CN103030259B

CN103030259B - 一种剩余污泥调理脱水的方法

Info

Publication number: CN103030259B
Application number: CN201310004357.2A
Authority: CN
Inventors: 邢奕; 洪晨; 姜长禄; 余广炜; 张坤
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Beijing Fangxing Science And Technology Innovation Environment Technology Co Ltd
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: CN103030259A

Abstract

本发明涉及剩余污泥处理技术领域，特别是一种剩余污泥调理脱水的工艺方法。该方法具体包括如下步骤：待处理的含水率90%-95%的剩余污泥，加酸调节至pH4.0–6.0之间；向步骤(1)调理后的污泥中添加季铵盐阳离子有机物，混合反应；向步骤(2)调理后的污泥中添加脱水助剂，搅拌均匀；向步骤(3)调理后的污泥中添加混凝剂，混合搅拌后机械脱水。本发明通过化学调理的方式剥离、部分水解污泥絮体上胞外聚合物，溶解微生物细胞，释放出大量结合水，利用助剂提高污泥中水分渗透性，整体上提高了污泥脱水性能，降低了污泥含水率，缩短了脱水时间，降低了脱水成本。

Description

一种剩余污泥调理脱水的方法

技术领域

本发明涉及剩余污泥处理技术领域，特别是一种剩余污泥调理脱水的工艺方法。

技术背景

随着我国社会和城市化的发展，城市污水的产生量在不断增长，相应的污水处理设施的数量也随之增加，污水处理后的副产物——污泥的产生量也越来越大。如何妥善处理处置这些源源产生、数量日益庞大的污泥已成为我国环境保护方面亟待解决的问题。

目前，国内大部分污水处理厂的污泥脱水工艺和脱水设备只能将污泥的含水率从98%以上降至80%，无法满足大部分污泥处置工艺对污泥低含水率的要求。

污泥经生物法处理后泥水混合液中水占绝大比例，可达99%以上。污泥中的水根据其与污泥颗粒间的作用可分为五种形态：(1) 自由水：污泥中不受到悬浮固体颗粒作用及影响的水；(2) 间隙水：被包围在污泥颗粒组织间隙和絮体空穴中的水；(3) 表面吸附水：主要粘附在污泥颗粒表面上的水，靠氢键作用在颗粒表面形成多层水分子；(4) 毛细结合水：靠化学键合作用束缚在污泥颗粒内部的水分，只能靠消耗一定的化学能量才能去除；(5) 细胞内部水：存在于微生物细胞膜（或细胞壁）以内的液体。常规的污泥调质脱水方法通过混凝剂的电中和、压缩双电层、吸附架桥的作用将污泥絮体颗粒压缩凝聚在一起，可以去除污泥中几乎全部自由水、大部分间隙水和部分表面吸附水，而对剩余的通过键能紧密结合在污泥上的间隙水、表面吸附水、毛细结合水以及细胞内部水（统称为结合水）的去除效果很有限。

结合水的存在是造成污泥含水率难以降低的主要因素。研究表明，结合水的稳定状态、难以去除的特性与普遍存在于污泥中的胞外聚合物（EPS）有密切关系。EPS是一种附着于细胞表面的不溶性有机物，主要由多糖、蛋白质和核酸组成，是污泥中生物絮体的主要组成部分。EPS通过连接细胞和其他物质以稳定污泥的絮体结构，并形成污泥中微生物生存的保护屏障。EPS的存在不利于污泥沉降，污泥表面胞外聚合物的浓度和性质决定了污泥表面的电荷，当EPS含量过高，导致污泥表面电负性足够大时，由于絮体间斥力作用导致沉降性能恶化。絮体外层疏松结合的EPS（简称L-EPS）与微生物细胞结合不紧密，是一种开放的疏松结构，含结合水分多，密度小，体积大，具有流变特性，可导致污泥絮体体积增大，密度减小，甚至可能使污泥成为一种粘稠的胶体，削弱了污泥絮体的压缩性。

