污泥调理毕业设计开题报告规范版

附表4

河南工程学院

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称 课题来源 学生姓名 科研项目 李莉莉 基于高级氧化的市政污泥深度脱水研究 指导教师 学号 李亚林 201450408114 职称 专业/班级 讲师 环境工程1421 一、 研究的背景、目的和意义 随着城市化进程的加快，大量的污水处理厂建设成功，随之污水厂会产生大量的污泥。根据住房和城乡建设部关于全国城镇污水处理设施2015年6月底建设和运行情况的最新通报，至2015年6月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3802座，污水处理能力约1.61亿 m3/d，比去年增长85座污水处理厂，处理能力增加0.04亿 m3/d，可见，污泥产生量每年呈增加趋势，污泥处理处置成为污水处理厂的难题，若不正确的处理处置则会产生很大的安全隐患，会给环境带来不必要的恶劣影响。 在我国，一般用聚丙烯酰胺（PAM）调理，经过机械压滤的含水率仍高达80%左右，达不到污泥处理与处置的要求，因此需要对污泥进行进一步的深度脱水（60%以下）。目前的脱水技术主要还是脱出污泥的自由水部分，不能将污泥中的结合水脱除，故污泥含水率仍然非常高，不能从根本上解决污泥含水率高的问题，因此，对于寻求即经济又能降低污泥含水率的深度脱水技术是解决污泥处理处置的主要问题，这对于实现污泥的无害化、减量化及资源化具有深远意义。本实验采用活化过硫酸盐法对污泥进行深度脱水，经活化的过硫酸盐产生硫酸根自由基（SO4·）能有效的破坏污泥中的胞外聚合物（EPS），使污泥内部的结合水释放，达到降低污泥含水率的目的，又因其是一种非选择性的氧化剂，应用范围广泛，具有很强的现实意义。 二、国内外文献综述（见附页一） 三、研究的主要内容和拟采用的研究方法 （一）研究内容 1. 对不同批次原始污泥的特性进行分析。 2. 使用控制变量法进行污泥单因素脱水实验。 -（1）控制不同的SPS投加量，找出SPS的最佳投加量； （2）控制SPS的反应时间，找到SPS的最佳反应时间； （3）控制Fe2+：SPS的最佳摩尔比； （4）控制Fe2+的反应时间； （5）改变Fe2+的投加方式与投加形态； （6）控制石灰的投加量； （7）控制粉煤灰的投加量； 3. 进行基于正交实验优化的污泥高效脱水实验。 （二）研究方法 本实验采用正交法，控制变量法。采用重量法测定污泥含水率、泥饼含水率、有机质；真空抽滤法测定污泥比阻。 四、研究进度安排 表1 研究进度安排表 时间 2015年12月30日 2016年03月21日~2016年03月25日 2016年3月31日 2016年04月18日~2016年04月24日 2015年05月25日 2016年06月06日~2016年06月10日 2016年06月11日~2016年06年12日 五 参考文献 [1] 时亚飞. 活化过硫酸盐—骨架构建体复合调理污泥深度脱水研究[D]. 武汉: 华中科技学, 2014. [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城镇污水处理厂污泥处理技术规程[S]. 中华人民共和国行业标准(CJJ131-2009).

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内容 下达任务书 组织开题答辩，上交开题报告 完成实验 中期检查，填写中期检查表 完成毕业论文初稿，呈指导教师审阅 完成毕业论文终稿，呈指导教师审阅 装订毕业论文终稿，呈指导教师和评阅教师审阅，论文答辩 [3] 李辉, 吴晓芙. 城市污泥脱水干化技术进展[J]. 环境工程, 2014, 32(11): 102-107. [4] Chen C, Zhang P, Zeng G, et al. Sewage sludge conditioning with coal fly ash modified by sulfuric acid[J] . Chemical Engineering Journal, 2010, 158(3): 616-622. [5] 杨家宽, 杨晓, 李亚林, 等. 基于骨架构建体污泥脱水及其固化土工性能研究[J]. 武汉科技大学学报, 2012, 35(2): 133-134. [6] 李亚林, 杨家宽, 杨昌柱, 等. 基于骨架构建体脱水污泥填埋长期稳定性研究[J]. 华中科技大学学报, 2013, 41(9): 76-79. [7] Liu F W，Zhou J, Wang D Z, et al. Enhancing sewage sludge dewaterability by bioleaching approach with comparison to other physical and chemical conditioning methods [J]. Journal of Environmental Sciences, 2012, 24(8): 1402-1410. [8] 牛美清, 张伟军, 王东升, 等. 不同混凝剂对污泥脱水性能的影响研究[J]. 环境科学学报, 2012, 32(9): 2126-2133. [9] Dewil R，Baeyens J, Neyens E. Fenton peroxidation improves the drying performance of waste activated sludge[J]. Harzard Mater , 2005, 177(2-3): 161-170. [10] 张昊, 杨家宽, 虞文波, 等. Fenton试剂与骨架构建体复合调理剂对污水脱水性能的影响[J]. 环境科学学报, 2013, 33(10): 2743-2746. [11] 梁秀娟,宁寻安, 刘敬勇, 等. Fenton氧化对印染污泥脱水性能的影响[J]. 环境化学，2013, 32(2), 253-255. [12] 李娟, 张盼月, 曾光明, 等. Fenton氧化破解剩余污泥中的胞外聚合物[J]. 环境科学，2009, 30(2): 476-478. [13] Zhen G，Lu X, Wang B , et al. Synergetic pretreatment of waste activated sludge by Fe(Ⅱ)- activated persulfate oxidation under mild temperature for enhanced dewaterablity[J] Bioresource Technology, 2012, 124: 29-36. [14] 唐海, 沙俊鹏, 欧阳龙, 等. Fe（Ⅱ）活化过硫酸盐氧化破解剩余污泥[J]. 化工学报，2015, 66(2): 786-787. [15] 刘桂芳, 活化过硫酸盐技术的研究进展[J]. 工业水处理, 2012, 32(12): 2-4. 3

