炭材料強化污泥電脫水效果及同步燃料化處理

王瑞露,劉相汝,曹秉帝,張偉軍,王東升,同 幟

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炭材料強化污泥電脫水效果及同步燃料化處理

王瑞露1,2,劉相汝3,曹秉帝2*,張偉軍3,王東升2,同 幟1

(1.西安工程大學環境與化學工程學院,陜西 西安 710048；2.中國科學院生態環境研究中心環境水質學國家重點實驗室,北京 100085；3.中國地質大學(武漢)環境學院,湖北 武漢 430074)

為研究炭材料調理對污泥電脫水性能及泥餅可燃性的影響,使用改性前后的活性炭和石墨對污泥進行預調理,對調理后的污泥進行電脫水實驗,深入解析了炭材料調理前后污泥電脫水行為及泥餅可燃性的變化.研究表明:經炭材料調理后的污泥,陰極電脫水速率提升,相較于其他3種炭材料,石墨調理后的陰極電脫水速率提升最為明顯,石墨的投加量5%TSS時,陰極平均脫水速率從0.074g/L上升到0.095g/L.炭材料可以提高污泥體系的電導性和污泥絮體的電泳淌度,使得陰極泥餅孔容有上升的趨勢,陰極泥餅孔容從未投加炭材料時的0.1147cm3/g增加到AC-0、AC-1、AC-5、石墨的投加量為20%TSS時的0.119、0.122、0.146、0.157cm3/g;此外,炭材料加入后陰陽兩極濾液中溶解有機物DOM和蛋白質組分濃度降低,可以緩解濾布堵塞;污泥電脫水過程中經炭材料調理后可以降低脫離每單位水所需要的能耗,未投加炭材料時去除每單位水所需能耗為6.75kW·h/kg去除水,而當AC-0、AC-1、AC-5、石墨的投加量為20%TSS時,能耗分別降低到5.64、5.22、5.20、5.11kW·h/kg去除水,且泥餅含水率從未投加炭材料時的58%降低至45%,固炭量增加,提高了泥餅的熱值和可持續燃燒時間,當石墨的投加量為20%g/gTSS時,泥餅熱值提高了17%.有利于后續焚燒資源化利用.

污泥；炭材料；電滲透；EPS；脫水性

污水處理過程中產生的大量污泥,因其顆粒較細,含水率高(通常超過99%),高的污泥含水率常伴隨著大的污泥體積,導致污泥的運輸費用高、運輸難度大、占用大量的處理場地[1].因此,污泥高效脫水技術的開發成為眼下我國環保工作者研究的重要課題之一.污泥中的水分包括游離水(70%)、間隙水(20%)、吸附水(7%)和結合水(3%)[2],傳統機械脫水方式對污泥脫水效果有限,而在機械脫水的基礎上施加電場輔助往往能達到深度脫水效果[3-4].

污泥絮體表面帶負電荷,在其外層會聚集一層較高密度的正電荷形成雙電層,當有外在電場存在時,帶負電的污泥絮體會往陽極方向遷移,夾雜在污泥絮體中的水就會向陰極滲透,在這個過程中伴隨著電泳、電遷移和電滲透等動電現象[4-5].根據Barton等[3]與Mahmoud等[4]的研究分析,污泥機械-電脫水過程可以大體分為5個過程,首先是機械壓濾使得污泥中大部分游離水脫出,然后污泥絮體向陽極遷移,當泥餅形成后污泥絮體將停止遷移,隨后電極上進行的電化學反應使得污泥體系維持電荷平衡,從而脫水狀態繼續維持,最后當水分不再是連續相時,整個體系電阻升高產生大量的歐姆熱,脫水過程結束.污泥在施加電場脫水過程中往往需要較高的能耗,電脫水過程中溶解出的胞外聚合物(EPS)會堵塞濾膜,這也限制了污泥電脫水的廣泛應用,研究發現,污泥的電導率對其電脫水效果有重要影響,較高的電導率有助于污泥的電脫水效果[6].

