利用污水污泥制备有机物聚集介质的可行性探析

将城市污水中富含的有机物质或化学能回收利用,转化为有价值的产品或能源,是当前城市污水处理领域的研究热点。低浓度有机物的富集浓缩是实现城市污水有机物回收利用的首要前提。利用絮凝捕集方法将污水有机物转移聚集至污泥中,具有富集过程能耗低、碳转化损失少的优点。阐述分析了高分子有机絮凝剂的制备原理,尤其是天然高分子絮凝剂改性制备过程中各组分的作用、特性与效果,并将污泥水热处理液相产物中大分子有机物的组成和特性与之进行对比分析,介绍了接枝共聚、醚化、氧化等几种常见改性手法。结合相关实验研究,论证探析了以污水污泥为原料,通过水热处理和改性制备获取可用于城市污水有机物富集回收的絮凝聚集介质的可行性及意义,并提出了进一步深入研究需要解决的问题。

不同条件下污泥水热液相产物的生成特性

将城市污水污泥作为研究对象进行水热处理,目的是得到可以改性成为聚集介质的水溶性有机聚合物(soluble organic polymers,SOP)。研究了不同温度(150、175、200和225℃)、反应时间(0.5、1和1.5 h)和碱性添加剂用量等水热条件下SOP的生成特性。结果表明,随着温度和反应时间的增加,SOP产率逐渐下降,由28.5%(150℃、0.5 h)降低至14.73%(200℃、0.5 h)。碱的投加提高了SOP产率,且NaOH的效果优于Na_(2)CO_(3)。元素分析表明,温度升高导致SOP的O/C和H/C下降,腐殖化、芳香化程度均增加。红外光谱和X射线光电子能谱表明,温度的升高导致SOP中改性可利用的含氧基团减少。因而150℃、0.5 h、NaOH投加量为污泥干重的10%时,水热反应条件是最适宜的,可以得到更适合作为聚集介质前体物的SOP。本研究结果可为污水污泥资源化利用提供参考。

污泥水热液相大分子物质组成对聚集介质特性的影响

采取适宜的方式将城市污水中的有机物回收并转化为有价值的产品,可推进污水厂的资源回收与可持续发展.前期研究证实以污泥水热液相大分子物质(HL-MMP)为原料并通过接枝共聚法改性,制备出具备捕获生活污水中有机物能力的絮凝材料,即聚集介质,可经济有效地去除污水中的有机物,并将其以污泥的形式富集以便于回收利用.本文通过改变水热条件调控HL-MMP的组成特性,包括官能团、分子量及蛋白质、多糖含量等,在相同改性条件下,探讨HL-MMP不同组成特性对聚集介质特性,如电荷特性、分子量特性等的影响,进而分析其作用机制.结果表明,HL-MMP主要由蛋白质类、类腐殖质两大类物质组成.HL-MMP中酚羟基与多糖含量呈正相关;羧基、分子量与蛋白质类和类腐殖质物质含量呈正相关;不饱和基团与还原糖、蛋白质类和类腐殖质含量呈正相关.120~160℃,10~30 min水热条件下,HL-MMP主要来源于污泥中生物体的溶解、水解反应;180℃水热条件下,其主要来自于溶解、水解产物的再聚合.聚集介质电荷特性主要与HL-MMP的酸性基团(酚羟基、羧基)呈正相关,引发剂引发酸性基团产生自由基,结合DMC,使其携带正电荷;聚集介质分子量特性主要与HL-MMP分子量、不饱和基团呈正相关性,引发剂引发不饱和基团产生自由基,发生均聚反应,使其分子量增大.