对于污泥脱水，很多学者和公司开发了化学调质结合机械脱水的工艺，能够将污泥脱水至60%以下。申请号为201010215601.6的专利公开了一种高含水率污泥的处理方法，含水率大于90%的污泥，pH值调整至6.9-7.1，加入粉煤灰13%-14%，木粉0.9%-1%，1.2MPa压力下保压4h，虽然有效的降低了污泥的含水率，但是存在助剂加入量大（粉煤灰、木粉加入量相当于污泥干重的150%）、压滤时间长的问题。申请号为201010201722.5的专利公开了一种污泥深度脱水的调质混凝剂，其配方为高分子絮凝剂0.05-50w%，铁盐0.3-50w%，钙盐0.3-50w%，在0.1-3.5MPa压力下保压2-4h，由于高分子絮凝剂、铁盐的凝聚作用和钙盐的助凝作用不能去除污泥中EPS包含的结合水，污泥含水率仅能降低到65%。申请号为200910213745.5的专利公开了一种污泥二次加压脱水的方法，投加浓度大于35%的三氯化铁的量为污泥干重的0.3-10%，石灰颗粒投加量为污泥干重的3-150%，通过板框压滤机进行二次压榨的压力达到18-25MPa，如此高的压力对设备的要求很高，同时运行能耗也会大大提高。

申请号为200810198538.2的专利采用表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵对污泥处理，可以降低污泥比阻，但是本发明人实验发现单一使用十二烷基二甲基苄基氯化铵虽然可以剥落部分EPS，减小结合水含量，但是存在污泥絮体颗粒变小，容易堵塞滤布滤孔，发生难以过滤和粘连滤布的情况。申请号为200810198539.7的专利公开了一种用于污泥脱水的添加剂和脱水方法，包括重量比为污泥固含量1.42%-2.07%的阳离子表面活性剂、4.92%-10.18%的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺、5%-10%的食用菇采摘后的培养基，但是聚丙烯酰胺的使用可导致分散于水中的EPS重新团聚，不利用污泥含水率的降低，同时食用菇采培养基种类很多，所用材料、性质有较大差异，大大影响了其实际应用性。

EPS的存在对污泥脱水性能带来了不良影响，脱落或水解污泥中的EPS可以有效地释放出原本由EPS结合的水分，进而释放细胞内部水，这是进一步降低污泥含水率的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种能有效剥离、水解污泥中胞外聚合物，释放结合水，能大幅提高污泥脱水性能，降低污泥含水率的方法。

本发明实施的技术方案是：一种剩余污泥调理脱水的方法，具体包括如下步骤：

1. 待处理的含水率90% - 95%的剩余污泥，加酸调节至pH 4.0 - 6.0之间，所加可为硫酸(H₂SO₄)、盐酸(HCl)、磷酸(H₃PO₄)、醋酸(CH₃COOH)的至少一种，均为稀溶液，浓度≤ 1.5mol/L；

2. 向步骤1调理后的污泥中添加季铵盐阳离子有机物，加入量为污泥干重的6.0% - 8.0%，以50 - 100 r/min的搅拌强度，搅拌10 - 20min；其中，所述季铵盐阳离子有机化合物由十四烷基二甲基苄基氯化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比2:1 - 4:1配合而成；

3. 向步骤2调理后的污泥中添加脱水助剂，磨细至100 - 200目，加入量为污泥干重的12.0% - 15.0%，以300-500r/min的搅拌强度，搅拌3 - 5 min；其中，所述脱水助剂为二氧化硅(SiO₂)、硅酸钙(CaSiO₃)、硅酸三钙(3CaO·SiO₂)，硅酸二钙(2CaO·SiO₂)或铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃)；

4. 向步骤3调理后的污泥中添加混凝剂，加入量为污泥干重的2.0% - 5.0%，以100-150 r/min的搅拌强度，搅拌5-7 min；其中，所述混凝剂为三氯化铁(FeCl₃)、硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃)、氯化铝(AlCl₃)、硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)或聚合氯化铝铁(PAFC)；

5. 步骤4调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至40% - 45%。

本发明的有益效果是：本发明通过化学调理的方式剥离、部分水解污泥絮体上胞外聚合物，溶解微生物细胞，释放出大量结合水，利用助剂提高污泥中水分渗透性，整体上提高了污泥脱水性能，降低了污泥含水率，缩短了脱水时间，降低了脱水成本。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图；

图2为剩余污泥调理前后扫描电镜图

具体实施方式

下面结合附图，对本发明专利的技术方案及原理作进一步具体的说明，但并不能理解为对本发明的限制。

本发明的工艺流程如图1所示。剩余污泥调理脱水的工艺步骤依次为：待处理的含水率90% - 95%的剩余污泥，加酸调节至pH 4.0 - 6.0之间；向污泥中添加季铵盐阳离子有机物，加入量为污泥干重的6.0% - 8.0%，以50-100 r/min的搅拌强度，搅拌10 - 20min；其次向污泥中添加粒径为100 - 200目的脱水助剂，加入量为污泥干重的12.0% - 15.0%，以300-500r/min的搅拌强度，搅拌3 - 5min；再次向污泥中添加混凝剂，加入量为污泥干重的2.0% - 5.0%，以100 - 150 r/min的搅拌强度，搅拌5 - 7min；调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至40% - 45%。