固體炭材料如活性炭、石墨等都具有一定的導電性,可以增強污泥體系的電導性影響電脫水效果,且其孔隙結構發達,對腐殖酸,蛋白質及微生物代謝產物都具有吸附作用[7-8],對電脫水過程中EPS的區域分布會有影響,此外炭材料都具有較高的熱值,對于脫水后的泥餅焚燒資源化可以提供便利.目前,采用炭材料來改善污泥電脫水效果同步促進燃料化的研究,國內外均未見報道.因此,本研究采用原活性炭(AC-0)、酸改性活性炭(AC-1)、酸堿改性活性炭(AC-5)和石墨來調理污泥進行電脫水實驗,分析了解不同炭材料處理后污泥電脫水效果的變化,并采用比表面積分析儀(BET)、三維熒光等分析手法深入解析陰陽兩極泥餅結構和EPS溶解釋放的變化情況,此外對電脫水過程中能耗和污泥的熱值進行了分析,對污泥電脫水減量同步燃料化的新路徑進行了可行性分析.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 污泥來源 污泥取自北京市北小河污水處理廠的剩余污泥,該水廠的處理規模為10萬m3/d,采用兩種工藝組合,即UCT工藝(即 University of Capetown工藝,是由南非開普敦大學開發類似于A2/O工藝的一種脫氮除磷工藝)與MBR(膜生物反應器,是一種由活性污泥法與膜分離技術相結合的新型水處理技術工藝組合)、MBR工藝與RO(Reverse Osmosis反滲透工藝)工藝組合.其基本參數如表1所示:

表1 污泥的基本性質

注:CST為毛細吸水時間,CSTn為歸一化處理結果.

1.1.2 電脫水實驗裝置 本研究所用電脫水裝置如圖1所示,該裝置參考Citeau等[9]的實驗裝置設計.主要由一個圓柱活塞壓濾腔室(橫截面積: 25cm2,容量:62.5cm3)、直流穩壓電源(MAISHENG- 603;0~3A; 0~60V)、溫度計和2個精準天平(精度0.01g)組成.電極選用的是鍍釕鈦電極,濾布孔徑為50mm.本研究所用機械壓力為0.5MPa,電壓為55V,壓濾時間為1h,陰陽兩極電脫水平均速率由公式(1)計算:

1.1.3 炭材料結構特征 本實驗共選用4種炭材料,原活性炭(AC-0)、酸改性活性炭(AC-1)、酸堿交替改性活性炭(AC-5)和石墨,活性炭改性采用黨斐等[10]提供的方法,具體改性方法如下:將AC-0放入管式爐中在N2保護下以5℃/min加熱速率對樣品從室溫加熱至850℃并保溫1.5h,然后自然冷卻至室溫.將碳化后的活性炭浸漬在稀HNO3(質量分數為30%)中,60℃條件下攪拌反應4h.然后使用去離子水反復過濾和洗滌直至濾液的pH值為中性,再在80℃真空干燥器中干燥24h,標記為AC-1,置于真空干燥器中備用.

干化法改性活性炭時,將KOH研磨成粉末, AC-0與KOH按照質量比為1:4混合均勻放入管式爐中,在N2保護下對樣品從室溫加熱至600℃(5 ℃/ min)并保溫1.5h,然后自然冷卻至室溫.使用去離子水反復過濾和沖洗直至活性炭濾液的pH值為中性,在80℃真空干燥器中干燥24h,干燥后的活性炭在室溫下浸漬在稀HNO3(質量分數為30%)中并不斷攪拌,按照上述方法洗滌干燥,樣品標記為AC-5,置于真空干燥器中備用[10].