指导教师意见： 指导教师签字: 年 月 日

院（部）领导审核意见： 学院负责人签字： 学院盖章： 年 月 日 课题来源：1.科 (教) 研项目；2.实验；3.生产实习；4.工程实践；5.社会调查；6.其它

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附页一

市政污水处理厂污泥脱水的研究现状

摘要：随着污水处理厂建设进程的加快，污泥的安全处理与处置成为亟需解决的社会问题。由于污泥特殊的结构与性质，导致其含有较高的含水率，故污泥脱水在污泥的处理与处置中具有至关重要的作用，从物理、化学和生物法简要概述了其对污泥脱水效果的影响以及研究现状，并总结其优缺点，对将来污泥调理方法进行展望。 关键词：污泥；脱水；处理；处置；

随着人口的急剧增加，生活污水排水量也随之增加，大量的污水处理厂投入生产，污泥作为污水处理厂的主要副产物，需迫切解决污泥的安全处理与处置问题[1]。污泥处理主要以减量化、无害化、稳定化、资源化为主；污泥处置主要以土地利用、污泥农用、填埋、能源化利用和综合利用为主[2]，无论是填埋、农用或者综合利用，污泥脱水在整个体系中起着至关重要的作用，而由于污泥中含有大量胞外聚合物（EPS），增加了污泥脱水难度，对此，国内外学者对此做了大量的研究，主要方法有污泥浓缩技术、污泥脱水技术、污泥深度脱水技术和污泥干化技术[3]。

污泥浓缩技术只能将污泥的含水率降至80%左右，达不到国家要求，近年来，相关研究将污泥深度脱水（60%以下）放在首要位置，污泥的深度脱水主要分为优化机械设计和在机械脱水前进行调理两种[3]。调理方法主要分为物理、化学、生物调理法。物理调理主要通过加入矿物质材料和碳质材料的物理调理剂，物理调理剂在污泥中形成具有刚性晶格结构，起到骨架构建体的作用，进而提供水通道以达到污泥脱水效果[4]；化学调理方法主要通过加入无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂为主，通过絮凝作用破坏污泥结构，提高污泥脱水效率；而生物调理的反应机理与化学调理类似，生物调理絮凝剂主要以微生物絮凝剂为主，通过微生物的生命活动产生絮凝体。

1 污泥脱水

1.1 物理调理

物理调理即通过向污泥中投加骨架构建体，改善污泥的可压缩性，提高污泥的脱水性能[5]，常见的骨架构建体有石灰、粉煤灰、磷石膏等，这些无机矿物在脱水泥饼中起到稳定化/固化的作用，骨架构建体的复合调理剂可以起到污泥脱

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水和后续填埋一体化的处理与处置的目的，为污泥的处理与处置提供了新的途径，但是，由于污泥的土工性能差，随着时间的推移，其性质不再由机械强度控制，而环境因素则会改变固化体的性质[6]，若增加骨架构建体的投加量，则会提高污泥的增容比，给污泥的处置带来额外的成本，所以，物理调理具有一定的缺陷。

1.2 微生物调理法

微生物调理法是始于20世纪70年代，近年来才用于污泥调理，其使用微生物絮凝剂进行污泥调理，以微生物的代谢产物为调理剂，主要成分有糖蛋白、多糖、蛋白质、DNA和纤维素等，其具有无毒、生物降解性好、无二次污染等优点，Liu F W[7] 等研究嗜酸氧化硫硫杆菌和嗜酸氧化亚铁硫杆菌组成的生物浸取剂对污泥的脱水效果，发现用此法处理过的污泥过滤比阻降低91.3%，毛细吸水时间降低74.1%，效果与化学调理相似，但是明显高于微波法、超声波法、水热法等。但是由于制作成本较高，故应用范围不广。 1.3 化学调理

