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清洁技术
印染污泥干燥温度及程度对干燥过程中冷凝液产生的影响研究
佚名
2021/4/6
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印染污泥干燥温度及程度对干燥过程中冷凝液产生的影响研究

 

0·引言

印染废水处理过程中产生了较多的固态、半固态废弃物即印染污泥。印染污泥成分复杂,含有印染过程中所使用的染料、浆料、助剂等,如处理不当,对环境污染较大[1]。印染废水产生量大,处理废水过程中产生的印染污泥量也很大,一般1 000 t染整废水产生约1.5 t含水率80%的污泥[2]。

目前,对于印染污泥仍然采用传统的普通污泥处置方式,如土地利用、焚烧、卫生填埋等。污泥深度脱水将是未来污泥处理的新趋势,污泥干燥或半干燥为后续的污泥处理处置及资源化利用提供了多种选择[3],是污泥资源化利用的关键步骤[4]。而一般污泥干燥过程中,在除去污泥中水分的同时不可避免地会使污泥中某些易挥发,不稳定物质同时释放。如二甲二硫、氨等恶臭物质的释放易引起较大环境与社会问题[5]。在印染污泥干燥过程中,同样会释放出污染物,造成二次污染。对其污染物释放规律进行探索,可以为从源头上控制印染污泥干燥过程中污染物的产生,提供一定的参考。

1·实验材料、装置及方法

1.1材料与制备

印染污泥取自广州市某针织印染制衣有限企业污泥脱水间,该厂印染废水处理工艺为厌氧生化→混凝沉淀→好氧生化→沉淀出水。所投混凝剂为WH有机混凝剂、PAC和少量PAM,并投加少量PAM作脱水剂。实验用污泥取压滤机刚压滤出的新鲜脱水印染污泥,呈黑色,有明显臭味和芳香气味。对实验污泥的基本性质进行测定,其污泥湿基含水率为80.1%;干基挥发性固体含量为42.9%,比一般城市污水处理厂污泥中60%~80%的有机物含量低[6];灰分含量较高;污泥密度为1.048 g/cm3;pH为7.24。

新鲜污泥采回后置于4℃冰箱内保存,并在2 d内进行相应实验研究。实验前将印染污泥均匀搅拌混合,为避免污泥几何形状对干燥过程造成的影响,统一制成直径1 cm的泥球。

实验装置见图1。

1.2实验方法

1.2.1干燥温度对挥发分的影响

称取污泥样,每份污泥样30 g,分别调整电热套温度至100,120,140,160,180,200℃,恒定温度加热干燥污泥3 h,使得全部污泥样品干燥至接近绝干,并将产生的挥发物进行水冷,收集冷凝液;分析测定各个干燥温度下污泥干燥冷凝液的pH值、COD和NH3-N。

1.2.2干燥程度对挥发分的影响

称取污泥样,每份污泥样30 g,调整电热套温度至140℃,恒定温度加热干燥污泥60,100,120,140,160,200 min,并将产生的挥发物进行水冷,收集冷凝液;分析测定各个干燥时间下污泥的湿基含水率和污泥干燥冷凝液的pH值、COD及NH3-N。

1.3分析测定方法

pH值:PHB-3便携式pH计;污泥湿基含水率、挥发性固体参考CJ/T 221—2005《城市污水处理厂污泥检验方法》重量法;COD、NH3-N各自参考《水和废水监测分析方法》(第四版)中化学需氧量的测定—重铬酸钾法(快速消解)和氨氮的测定—纳氏试剂分光光度法。

2·实验结果及分析

2.1干燥温度对污泥干燥冷凝液性质的影响

2.1.1 pH

污泥干燥冷凝液pH随干燥温度的变化见图2。各个干燥温度下干燥污泥的冷凝液pH值均在6.5~8.0之间,呈中性。污泥干燥过程会引起污泥中本身含有的或分解产生的某些低分子有机酸如挥发性脂肪酸的挥发,而干燥过程还会有大量NH3、CO2的挥发,这些物质冷凝后溶于水,形成了一个缓冲体系,使得pH值变化不大,呈中性,利于干燥冷凝水的后续处理,这与王兴润等[7]采用城市污泥作为干燥对象的实验结果类似。