幾種炭材料的結構參數如表2所示:

圖1 電脫水裝置

表2 炭材料孔結構參數

圖2 改性前后活性炭的XRD圖譜

圖2為幾種炭材料的XRD圖譜對比,從圖2可以看到AC-0的XRD圖譜在17.4°和43.4°有峰值,表征AC-0和AC-1是無序炭結構,改性后的活性炭AC-5在26.4°和43.8°有峰值,分別對應炭的(002)峰和(100)峰[11],AC-5 的002峰位向高角度發展,002(衍射面的面間距,002=2nm)介于0.335nm和0.344nm之間[12],不同程度的增強了π電子的運動,說明AC-5存在石墨晶體結構.石墨是由碳原子結構層堆垛而成的碳元素結晶礦物之一,結構層內碳原子通過σ鍵和離域性大π鍵聯結;結構層之間則是靠范德華力聯結,石墨的結構特殊性賦予石墨優良的導電性,所以經過酸堿交替改性的活性炭AC-5相較于AC-1和AC-0有更好的導電性.

1.2 污泥理化性質測定

由于污泥本身電導率較低,在進行電脫水實驗之前往污泥中加入適量Na2SO4進行調理,然后用4種炭材料分別調理污泥:取200mL污泥于燒杯中,炭材料按干污泥量的百分比進行投加,投加量分別為0%、5%、8%、11%、14%、20%TSS(TSS代表污泥干固體含量)啟動磁力攪拌裝置,以900r/min攪拌20min后靜置,將調理好的污泥進行電滲透實驗,收集泥餅和陰陽極濾液.

1.2.1 溶解性有機物(DOM) 本實驗中,收集陰陽兩極的濾液,將濾液過0.45μm的濾膜,所得到的溶液為污泥中的溶解性有機物(DOM).

DOM采用Torch燃燒自動進樣分析儀(Teledyne Tekmar,USA)測定.pH值測定采用pH值S-3C (中國上海) pH值計.

三維熒光光譜采用熒光光度計(Hitachi F-4500, Japan)測定.激發波長區間為200~400nm,波長間距為10nm,發射波長區間為220~550nm,波長間距亦為10nm.光譜的掃描速度為12000nm/min.熒光峰的位置、強度比例均不會受到離子強度的影響[13].

1.2.2 陰陽極泥餅微觀形貌測定 將電脫水得到的陰陽極泥餅冷凍干燥48h,取出研碎進行BET比表面積分析,比表面積分析采用Micromeritics ASAP 2020型全自動多功能氣體吸附儀進行測定.同時改性前后炭材料的比表面積和孔結構也通過BET分析測定.

1.2.3 陰陽極泥餅熱分析測定 熱值測定采用三德量熱儀(Sunday,SDACM3100,China)最大功率為220W,電源電壓為220V/50Hz.取0.5g左右經冷凍干燥研磨之后的陰陽極污泥樣品置于指定膠囊內,置于量熱儀彈筒中充氧,進行燃燒測定,單次完整測試時間:15~25min,熱容量精密度:￡0.2%,得到彈筒發熱量即為污泥泥餅熱值(J/g).

熱重分析采用高溫TGA/DSC同步熱分析儀(Mettler Toledo,Switzerland),工作溫度范圍室溫~1600℃,溫度準確度(單點)0.05℃,溫度準確度(全程)0.5℃.本次測量保護氣體為N2,升溫速率為20℃/min,室溫升至1200℃.熱重分析法是在程序控制溫度下,測量物質質量與溫度關系的一種技術,熱重法實驗得到的曲線稱為熱重曲線(即TG曲線),將TG曲線對溫度(或時間)取一階導數即得熱商熱重曲線(DTG曲線)[14].