化学调理即通过向污泥中加入絮凝剂，常见的絮凝剂有无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂。其中无机絮凝剂应用较广，包括普通无机絮凝剂和无机高分子絮凝剂，高分子絮凝剂具有沉降速率快、用量少、适用范围和效果好等优点，近年来，电石渣、粉煤灰等无机调理剂得到了广泛的应用[3]；而有机高分子絮凝剂在1960年开始投入使用，其具有受pH值影响小、渣量少等优点并逐步取代了无机絮凝剂，常见的有机高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺（PAM）；复合絮凝剂是近年来刚发展起来的新型絮凝剂，常见的复合絮凝剂为无机—有机絮凝剂，它既可以综合有机与无机絮凝剂的优点，又可以克服各自的缺点，据研究可知，当加入聚合氯化铝（PAC）、高效聚合氯化铝（HPAC）和AlCl3，其投加总量为干污泥量的10%时，其比阻值最小，能改善污泥的脱水效果[8]。 1.3.1 Fenton试剂

芬顿氧化技术单独使用或者联合其他处理手段一起使用，能达到较好的污泥脱水的效果[9]，在酸性条件下，芬顿试剂生成的羟基自由基是破解污泥的主要物质，其具有较强的氧化性，能够氧化污泥中的有机物，破解EPS，最终使细胞内部水释放出来，实现污泥的深度脱水。

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张昊[10]等通过对比不同骨架构建体与Fenton试剂的复合实验，污泥比阻降低率高达94.25%；梁秀娟[11]等用Fenton试剂处理印染污泥，并取得了良好的效果；李娟[12]等用Fenton试剂破解剩余污泥中的胞外聚合物，以多糖、蛋白质等为表征指标发现，Fenton试剂有效地破坏了污泥中的EPS。但是，芬顿试剂具有一定的缺点，其必须在酸性条件下反应，若投入生产，会对设备造成腐蚀，增加污泥的处理成本。 1.3.2 活化过硫酸盐法

Zhen[13]等以毛细吸水时间为污泥脱水的表征指标，用Fe2+活化过硫酸盐的方法来探讨污泥脱水的可行性，实验结果表明，其主要机理是破解污泥的EPS和破坏微生物细胞，使EPS结合水、胞内结合水释放，改善污泥的脱水性能。唐海、沙俊鹏[14]等研究表明，亚铁离子活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基能够破坏污泥中的菌胶团结构，使有机物释放，增强表观疏水能力，明显减弱水的结合力，增加污泥的脱水性能，使污泥处理与处置减量化。而在没有活化的情况下过硫酸盐自身不易生成硫酸根自由基，因此相关学者在过硫酸盐活化方面做了大量的研究，包括热活化、光活化、电活化、过渡金属活化等。

刘桂芳[15]主要介绍了国内外活化过硫酸盐的方法及进展，其中包括热活化、光活化、过渡金属离子活化、微波等单一活化方法，及复合活化方法。张乃东[16]用UV/S2O82-处理水中的甲基橙，反应一段时间后水中的颜色完全去除，说明光活化可以产生具有强氧化性的物质，分解甲基橙。过渡金属离子活化（Fe2+）在常温下就可以与SPS发生反应，生成硫酸根自由基，除Fe2+ 离子以外的过渡金属离子还有Ag+、Cu2+等，由于活化过程中产生的硫酸根自由基将Fe2+ 氧化为Fe3+，影响活化效果，所以Fe2+：S2O82- 最佳摩尔比对活化效果有着至关重要的影响，由于亚铁离子与三价铁离子相互转换的原因，Liang[17]等提出向体系中序批式的加入Fe2+，能提高TCE的降解效果；其活化机理如下：

Fe2++S2O82-→Fe3++SO4-·+ SO42-

SO4-·+ Fe2+→Fe3++ SO42-

(1-1) (1-2)

近年来，复合活化方法得到广泛的应用，据杨世迎[18]可知其复合活化方 有双氧化剂、紫外光与过渡金属离子的联合、紫外光与双氧化剂的联合、超声波与热的联合等都去的了一定的研究成果，大大增加了处理效率。据Huang[19]

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针对不同的有机物，其活化方法不同，目前过硫酸盐不同的活化方法用于不同的领域，在发展与完善的过程中。 1.4 复合调理

单独使用骨架构建体，存在结合水无法脱除、泥饼的增容比增加、有机物含量高、不利于污泥的后置处理等问题，本实验以粉煤灰与石灰为骨架和活化过硫酸盐相结合，在活化过硫酸盐的基础上破解EPS，通过加入骨架构建体形成坚硬的网格骨架，为脱水提供通道，以污泥的含水率和比阻为表征指标，研究复合调理剂对脱水性能的影响。

2 结语

物理调理法是污泥脱水最简单有效的方法，具有原料廉价易得、便于管理等优点，但是，若骨架构建体的投加量增大，会导致污泥增容比增加，不便于运输，对污泥的后续处置带来不便；近年来，常见的调理污泥的方法为化学调理，不仅是各种絮凝剂会增加污泥的脱水性能，其中，Fenton试剂与活化过硫酸盐法是比较先进的处理污泥的技术，活化过硫酸盐法具有适用范围广、便于操作管理、常温下就可以反应等优点，近年来得到更见广泛的关注；微生物调理法是新型的污泥调理技术，但是其适用成本较高，得不到广泛应用。

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