含铁次生矿物对污泥脱水性能的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

人类生活和工业生产所产生和排放的污水必须经过处理达标后才能排放到自然水体当中。活性污泥法能高效的降解有机物从而成为了污水处理中使用最广泛的主流技术,同样而言,其广泛使用不可避免地会产生大量的剩余活性污泥（Zhang et al., 2010）。由于污泥的含水率极高且产量越来越大，所以污泥脱水成为污泥处理与处置中的一个必不可少的环节。污泥脱水可以有效的降低运输费用，减小污泥的体积便于存放并增加焚烧时的能量输出(Dirkzwager etal., 1997)。然而未经处理的污泥难以脱水（Mowla et al., 2013），因此我们往往在脱水之前对污泥进行调理。有效的污泥调理可以改变污泥的结构和污泥中水分的物理状态，将污泥中的结合水变为自由水，甚至可以提高污泥的脱水性能以获得较高含固率的泥饼（Neyens et al., 2003; Pan et al., 2003）。

根据相关文献（Liu et al., 2012）,生物沥浸法和化学调理法（三氯化铁和氧化钙）相较于其他调理方法（热解、超声、微波调理法）能够更有效的提高污泥的脱水性能。除此之外，与其他调理方法相比生物沥浸污泥过滤液（通过真空抽滤得到）具有较低的色度同时含有较低浓度的COD，TN,TP和NH4 -N。因此生物沥浸调理法具有最佳的调理效果。很多学者对生物沥浸提高污泥脱水性能的内在原因进行过研究。宋兴伟（2008）等人研究发现生物沥浸可能通过改变污泥的表面电荷和其颗粒大小来提高污泥脱水性能。Mickael et al.(2012)则发现污泥的pH和其中的盐分对污泥脱水性能有重要影响（生物沥浸对两者均有影响）。其实在生物沥浸的过程中会有大量矿物产生，但是很少有学者将生物沥浸过程中所形成的矿物和污泥的脱水性能联系到一起。Liao et al.(2009)研究发现在pH为2.10-2.88的污泥生物沥浸液中只有施氏矿物产生。这可能与污泥中的一价阳离子浓度低，过高的DOM和硫酸根浓度，较低的pH和反应时间有关。然而有相关文献（Bigham et al., 1996）报导施氏矿物是一种亚稳态物质，当pH降低（小于3），且有一价阳离子如K 、Na 等存在时，则施氏矿物会转化为结晶度较高的黄铁矾类矿物。柏双友（2011）等研究发现生物沥浸这一复杂体系中一价阳离子如K 、NH4 和Na 往往共存，其中K 的成矾能力最强。因此在生物沥浸的整个过程中可能产生黄钾铁矾，本实验选用施氏矿物和黄钾铁矾两种矿物进行污泥调理的研究。假设污泥中的铁完全转变为矿物从而设置三个浓度梯度，按照理论计算值对污泥分别进行不同浓度的矿物调理，研究调理过后污泥的脱水性能。

2. 研究的基本内容和问题

对污泥分别进行不同浓度的矿物调理，研究调理过后污泥的脱水性能。

3. 研究的方法与方案

实验方案：本次主要分为两大部分，具体如下：

实验1：假设污泥样品中的二价铁离子（2g/l的添加标准）完全转化为黄钾铁矾则体系中黄钾铁矾的浓度为5.96g/l，全部转化为施氏矿物则体系中的施氏矿物的浓度为3.46g/l。取18个250ml的锥形瓶，分别向其中添加150ml的污泥。其中9个锥形瓶分别按照2、4、6g/l的梯度浓度标准添加定量的黄钾铁矾，三个锥形瓶为一组平行。剩余9个锥形瓶分别按照1.5、2.5、3.5g/l的梯度浓度标准添加定量的施氏矿物，三个锥形瓶为一组平行。将上述样品置于28度，180转的摇床震荡一个小时，测量污泥样品的脱水性能（srf、cst、压缩特性、泥饼含水率）。

取18个250ml的锥形瓶，分别向其中添加150ml的污泥。用稀硫酸将所有污泥样品的ph调至2.2，之后按照上述方法进行矿物调理并测量调理后污泥的脱水性能（同上）。取6个250ml的锥形瓶，分别向其中添加150ml的污泥。其中三瓶不做处理，用稀硫酸将另外三瓶污泥样品的ph调至2.2。测量上述污泥样品的脱水性能（同上）。

4. 研究创新点

很多学者对生物沥浸提高污泥脱水性能的内在原因进行过研究。

宋兴伟（2008）等人研究发现生物沥浸可能通过改变污泥的表面电荷和其颗粒大小来提高污泥脱水性能。

mickael et al.(2012)则发现污泥的ph和其中的盐分对污泥脱水性能有重要影响（生物沥浸对两者均有影响）。

5. 研究计划与进展

研究计划

（1）根据实验方案，进行相关准备工作，比如实验药品的准备和配制，相关指标测量方法的掌握，具体实验进度的安排等等。

（2）根据实验方案，展开实验工作，保证实验操作的严谨性，测量相关实验结果。