2 結果與討論

2.1 炭材料對電脫水效果的影響

傳統污水處理廠的污泥通過機械脫水后含水率可降至80%,無法達到后續處理工藝的要求[15].電滲透脫水作為深度處理工藝,可以有效地將含水率降至60%以下,而且具有低能耗、去除病原微生物以及降低運輸成本等優點[16],因此被推薦為污泥機械脫水的補充工藝.本實驗電脫水之后的污泥含水率達到58%,隨著炭材料的投加,污泥含水率進一步降低至45%左右,相較于傳統的化學預調理,活性炭調理污泥進行電脫水不僅實現了污泥含水率的降低,同時提高污泥泥餅后期燃料化應用價值,并且避免了二次污染.

圖3分別經不同投加量AC-0、AC-1、AC-5和石墨調理后的污泥電脫水平均速率,可以看到陰極平均脫水速率整體比陽極要高,這與Citeau等[17]和Cao等[18]的研究結果一致,其研究發現陰極是電脫水過程中的主要疏水端,陰極脫水速率也是判斷電脫水效果的重要參數,因此電脫水過程中陰極電脫水速率高于陽極.經炭材料調理后的污泥,陰極電脫水速率提升,說明炭材料的加入可以促進電脫水效果.此外,加入石墨相較于其他3種炭材料,陰極電脫水速率提升最為明顯,在石墨以較小的投加量5%TSS時,陰極平均脫水速率從0.074g/L上升到0.095g/L.Mahmoud等[4]和Bard等[19]的研究發現,電脫水過程中電滲透的速率可以根據公式(2)計算:

式中:是污泥體系的介電常數;是動力粘度系數;是Zeta電勢;?是加在介質中的電壓.從公式(2)中可以看出電脫水滲透速率與污泥電導性成正相關,污泥絮體帶負電,在電脫水過程中會發生電泳和電滲透等動電現象,同時污泥的EPS區域分布情況與電脫水效果密切相關,為了探討炭材料改善電脫水的機理,接下來分析研究炭材料對污泥體系電導性、動電現象及EPS區域分布的影響.

2.2 炭材料對污泥電脫水過程中電流變化的影響

圖4 不同炭材料調理后電脫水過程中的電流變化

2.2.1 電流變化 圖4是經不同炭材料調理后污泥電脫水過程中的電流變化,隨著電脫水過程的進行,電流快速增大,然后在10min左右達到最大值,隨后開始下降.這個實驗結果與Mahmoud等[20]的研究結果一致,其研究發現在電脫水剛開始進行時,污泥體系的電阻會隨著陰陽兩極電極板距離變小而降低,因此電流會快速上升,隨著水分的分離和兩極電化學反應產生的氣體會增加污泥體系的電阻,從而導致電流開始下降.加入炭材料后電流出現變化, AC-0和AC-1對電流的影響較小,這是因為AC-0和AC-1的電導性差,AC-5和石墨對電流變化影響明顯,尤其是石墨調理后的污泥,在石墨投加量為20%TSS時電流最高峰值可達0.42A,石墨的導電性要好于活性炭,所以石墨的加入,明顯提高了污泥的電導性能,其中AC-5經過酸堿石墨化改性后其電導性增強,所以AC-5相較于AC-0和AC-1更能提高污泥的電導性能,從而使得電流變大,電導性的增強有助于改善電脫水效果.

2.2.2 陰陽兩極泥餅孔隙結構 電泳現象:本實驗中,用薄刀片分別收集了陰極端和陽極端的泥餅,然后對陰陽兩極泥餅進行孔隙檢測分析.圖5(a)是陰陽兩極泥餅孔容的變化結果,從圖中可以看到,陰陽兩極泥餅的孔容出現了明顯的差異,陰極孔容比陽極孔容高,在電脫水過程中陰陽兩極泥餅孔容出現差異主要是因為電泳作用導致的,電泳作用促使污泥絮體向陽極移動從而導致陰極泥餅結構相比陽極更為疏松,這與Lee等[21]和Cao等[18]發現電脫水過程中陰極泥餅的孔隙率要比陽極高的結果一致.電脫水過程中陰陽兩極泥餅隨著炭材料投加量的增加,陰極泥餅孔容有上升的趨勢,尤其是AC-5與石墨調理后的污泥,因為AC-5與石墨的導電性相對更強,促進了污泥在電場中的電泳作用,從而使得陰極的泥餅變得更加疏松,從圖5(b)中也可以觀察到經炭材料調理后的污泥絮體Zeta電位有下降趨勢,從而使得絮體電泳淌度增加,在投加量為20%TSS時,經石墨調理后的陰極泥餅孔容從0.11cm3/g增加到0.15cm3/g,根據Qi等[22]的研究,泥餅結構疏松有利于水分的持續分離,而陰極又為電脫水過程中的主要疏水端,所以促使陰極泥餅孔容增加有利于改善污泥電脫水的效果,這與電脫水速率結果一致.

