CaPFS对河道底泥电渗脱水及固磷影响的研究

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底泥关系到河湖生态系统营养物循环,其形成过程充斥着各类物理化学以及生物反应,通常位于河湖底部,所含有机物以及营养盐十分丰富,多为灰黑色。对河湖的生态治理,首要考虑的是对其底泥的生态疏浚和处理,而此疏浚的底泥含水率高并富含营养元素,随意堆放占据大量土地并污染环境。因此,对河湖底泥首要的是进行脱水并控制其污染物的释放,以此减少其堆积体积与对环境的影响。对此,本文围绕河道底泥,开展了以下几个方面的研究:钙基聚合硫酸铁(Calcium-based Polyferric Sulfate,CaPFS)强化电渗透脱水,就CaPFS投加量、电极电压、泥饼厚度及前置时间进行探索优化。结果表明,在恒压电渗下,随CaPFS投加量增加,泥饼含水率先降低后增加,在CaPFS投加量为0.5gFe/kg·DS时,脱水效率达到最大为34.9%,对初始含水率为68%的底泥,最终泥饼含水率为57.88%。对泥饼有机质、pH值、电导率、污泥粒径和温度进行测定与分析发现,CaPFS投加量对有机质含量无明显影响;脱出水电导率与电渗脱水效率变化趋势相近;泥饼温度的上升降低其黏度,有利于电渗透脱水进行,但也会相应增加脱水能耗。适当增加电极电压可以提高脱水效果,降低泥饼含水率,但电压过高同样导致脱水效率下降和能耗增加。20 V时,电渗脱水效率为43.16%、能耗为0.10 kWh/kgfiltrate,对含水率为68%的底泥,其含水率可降低到54.76%。泥饼厚度增加能适当增加脱水效果,但脱水能耗有所增加,当泥饼厚度为3.75cm时,脱水效率达到最大为45.62%,泥饼最终含水率为53.62%。添加CaPFS后的前置时间变长,电渗透脱水效率先增加后减少,但脱水能耗先减少后增加。当前置时间为10h时,泥饼最终含水率降低到49.90%,脱水效率达到40.85%。综合考虑脱水效率和能耗这两个因素,CaPFS协助电渗脱水的合适参数为:CaPFS投加量0.5 gFe/kg·DS、电极电压20 V、泥饼厚度3.75cm、静置反应时间10h。CaPFS强化固磷效果:在CaPFS投加量为0-0.5gFe/kg·DS时,底泥中被固持到泥饼的磷,其比例从65%增加到83%。底泥pH值降低有利于磷的固定,且发现CaPFS中铁的量与流失到脱除水中磷的关系:LP=0.011+0.058*exp?(-39*Fe),R2=1.00。据此可根据预控制的磷浓度,来确定CaPFS的投加量,从而实现脱除的水达到相应的水体控制标准。底泥脱水固磷效果与经济分析:当CaPFS投加量为0.5gFe/kg·DS、电压20 V、泥饼厚度3.75cm和前置时间为10h,分别测试脱水后分层泥饼含水率、pH值、电导率、磷含量分析。结果发现:(1)泥饼上层、中层和下层的最终含水率依次递增;(2)从下至上,泥饼pH变化规律是从弱酸性逐渐变成弱碱性;(3)电导率分布规律:上层泥饼>下层泥饼>中层泥饼。;(4)固磷效率:中层(49.33%)>上层(40.32%)>下层(36.73%)。结合实验结果分析:电渗脱水过程中电极板周围会产生电解反应,会促使阳极产生H+,相反阴极产生OH-,而中部由于H+和OH-生成水,导致上层电导率值最大。在电场的驱动下磷元素由阴极逐渐向阳极移动,故阳极和中层附近污泥总磷含量比阴极高。
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