本發(fā)明屬于淤泥固化，具體而言，涉及一種淤泥固化添加劑配方的改良實驗方法。

背景技術(shù)：

1、近年來,隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速發(fā)展,城市及工業(yè)污水處理產(chǎn)生的污泥數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢。污泥作為污水處理過程中產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物,其成分復雜,不僅含有大量的有機物、礦物質(zhì)和重金屬等污染物,而且水分含量也普遍較高。直接將這些污泥隨意排放或堆放,不僅會造成嚴重的環(huán)境污染,還可能危及周圍居民的生活和身體健康。因此,如何對這些污泥進行有效的處理和資源化利用,已經(jīng)成為國內(nèi)外相關(guān)領域普遍關(guān)注的重點問題。

2、目前,常見的污泥處理方法主要包括焚燒、堆肥、厭氧消化等。其中,污泥的固化處理作為一種重要的預處理手段,在提高后續(xù)處理效率和減少二次污染方面發(fā)揮著重要作用。相關(guān)研究表明,通過添加各類固化劑,可以有效改善污泥的物理化學性質(zhì),如提高其含水率、強度等,從而為后續(xù)焚燒、填埋等處理方式創(chuàng)造更加有利的條件。

3、然而,現(xiàn)有的污泥固化技術(shù)仍然存在一些亟待解決的問題:

4、1)固化劑選擇不當。目前的固化劑多為單一成分,如石灰、水泥、飛灰等,其處理效果存在一定局限性,難以滿足不同類型污泥的固化需求。此外,單一成分的固化劑還可能導致固化產(chǎn)物強度不足、抗浸泡性能差等問題。

5、2)固化效果難以預測和控制。由于污泥成分的復雜性和不確定性,使用現(xiàn)有固化工藝很難準確預測和控制最終固化產(chǎn)物的理化性能,這就增加了固化處理的難度和成本。

6、3)固化處理缺乏系統(tǒng)性和針對性。現(xiàn)有的污泥固化技術(shù)大多依賴于經(jīng)驗積累,針對性較差,難以針對不同來源和性質(zhì)的污泥進行針對性的工藝優(yōu)化。這就限制了固化技術(shù)的應用范圍和效果。

7、因此,迫切需要開發(fā)一種新型的污泥固化技術(shù),能夠科學地設計和控制固化劑配方,并結(jié)合理化模型和試驗驗證,最終確定出最優(yōu)的固化處理方案,以滿足不同污泥固化需求,提升固化效果,推動污泥資源化利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種淤泥固化添加劑配方的改良實驗方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)難以科學地設計和控制固化劑配方,并結(jié)合理化模型和試驗驗證,最終確定出最優(yōu)的固化處理方案，以滿足不同污泥固化需求的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種淤泥固化添加劑配方的改良實驗方法，其中，包括以下步驟：

4、s01、收集新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品,測定各自的理化指標；

5、s02、建立淤泥固化化學反應模型,模擬添加劑與淤泥間的化學反應過程，其中，所述添加劑分為氧化劑、固化劑、脫水劑三種類別，其中氧化劑為添加有復合乳酸菌的fe-sp復合氧化劑，固化劑包括石灰、水泥、砂、底渣、脫水劑為生石灰；

6、s03、將多種添加劑按照不同的配比制備成多種淤泥固化添加劑試劑；

7、s04、利用根據(jù)經(jīng)驗擬合的化學模型預測不同添加劑配比下淤泥固化體的理化指標，記為理論理化指標，所述理化指標至少包括水穩(wěn)定性、抗壓強度、含水率、黑臭程度；

8、s05、建立配比數(shù)學模型,將添加劑配比作為自變量,淤泥固化體理論理化指標作為因變量進行擬合；

9、s06、基于所述配比數(shù)學模型，計算符合預先設定的淤泥固化理化指標的多組添加劑配比，作為待選配比；

10、s07、基于所述待選配比，將新鮮污泥和陳舊污泥樣品分別與不同的淤泥固化添加劑試劑按比例混合,制備多組淤泥固化體試件作為第一批試件，并實驗檢測第一批試件中各淤泥固化體試件的實際理化指標；

11、s08、采用所述待選配比機器對應的實際理化指標對所述配比數(shù)學模型進行優(yōu)化，得到最優(yōu)配比數(shù)學模型；

12、s09、根據(jù)所述最優(yōu)配比數(shù)學模型，計算多組最優(yōu)配比，并根據(jù)多組最優(yōu)配比將新鮮污泥和陳舊污泥樣品分別與不同的淤泥固化添加劑試劑按比例混合，制備多組淤泥固化體試件作為第二試試件；

13、s10、實驗檢測第二批試件中各淤泥固化體試件的實際理化指標，以實際理化指標最優(yōu)的試件對應的添加劑配比作為目標添加劑配比。

14、其中，所述復合乳酸菌具體包括：布氏乳酸桿菌、擬桿狀乳酸桿菌、嗜熱乳酸桿菌、木薯粘液乳酸桿菌以及賴氨酸乳酸桿菌。

15、其中，布氏乳酸桿菌,占比20％；擬桿狀乳酸桿菌,占比25％；嗜熱乳酸桿菌,占比15％；木薯粘液乳酸桿菌,占比20％；賴氨酸乳酸桿菌,占比20％。

16、所述步驟s01,具體包括以下子步驟:

17、子步驟s101:從污水處理廠等現(xiàn)場直接采集具有代表性的新鮮污泥樣品；從臨時堆放場或填埋場等處采集具有代表性的陳舊污泥樣品,確保樣品的代表性和完整性。

18、子步驟s102:采用烘干法測定所述新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品的含水率,通?？刂圃?0％-90％之間。

19、子步驟s103:采用化學法或灼燒法測定所述新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品的有機質(zhì)含量,評估其對固化效果的影響。

20、子步驟s104:采用酸度計測定所述新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品的ph值,要求ph在6.5-8.5之間,有利于固化反應的進行。

21、子步驟s105:采用原子吸收法或電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定所述新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品中重金屬的含量,評估其對固化產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。

22、子步驟s106:采用篩分法測定所述新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品的顆粒級配,顆粒越細致有利于固化效果的提高。

23、所述步驟s02的具體實施方式如下:

24、子步驟s201:選用由復合乳酸菌和硫酸鐵(fe-sp)組成的復合氧化劑作為氧化劑,復合乳酸菌能夠分解污泥中的有機物,提高污泥的可固化性,而硫酸鐵則能與污泥中的硫化物反應,降低污泥的黑臭性。

25、子步驟s202:選用石灰、水泥、砂和底渣等作為固化劑,這些材料能夠與污泥中的礦物質(zhì)發(fā)生水化反應和交換反應,從而提高污泥的強度和穩(wěn)定性。

26、子步驟s203:選用生石灰作為脫水劑,生石灰能夠與污泥中的水分發(fā)生吸附和化學反應,從而脫除部分水分,降低污泥的含水率。

27、子步驟s204:綜合考慮上述各類添加劑之間的協(xié)同作用,建立反應動力學模型,描述添加劑與污泥之間的化學反應過程,為后續(xù)的添加劑配比設計提供理論基礎。

28、其中，所述步驟s03具體包括以下子步驟:

29、子步驟s301:根據(jù)前述三大類添加劑的特點,初步確定各類添加劑的投加范圍；

30、子步驟s302:采用正交試驗設計法,將上述添加劑的投加范圍劃分為3-5個不同水平,系統(tǒng)地設計出20-30種不同配比的添加劑試劑方案；

31、子步驟s303:按照設計的配比方案,稱取相應質(zhì)量的各類添加劑原料,采用機械攪拌的方式充分混合,制備出多種不同配比的淤泥固化添加劑試劑；

32、子步驟s304:將制備好的多種添加劑試劑樣品進行編號存檔,為后續(xù)的理化性能預測和優(yōu)化提供廣泛的參考樣本。

33、其中，初步確定各類添加劑的投加范圍具體是氧化劑5％-15％、固化劑15％-40％、脫水劑5％-15％

34、其中，所述步驟s04具體包括以下子步驟:

35、子步驟s401:根據(jù)固化處理的目標要求,選擇水穩(wěn)定性、抗壓強度、含水率和黑臭程度4個關(guān)鍵的理化指標作為模型的預測對象；

36、子步驟s402:采用多元線性回歸的統(tǒng)計分析方法,以添加劑的配比作為自變量,將前述4個理化指標作為因變量,建立一個經(jīng)驗擬合的預測模型；

37、子步驟s403:采用交叉驗證的方法,檢驗所建立模型的預測精度,確保模型準確地反映添加劑配比與固化體性能之間的關(guān)系。

38、其中，所述淤泥固化體理論理化指標需滿足；水穩(wěn)定性≥90％、抗壓強度≥1.0mpa、含水率≤60％和黑臭程度≤2級。

39、所述步驟s05具體包括以下子步驟:

40、子步驟s501：根據(jù)固化處理的需求,設定水穩(wěn)定性≥90％、抗壓強度≥1.0mpa、含水率≤60％和黑臭程度≤2級等4個理化指標的目標值或允許范圍。

41、子步驟s502：采用多目標優(yōu)化的方法,將上述4個理化指標作為優(yōu)化目標函數(shù),以添加劑的配比作為自變量,建立一個多目標優(yōu)化的數(shù)學模型。

42、子步驟s503：將添加劑配比作為自變量,淤泥固化體理論理化指標作為因變量進行擬合得到擬合后的配比數(shù)學模型。

43、其中，所述步驟s07具體包括以下子步驟:

44、子步驟s701:取新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品,分別按照步驟s06中計算得到的待選配比,與不同的添加劑試劑進行混合攪拌,制備出多組淤泥固化體試件作為第一批試件；

45、子步驟s702:對上述第一批試件中的各組淤泥固化體進行詳細的水穩(wěn)定性、抗壓強度、含水率和黑臭程度指標的實際測試,記錄實驗數(shù)據(jù)；

46、子步驟s703:將每組固化體試件的添加劑配比和實際測試的理化指標數(shù)據(jù),進行系統(tǒng)記錄,為后續(xù)的模型優(yōu)化提供依據(jù)。