2.3 炭材料對陰陽兩極EPS區域化分布的影響

在電脫水過程中,陰陽兩極濾液中的變化特征往往可以代表陰陽兩極EPS溶解分布的特征[18],因此需對不同炭材料調理后陰陽兩極濾液DOM含量和組分的變化情況進行分析.

2.3.1 DOM含量 圖6是不同炭材料調理后陰陽兩極濾液DOM含量變化,從圖中可以看到陰陽兩極濾液中DOM濃度出現明顯的差異,陰極DOM含量整體比陽極高.在污泥電脫水過程中陰極會產生大量的OH-導致堿化作用,而陽極會產生H+導致酸化和氧化作用,根據Zhang等[23]的研究報道,污泥在堿性環境中其EPS會大量溶出,所以陰極DOM濃度明顯高于陽極,EPS溶出的粘性蛋白類物質會堵塞濾膜,破壞污泥的脫水性.炭材料加入后陰陽兩極濾液中DOM濃度開始下降,這是因為炭材料能夠將溶解出的EPS吸附,可以看出AC-5的陰陽兩極DOM濃度下降最為明顯,在投加量為20%TSS時,陰陽兩極DOM濃度分別從49.96、28.61mg/L下降到24.21、14.14mg/L,這是因為AC-5的比表面積最大,其對有機物的吸附能力最強,根據Cao等[18]的研究發現,電脫水過程中陰極EPS大量溶解會導致濾膜堵塞,陰極濾液DOM含量與脫水速率成負相關,炭材料的加入使得陰極DOM含量降低,能夠緩解濾布堵塞,雖然AC-5比表面積最大,其吸附效果最好,但是其改善電脫水效果卻劣于石墨,說明在炭材料改善電脫水過程中電導性比吸附性更重要.

圖6 不同炭材料調理后陰陽兩極DOM濃度

圖7 原泥電脫水陰陽兩極熒光強度

2.3.2 DOM組分 三維熒光是一種高靈敏度和選擇性的分析工具,在生物源物質的表征方面具有獨特的優勢[24].圖7是原始污泥陰陽兩極濾液中DOM的三維熒光圖,如圖所示原始污泥陰陽極DOM光譜中主要有Peak A(λx/λm=280nm/335nm)—色氨酸類蛋白、Peak B (λx/λm=225nm/340nm)—芳香類蛋白、Peak C (λx/λm=330nm/410nm)—腐殖酸3個熒光峰,可以明顯看到陰極DOM中蛋白類物質熒光峰值Peak A和Peak B要高于陽極,這與Cao等[18]的研究結果一致.表3是不同活性炭調理后污泥電脫水陰陽兩極濾液DOM熒光峰強度的結果,在未加活性炭時陰陽兩極DOM中各熒光峰值PeakA、PeakB、PeakC分別為1897、2345、274和287.2、407.4、291,從表中可以看到,陰極DOM中各熒光值整體要比陽極高,而且隨著炭材料投加量的增加,3個熒光峰的峰值都呈下降趨勢,其中經AC-5調理后的熒光峰值下降最明顯,在投加量為20%TSS時陰陽兩極DOM中PeakA、PeakB、 PeakC的熒光峰值分別降低到353.8、499.6、79.7和50.4、110.5、86.8,陰極濾液中蛋白類物質熒光峰Peak A和Peak B明顯降低,這主要是因為溶解出的蛋白類有機物質被炭材料吸附,蛋白類物質濃度的降低可以減小污泥的粘度,緩解濾布堵塞.