本发明的主要技术原理是在适宜的pH值下，利用季铵盐阳离子有机物剥离并酸化水解部分EPS、降解微生物，从而释放出大量结合水以提高污泥中可脱出的水分含量，再通过脱水助剂和混凝剂的辅助作用实现污泥的快速脱水。

在有限的液相中EPS的大量剥落会引起液相粘度增加，不利于后期脱水，因此保持足够的液相是十分必要的，而液相过多必然导致药剂使用量的加大，本发明所处理剩余污泥的适宜含水率范围为90% - 95%。

所用季铵盐阳离子有机物的组合为十四烷基二甲基苄基氯化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比2:1 - 4:1配合而成的混合物。十四烷基二甲基苄基氯化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵性质和作用效果基本相同，具有很好的分散、增溶、杀菌作用，可在杀死污泥中微生物的同时将污泥絮团分散成粒径更小的絮体，通过增溶作用溶解并剥离污泥絮体上的EPS，释放结合水；十六烷基三甲基氯化铵的分散、增溶作用稍弱，但其具有生物降解的特性，用于降解污泥中微生物，释放细胞内部水。十四烷基二甲基苄基氯化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵能很好的配合，协同增效。

酸处理可有效地促进有机物水解，而且pH值的变化也会使微生物细胞不能维持正常的渗透压，发生胞溶并水解。但是，pH值的急剧变化也会导致污泥絮体中蛋白质变性，导致整个污泥液相胶态化，不利于脱水。发明人研究发现，在弱酸性条件下，季铵盐阳离子化合物组合调理污泥的最佳pH值范围为4.0 - 6.0。在弱酸性条件下，经过上述季铵盐阳离子有机物调理后，污泥中紧密结合的胞外聚合物(T-EPS)剥离率≥60%、疏松结合的胞外聚合物(L-EPS)剥离率≥90%，胞外聚合物水解率≥30%，结合水减少量≥70%。

经过上述步骤调理后的污泥具有剪切变稀的流变特性，粘度随搅拌强度的增加而快速降低，当搅拌强度≥300 r/min，粘度降低趋势变缓，粘度值趋于稳定。采用300-500 r/min的高搅拌强度，可将从污泥絮体上剥落下来的EPS破碎，促进其溶于液相中，释放结合水，并减小污泥粘度。

在高速搅拌的同时，向污泥中加入脱水助剂，脱水助剂为二氧化硅(SiO₂)、硅酸钙(CaSiO₃)、硅酸三钙(3CaO·SiO₂)，硅酸二钙(2CaO·SiO₂)、铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃)中的至少一种，具有无塑性、渗透系数及内摩擦角大，粘结力小等性质，以100-200目的微粒加入，通过搅拌均匀分布在污泥液相中。在后续的污泥混凝凝聚过程中，脱水助剂作为新的污泥混凝的内核，使污泥形成更加紧实、体积更大的絮体，减少水分在污泥絮体中的存积，同时其无塑性、渗透系数及内摩擦角大，粘结力小的特点可提高机械脱水过程中污泥中水分的渗透性。

经过上述步骤的调理，污泥絮体呈小颗粒分散在液相中，加入混凝剂使污泥重新凝聚以提高脱水速度，与常规方法中使用混凝剂处理污泥的工艺不同的是，此步骤中混凝的污泥是已经脱除结合水的污泥颗粒，而非传统方法中的混凝操作会将污泥连同附着在污泥上结合水一起凝聚，混凝剂为三氯化铁(FeCl₃)、硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃)、氯化铝(AlCl₃)、硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)的至少一种。经过调理后的污泥导入压滤机中进行脱水，污泥滤饼含水率为40% - 45%。

如图2所示为污泥分别采用未调理/调理的方式处理，并压滤脱水后的扫描电镜照片，未调理污泥（图2(a)）较为松散，包含有许多细小孔隙并呈现一定的骨架结构，细胞内部水存在于其中，在L-EPS、T-EPS的包裹下，大量水分吸附于孔状骨架结构中，形成毛细吸附水附着在污泥表面和间隙中，不易脱除；经过调理后（图2(b)），污泥中EPS剥落溶于水中并部分水解，间隙水、表面吸附水、毛细吸附水、细胞内部水得到释放，以脱水助剂为核心重新凝聚的污泥絮体变得密实，减少水分在污泥絮体内的存积，脱水助剂的高渗透系数有助于水分的滤出。

下面通过实施例对本发明中污泥调理脱水的效果作说明，但并不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

