度下降 说明污泥与水煤浆混合体系下自由水的含量降低污泥脱水的性能变差通过测定浆体的 电位后发现煤、污泥和水煤浆的 电位分别为.但水煤浆与污泥混合体系下电负性显著增强 电位变为.带负电荷的污泥颗粒在煤表面的吸附增强了煤颗粒的负电荷已有研究证实负电位的上升会增强污泥颗粒间的静电斥
5、力使得污泥体系更倾向于溶解或分散以更加稳定进而抑制污泥脱水的效果 此外 等的研究表明污泥通过氢键阻止煤颗粒沉降和团聚使得含煤污泥有更好的稳定性仅用机械脱水的工艺更难对含煤污泥进行深度脱水.胞外聚合物()对污泥脱水的影响 是微生物在溶解和吸收有机化合物过程中产生的一些高分子量化合物分布在细胞外和微生物聚集体内部占污泥中总有机组分的 在污泥中可以看到污泥絮凝物中存在丰富的多孔 许多直径为 .的球形细菌被 包裹 这表明 和细胞在污泥中的黏附特性是多样的 的存在可防止微生物免受恶劣的外部环境的影响包括 值变化、重金属和其他有毒物质并且还充当与水分子相互作用的微生物聚集体的最外层 因此 的理化性质显著影
6、响生物絮凝体的亲疏水性可被视为污泥脱水性最重要的决定因素 和通过建立表征 参数与滤饼干物质含量关系的模型证明 可能是影响干物质含量的决定因素并指出了 作为污泥结构和水滞留的主要贡献者的潜在作用 等考察了不同污水处理厂活性污泥理化特性的动态变化特别是 的分布和丰度进而建立絮状特性与污泥脱水特性的关系结果表明污泥脱水性与蛋白质和可溶性 的浓度呈显著负相关而不是其他污泥组分的化学特性 因此污泥脱水效果的提升主要取决于如何对污泥中 的含量与特性进行调整寻找 最合适的临界状态以达到最佳的污泥脱水效果 含煤污泥深度脱水技术.传统机械脱水工艺传统的机械脱水方式主要有压滤式脱水、离心式脱水和真空过滤脱水这 种
7、方式 由于含煤污泥中煤渣、煤粉和无机颗粒等固体颗粒较多会导致污泥的板结和黏结现象使得机械脱水设备的脱水效率较低在传统的机械脱水处理后污泥的含水率仅能降低至 这远远达不到理想的脱水水平 因此在机械脱水前常使用污泥调理技术对污泥进行预处理以实现深度脱水.污泥调理技术污泥结构复杂由有机、无机胶粒和微生物菌团、丝状细菌等多种物质构成 污泥的这一特征意味着若想进一步提高脱水效果必须将重点转至污泥微观的结构之上 常见的污泥调理技术分为物理(热处理、冻融处理、超声波、电处理等)、化学(混凝絮凝处理、酸碱处理、高级氧化 处 理等)、生 物 调 理 技 术(生 物 沥浸、酶处理等).超声波处理 超声波是一种新兴
8、的、非常有效的机械物理调理技术超声波调理通常使用低频超声波(频率 )的循环声音压缩和扩展这些超声波应力起到裂解微生物细胞和细菌结构的作用将细胞内有机物释放到水相中促进污泥中水分的释放和转移以及部分 的降解 超声处理对污泥崩解度与处理时间和超声波频率有关 等发现在相同能量输入下低频率、长持续时间的超声处理比高频率短持续时间的超声处理对污泥崩解更有效 然而超声波处理对污泥脱水性的影响并非都是有利的 等报道说超声处理对污泥脱水性的影响取决于能量输入低能量用量略微增强了污泥的脱水性而高能量用量显著降低了污泥的脱水性实验结果显示 /总固体为最佳能量剂量 等的结果与此一致并且他们认为超声波调理改善污泥脱水
9、特性与污泥分解程度有关 当污泥崩解度过低时污泥脱水性变化不显著 当污泥崩解程度适当时不致密的污泥絮凝体可以破碎成更小的碎片然后在调节剂的帮助下重新絮凝成更紧密的颗粒从而提高污泥脱水性而当污泥崩解度高时产生许多细颗粒导致污泥脱水性变差.添加改性调理剂 由上述内容可见不同研究中超声波对污泥脱水性能改善的作用机制较为一致而针对不同种类的污泥以及改性侧重点类型丰富多样的调理剂因其具备更高的使用灵活性同样得到了大量研究 目前常见的改性调理剂从原理上分为传统的絮凝剂调理和先进调理 传统的絮凝剂调理主要为无机絮凝剂(铁盐、铝盐等)、有机絮凝剂(聚丙烯酰胺、壳聚糖、淀粉第 期战玥豪等:含煤污泥深度脱水技术研究
10、进展等)、助凝剂(石灰、褐煤等)、微生物絮凝剂等主要通过电荷中和和桥梁作用改善污泥脱水而先进调理则针对 溶解以实现脱水效果的提升 毛维东提高聚丙烯酰胺()对含煤生活污泥调理发现投加污泥干重.的 即可以满足脱水要求同时清液浊度较低 此外在研究中发现含煤污泥与矿井水污泥、城镇生活污水污泥等存在较大不同不宜直接套用上述污泥参数进行含煤生活污泥的处理而微生物絮凝剂在具有良好絮凝效果的同时其无毒无害的特性使其更具有应用优势 相比于传统的化学调理絮凝剂基于 溶解的先进调理技术具有更好的研究前景目前正在研究的先进调理技术使用酸碱、氧化等方式来破坏污泥絮凝结构并促进 的溶解将结合水转化为自由水并提高污泥脱水性
11、 通过向污泥中加入酸、碱调节 以提高污泥脱水性能的方法也同样引起广泛探究 等通过添加废硫酸耦合热预处理得到的泥饼含水率比石灰 的处理方式降低了 并且最终所得泥饼的热值提升了.倍 等研究表明碱性预处理同样有助于污泥脱水效果的提升并且()比 的处理效果更好 投加强氧化剂也可以氧化分解污泥 进而促进结合水的释放 其中芬顿氧化因反应性强、无选择性等优点而广泛应用 芬顿氧化过程伴随着氧化和絮凝可以分解污泥絮凝体和 促进结合水的释放 同时在芬顿过程中三价铁羟基络合物可以通过混凝进一步提高污泥脱水性能 此外用于水处理领域的高铁酸钾、过硫酸盐、过氧乙酸等试剂也被发现可以破坏 促进结合水的释放 未来通过酸碱、高
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