表3 不同炭材料對陰陽兩極DOM熒光強度峰值的影響

Table 3 Effect of different carbon materials on the peak value of DOM fluorescence intensity of two electrodes

注:陰陽極濾液均稀釋10倍.

2.4 炭材料對電脫水過程中能耗的影響

根據Mahmoud等[20]的研究, 電脫水過程中的能耗計算公式如下:

式中:為脫除單位水分所需能耗, kWh/kg;為脫除的水分的重量,kg;為脫水過程中所加電壓(V);(t)為脫水過程中的電流隨時間的變化,t為脫水時間(h).本實驗通電時間一致,均為1h.圖8(a)是經不同炭材料調理后污泥電脫水泥餅的含水率,如圖所示隨著炭材料投加量的增加,泥餅含水率降低,因為炭材料是干固體材料,加入污泥中會增加其干固量,從而其投加量越高最后的泥餅含水率就越低,其中石墨的泥餅含水率最低,在AC-0、AC-1、AC-5和石墨投加量為20%%TSS時,泥餅含水率分別從58%降低到50.1%、46.3%、46.1%和45.2%,圖8(b)是不同炭材料對污泥電脫水過程能耗的影響,隨著炭材料投加量的增加脫除同質量水分能耗降低,其中經石墨調理后的污泥能耗降低最明顯,在污泥電脫水過程中,炭材料的加入可以增加污泥的電導性,促進電泳作用,使得陰極泥餅結構更疏松,同時炭材料可以吸附溶解出的EPS,降低黏性蛋白類物質的含量,緩解濾布的堵塞,石墨由于其良好的導電性能相較于其余3種炭材料顯著提高了電脫水效率,將污泥電脫水能耗降到最低.炭材料投加量的增加伴隨著脫水能耗和泥餅含水率的降低,運用較低能耗的同時實現污泥減量化的處置.

圖8 炭材料對污泥電脫水能耗的影響

Fig.8 Effect of carbon materials on energy consumption of electro-dewatering process

2.5 泥餅熱分析

圖9(a)是炭材料對泥餅熱值的影響,經炭材料調理后的泥餅熱值明顯升高,其中經石墨調理后的泥餅熱值增加最明顯,原泥泥餅的熱值為14.5MJ/kg, 當石墨的投加量為20% g/gTSS時泥餅熱值增加到17.3MJ/kg,熱值提高了17%. AC-0、AC-1、AC-5和石墨的熱值分別是15.761、19.81、21.659、28.445MJ/kg, 炭材料的加入會提高污泥中固炭含量,勢必會提升污泥泥餅的熱值.圖9(b)是炭材料投加量為20% g/gTSS時的泥餅熱重圖,可以看到當溫度開始升高時泥餅的重量開始降低,在DTG曲線中有3個明顯的失重峰,說明泥餅有3個明顯的失重區間.第一個失重峰出現在100℃左右,這主要是污泥中的結合水分的析出,第二個和第三個失重峰出現在300℃左右,這一階段重要是污泥中的易揮發性物質的析出,當溫度到達600℃后,泥餅重量趨向于穩定,根據TG-DTG方法[25],可以看出幾種泥餅著火溫度沒有明顯區別都為200℃左右,但是經炭材料調理后的泥餅燃盡溫度升高,其可持續燃燒時間變長.

經炭材料調理后的污泥,電脫水效果改善,且脫離每單位的水所需能耗降低,同時脫水后的泥餅熱值升高,可持續燃燒時間增加,有利于后期焚燒資源化利用,對于污泥減量資源化是一項有價值的新的處理路徑.