2.1.2 COD与NH3-N

印染污泥干燥冷凝液COD、NH3-N随干燥温度变化的变化情况见图3。图3显示:印染污泥干燥冷凝液中COD、NH3-N均随着干燥温度的升高而升高,200℃下干燥印染污泥的冷凝液COD和NH3-N分别为317 mg/L和142 mg/L。干燥温度在140~160℃区间时,干燥冷凝液COD、NH3-N含量增幅较大,COD从177 mg/L增加到262 mg/L,NH3-N从100 mg/L增加到130 mg/L。污泥中某些有机物(碳水化合物及蛋白质)在受热时不断热解,蒸发,如蛋白质依次水解生成多肽、小肽、二肽、氨基酸,氨基酸进一步水解成低分子有机酸、氨和二氧化碳[8]。随着干燥温度上升,提供给水解、脱羧等反应的能量增加,热解反应逐渐加强,分解产物增多,使得更多的有机成分释放[9-10]。另外,污泥中存在的某些有机物要达到相应温度才挥发释放,如苯系物、苯胺类或脂类等物质。这些物质的释放也导致干燥冷凝液的有机物含量随温度升高而升高。印染污泥中本身存在的游离氨是干燥冷凝液中NH3-N的重要来源。这些游离氨产生于有机物的生化处理阶段。而没有在生化阶段降解的有机物,如存在于污泥中的脂肪酸铵盐、蛋白质等在达到足够高的干燥温度时会发生分解产生NH3。某些无机物如碳酸氢铵也会受热产生NH3,使得NH3-N浓度随着干燥温度升高而升高。

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2.2干燥程度对污泥干燥冷凝液性质的影响

2.2.1 pH

选定干燥温度140℃干燥印染污泥,随着干燥时间的增加,污泥含水率逐渐减少,而污泥干燥冷凝液的pH则变化范围不大,如图4所示。污泥含水率从65%到30%的干燥过程中污泥干燥冷凝液偏弱碱性,这是由于污泥干燥过程中碱性物质如氨的挥发速率比酸性物质如有机酸的挥发速度快。原因是污泥本身含有的低分子酸性物质较少,碱性物质较多,低分子酸性有机物的挥发需要经过高分子有机物的分解。当干燥到污泥含水率为20%时,有机物分解较多,酸性物质挥发较多,污泥干燥冷凝液偏酸性。进一步干燥至含水率为10%以下时,由于蛋白质的分解产生氨氮类物质,与有机酸构成缓冲系统,使得污泥干燥冷凝液呈中性。

2.2.2 COD与NH3-N

在140℃下干燥印染污泥,随着污泥含水率的降低,干燥冷凝液的COD、NH3-N含量变化不大,如图5所示。污泥含水率从65%降低到5%的过程中,干燥冷凝液的NH3-N含量从85 mg/L升高到105 mg/L。污泥含水率从65%降低到30%的过程中干燥冷凝液的COD含量维持在176~180 mg/L。在污泥含水率降低到30%至5%时,干燥冷凝液的COD含量升高到187~190 mg/L。干燥程度逐渐加深,污泥内部的蛋白质逐渐分解,氨氮类物质的挥发程度超过水分,使得干燥冷凝液的氨氮浓度逐渐增加。挥发的低分子有机物是构成干燥冷凝液COD的主要成分,随着干燥的进行,大分子有机物逐渐分解成小分子有机物并挥发,但总体而言,其速度与水分挥发速度相当,使得干燥冷凝液COD的变化不大。干燥至污泥含水率在30%以下时,小分子有机物的挥发速率略高于水分,使得干燥冷凝液COD略微升高。

3·结论

1)在不同温度下加热干燥印染污泥,在3 h内,pH值在6.5~8.0之间,呈中性,利于冷凝液后续处理;干燥温度越高,干燥冷凝液COD和NH3-N浓度越高,200℃下干燥污泥冷凝液COD和NH3-N分别为317 mg/L和142 mg/L;在干燥温度由140℃升至160℃时,污泥干燥冷凝液COD和NH3-N升幅较大。


              

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