某污水处理厂含水率90.5%的剩余污泥200kg，加入浓度1.0 mol/L的硫酸(H₂SO₄)溶液调节至pH值4.6；加入质量为污泥干重6.6%的季铵盐阳离子有机物（十四烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比2.5:1），以100r/min的搅拌强度，搅拌15 min；之后，向污泥中加入质量为污泥干重12.0%、粒径150目的脱水助剂二氧化硅(SiO₂)，以300r/min的搅拌强度，搅拌5 min；再后，向污泥中加入质量为污泥干重2.0%的混凝剂聚合氯化铝(PAC)，以120r/min的搅拌强度，搅拌6.5 min；处理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至43.6%。

实施例2：

某污水处理厂含水率92.7%的剩余污泥55kg，加入浓度1.3 mol/L的盐酸(HCl)溶液调节至pH值5.3；加入质量为污泥干重7.2%的季铵盐阳离子有机物（十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比4:1），以60 r/min的搅拌强度，搅拌10min；之后，向污泥中加入质量为污泥干重14.3%、粒径100目的脱水助剂硅酸钙(CaSiO₃)，以500 r/min的搅拌强度，搅拌3 min；再后，向污泥中加入质量为污泥干重4.4%的混凝剂聚合氯化铝铁(PAFC)，以150 r/min的搅拌强度，搅拌5min；处理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至44.9%。

实施例3：

某污水处理厂含水率95.0%的剩余污泥320kg，加入浓度1.5 mol/L的醋酸(CH₃COOH)溶液调节至pH值6.0；加入质量为污泥干重8.0%的季铵盐阳离子有机物（十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比3:1），以50 r/min的搅拌强度，搅拌20 min；之后，向污泥中加入质量为污泥干重15.0%、粒径200目的脱水助剂硅酸钙(CaSiO₃)，以450r/min的搅拌强度，搅拌4.5 min；再后，向污泥中加入质量为污泥干重3.5%的混凝剂聚合氯化铝铁(PAFC)，以100r/min的搅拌强度，搅拌5.5min；处理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至40.2%。

实施例4：

某污水处理厂含水率93.8%的剩余污泥135kg，加入浓度1.1 mol/L的磷酸(H₃PO₄)溶液调节至pH值4.0；加入质量为污泥干重6.0%的季铵盐阳离子有机物（十四烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比2:1），以80r/min的搅拌强度，搅拌13 min；之后，向污泥中加入质量为污泥干重13.1%、粒径160目的脱水助剂硅酸三钙(3CaO·SiO₂)，以400r/min的搅拌强度，搅拌4min；再后，向污泥中加入质量为污泥干重5.0%的硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)与硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃)以摩尔比1:1配合的混凝剂，以110 r/min的搅拌强度，搅拌7 min；处理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至41.7%。

实施例5：

某污水处理厂含水率94.3%的剩余污泥566kg，加入浓度1.2 mol/L的盐酸(HCl)与磷酸(H₂SO₄)以摩尔比2:1配制的溶液调节至pH值4.8；加入质量为污泥干重7.5%的季铵盐阳离子有机物（十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比3.5:1），以90 r/min的搅拌强度，搅拌17 min；之后，向污泥中加入质量为污泥干重12.6%、粒径130目的硅酸二钙(2CaO·SiO₂)、铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃)以质量比3:1配合的脱水助剂，以350r/min的搅拌强度，搅拌3.5min；再后，向污泥中加入质量为污泥干重2.5%的三氯化铁(FeCl₃)与氯化铝(AlCl₃)以摩尔比2:1配合的混凝剂，以130 r/min的搅拌强度，搅拌5 min；处理后的污泥进行压滤脱水，脱水后污泥含水率降至42.6%。

含水率：将一定量调理后污泥输入板框压滤机，在1.0MPa压力下保压至无滤液流出，然后在105℃下干燥至恒重，计算滤饼含水率。计算式如下：

Figure 2013100043572100002DEST_PATH_IMAGE001

L-EPS（疏松结合的胞外聚合物）的提取：取污泥样品，混合均匀后，量取一定体积的污泥，采用离心机，于3000rpm（离心力为 1800g）下离心20min，弃除离心后的上清液，补充去离子水至原取样污泥体积的1/3（即将污泥浓缩3倍），并搅拌均匀；量取60ml 该污泥样品，于冰水浴中采用超声仪于21KHz、40W下作用2min；然后采用 EBA21 台式离心机，于6000rpm（离心力为 4200g）下离心 30min，上清液经 0.22μm 纤维素滤膜过滤，所得溶液即为疏松结合的 EPS 样品。