3 結論

3.1 經炭材料調理后的污泥,陰極電脫水速率提升,加入石墨相較于其他3種炭材料陰極電脫水速率提升最為明顯,在石墨以較小的投加量5%TSS時,陰極平均脫水速率從0.074g/L上升到0.095g/L.

3.2 加入炭材料后電流出現變化,AC-0和AC-1對電流的影響較小,AC-5和石墨對電流變化影響明顯,在石墨投加量為20%TSS時電流最高峰值可達0.42A,此外投加炭材料后,污泥絮體電泳淌度增強,陰極泥餅孔容有上升的趨勢,尤其是AC-5與石墨調理后的污泥.

3.3 炭材料加入后陰陽兩極濾液中DOM濃度開始下降,AC-5比表面積最大,經其調理后陰陽兩極DOM濃度下降最為明顯,在投加量為20%TSS時,陰陽兩極DOM濃度分別從49.96、28.61下降到24.21、14.14mg/L,其中蛋白質類物質熒光峰也明顯下降.

3.4 電脫水過程中加入炭材料,可以降低脫離每單位水所需要的能耗,此外泥餅含水率降低,固炭量增加,提高了泥餅的熱值和可持續燃燒時間.

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Carbon material reinforced sludge electric-dewatering synchronous fuel treatment.

WANG Rui-lu1,2, LIU Xiang-ru3, CAO Bing-di2*, ZHANG Wei-jun3, WANG Dong-sheng2, TONG Zhi1

(1.School of Environmental and Chemical Engineering,Xi￠anPolytechnic University, Xi￠an 710055, China；2.State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；3.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)., 2018,38(11)：4120~4129

In order to study the influence of carbon material conditioning on sludge electrical dewatering performance and combustibility of sludge cake, sludge was pre-conditioned by using activated carbon and graphite, and analyzed the characteristics of sludge and dissolved organic matter (DOM) at both electrodes. The results showed that the electro-dewatering rate at cathode was increased after treated with carbon materials, and the promoted effect of graphite was more than the other three carbon materials. The average dehydration rate of the cathode increased from 0.074g/L to 0.095g/L when graphite was added in a small dosage of 5%TSS. Carbon materials could enhanced the conductivity of sludge system and electrophoretic mobility of sludge floc, which result in the porosity of sludge cake at cathode was increased.The pore volume of cathode mud cake was 0.1147cm3/g when the dosage of carbon materials was 0%TSS ,but the pore volume of cathode mud cake were was 0.119、0.122、0.146、0.157cm3/g when the amount of AC-0、AC-1、AC-5、graphite was 20% TSS. In addition, the DOM concentration and protein substances in filtrate of both electrodes were decreased after treated with carbon materials, it can relieve the block of filter cloth; the energy consumption per mass of water removed can be reduced after being treated with carbon materials, The energy consumption required to remove water per mass of water was 6.75kW×h/kg, when activated carbon was not added separately, and when the dosage of AC-0、AC-1、AC-5、graphite were 20%TSS, the energy consumption decreased to 5.64、5.22、5.20、5.11kW·h/kg, and the water content of mud cake decreased from 58% to 45%, the calorific value and sustainable combustion time of sludge cake treated with carbon materials were enhanced,when the amount of graphite was 20%TSS, the calorific value of sludge cake increased by 17%. which can beneficial to the subsequent utilization of incineration.

sludge；carbon materials；electro-osmosis；EPS；dewaterability

X703

A

1000-6923(2018)11-4120-10

王瑞露(1993-),女,陜西漢中人,碩士研究生,主要從事污泥深度脫水技術研究.發表論文1篇.

2018-04-09

國家自然科學基金資助項目(51338010,51678546)

* 責任作者, 博士, caobingdi@126.com