47、所述步驟s08具體包括以下子步驟:

48、子步驟s801:收集步驟s07中各組固化體試件的添加劑配比和實際理化指標數(shù)據(jù)。

49、子步驟s802:將上述實驗數(shù)據(jù)輸入到步驟s05建立的多目標優(yōu)化模型中,采用神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機等機器學習算法,對模型的參數(shù)進行優(yōu)化校正,使其能夠更準確地預測實際的理化指標。

50、子步驟s803:采用交叉驗證等方法,檢驗優(yōu)化后的數(shù)學模型在新數(shù)據(jù)上的預測精度,確保模型能夠較準確地反映添加劑配比與固化體性能之間的關(guān)系。

51、其中，所述步驟s09具體包括以下子步驟：

52、子步驟s901:將步驟s06中設定的目標理化指標值,代入到優(yōu)化后的數(shù)學模型中,采用類似的多目標優(yōu)化算法,計算出多組滿足目標的最優(yōu)添加劑配比方案；

53、子步驟s902:取新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品,按照上述計算得到的最優(yōu)添加劑配比,與不同的添加劑試劑進行混合攪拌,制備出多組第二批淤泥固化體試件。

54、所述步驟s10具體包括以下子步驟:

55、子步驟s1001:對第二批試件中的各組淤泥固化體進行水穩(wěn)定性、抗壓強度、含水率和黑臭程度等指標的詳細測試,記錄實際測試結(jié)果。

56、子步驟s1002:將各組固化體試件的添加劑配比與實際測試的理化指標進行對照分析,找出水穩(wěn)定性、抗壓強度等指標綜合最優(yōu)的試件,其對應的添加劑配比即為目標配比方案。

57、子步驟s1003:將上述確定的目標添加劑配比,作為最終的淤泥固化處理工藝的最優(yōu)配比方案,用于實際工程應用。

58、其中，新鮮污泥樣品和陳舊污泥樣品的理化指標測試中,所述含水率的測定采用烘干法,測定范圍為70％-90％。

59、其中，有機質(zhì)含量的測定采用化學法或灼燒法,用于評估其對固化效果的影響。

60、其中，所述實際理化指標測試中,水穩(wěn)定性采用浸泡法進行測定,抗壓強度采用萬能試驗機測定,含水率采用烘干法測定,黑臭程度采用官能檢測的方法評定。

61、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種淤泥固化添加劑配方的改良實驗方法的有益效果是：

62、1)設計了多種類型的固化添加劑配方。本發(fā)明不僅包括傳統(tǒng)的石灰、水泥等固化劑,還引入了復合乳酸菌和硫酸鐵等氧化劑,以及生石灰等脫水劑,充分發(fā)揮了各類添加劑之間的協(xié)同作用,從而大幅提升了固化效果。

63、2)建立了科學的理化性能預測模型。本發(fā)明采用多元線性回歸等統(tǒng)計分析方法,建立了一個基于添加劑配比的經(jīng)驗預測模型,能夠較準確地預測不同配比下污泥固化體的水穩(wěn)定性、抗壓強度、含水率和黑臭程度等關(guān)鍵理化指標。這為后續(xù)的最優(yōu)配比設計提供了可靠依據(jù)。

64、3)采用多目標優(yōu)化設計最佳添加劑配比。本發(fā)明進一步建立了一個多目標優(yōu)化模型,以上述4項理化指標為優(yōu)化目標,通過智能算法求解,得到了滿足預期性能要求的多組最優(yōu)添加劑配比方案。這為實驗驗證奠定了堅實的理論基礎。

65、4)采用分批次實驗驗證,不斷優(yōu)化模型。本發(fā)明采用兩輪實驗驗證的方式,首先基于理論預測的待選配比進行初步試驗,對模型進行優(yōu)化,并最終確定出滿足實際需求的最優(yōu)添加劑配比。這種迭代優(yōu)化的方法,大幅提高了模型的預測精度和配方的針對性。

66、5)確定了最終的最優(yōu)添加劑配比方案。通過上述步驟,本發(fā)明最終確定了一種能夠滿足污泥固化處理目標的最優(yōu)添加劑配比方案,為后續(xù)工程應用提供了可靠依據(jù)。

67、總的來說,本發(fā)明充分結(jié)合了化學反應建模、數(shù)學優(yōu)化建模和實驗驗證的思路,系統(tǒng)地設計了多種類型的固化添加劑,建立了科學的理化性能預測模型,采用了多目標優(yōu)化的方法確定最佳配比,并通過分批次實驗驗證不斷優(yōu)化,最終確定出了一種滿足固化處理需求的最優(yōu)添加劑配方。綜上所述，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)難以科學地設計和控制固化劑配方,并結(jié)合理化模型和試驗驗證,最終確定出最優(yōu)的固化處理方案，以滿足不同污泥固化需求的技術(shù)問題。