T-EPS（紧密结合的胞外聚合物）的提取：紧密结合EPS的提取采用阳离子交换树脂法，具体提取与分离步骤如下：将提取LEPS后离心沉降的污泥丸，用去离子水冲洗，使其重新悬浮，并将体积恢复为60ml。然后在冰水浴中采用阳离子交换树脂001×7，提取紧密结合的EPS（树脂进行化学清洗后洗至中性，根据湿树脂体积与树脂干重之间的关系，量取一定体积的湿树脂，用真空泵抽吸湿树脂颗粒间的间隙水然后投加到污泥中）。在该提取过程中，树脂投加量为80g/g VSS，搅拌速率 550rpm，提取时间为1.5h。然后，在真空泵抽吸作用下，用孔径为250μm 的尼龙筛网滤除树脂颗粒。将过滤得到的污泥混合液于6000rpm 下离心30min，再用0.22μm的滤膜过滤，滤液即为紧密结合的EPS样品。

EPS（胞外聚合物）测定：胞外聚合物包含蛋白质、多糖、核酸，蛋白质采用Folin-酚(Lowry)法、多糖采用蒽酮比色法、核酸采用二苯胺法测定。

粘度：采用Anton Paar MCR302型流变仪测定。

污泥絮体粒径：采用激光粒径分析仪测定。

结合水：采用TG-DSC 分析仪测定结合水含量，污泥样品以10℃/min 的速率由20℃降温至-30℃，然后再以同样的速率升温至20℃。通过分析在样品冷冻、升温过程中的放热量、吸热量计算出污泥中结合水的含量。计算式如下：

W_B=W_T- △H/△H₀

式中，W_B为结合水含量，g/g；W_T为总水分含量，g/g；△H为样品DSC吸热，△H₀为冰的标准熔化热，334.7kJ/kg。

原泥性质：

试验中所处理污泥为平均含水率93.4%的浓缩污泥，pH值为7.29，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为36.22 g/L，混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)为25.37g/L。

由于十四烷基二甲基苄基氯化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵的性质及在污泥调理中所起作用基本一致，下面仅以十四烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵所配合的季铵盐阳离子有机物的调理效果来进行说明。

记A为十四烷基二甲基苄基氯化铵，B为十六烷基三甲基氯化铵，分别比较A:B=1:1、A:B=2:1、A:B=3:1、A:B=4:1、A:B=5:1五种配比组合对污泥的调理效果。

（1）pH值、季铵盐阳离子有机物配比

以0.5为间隔，在pH值2-12之间调节污泥至不同pH值，季铵盐阳离子有机物投加量、脱水助剂投加量、混凝剂投加量、搅拌强度、搅拌时间固定在适宜值，pH值、季铵盐阳离子有机物配比对污泥脱水效果影响的典型数据如表1所示。

表1 pH值、季铵盐阳离子有机物配比对污泥滤饼含水率的影响

相比中性及弱碱性条件，弱酸性条件更适于季铵盐阳离子有机物发挥调理作用，有效降低污泥滤后含水率，表1中经过不同配比组合的季铵盐阳离子有机物的调理，污泥均在pH值4-6之间达到最低含水率。强酸、强碱性条件下，pH值的急剧变化也会导致污泥絮体中蛋白质变性，不利于污泥脱水，导致污泥滤后含水率明显高出许多，pH值为2.0时，污泥滤后含水率＞52%，pH值为12.0，污泥滤后含水率＞82%，导致整个污泥液相胶态化，不利于脱水。A:B=2:1、A:B=4:1的季铵盐阳离子有机物配比组合的调理效果（污泥滤后含水率44.3%、42.4%、43.3%）好于A:B=1:1、A:B=5:1的配比组合（污泥滤后含水率47.8%、45.6%），A（十四烷基二甲基苄基氯化铵）侧重剥离、水解EPS，释放间隙水、表面吸附水、毛细结合水，B（十六烷基三甲基氯化铵）侧重降解污泥中微生物，释放细胞内部水，从处理效果角度考虑A、B配比应为2:1 - 4:1。

（2）季铵盐阳离子有机物加入量

季铵盐阳离子有机物投加量分别取污泥干重的0%-10%，pH值、脱水助剂投加量、混凝剂投加量、搅拌强度、搅拌时间固定在适宜值，季铵盐阳离子有机物加入量对污泥脱水效果影响的典型数据如表2所示。

表2 不同季铵盐阳离子有机物加入量下污泥滤饼含水率

随着季铵盐阳离子有机物加入量的增加，污泥滤后含水率均呈下降趋势且降幅非常明显。当加入量≥6%时，污泥含水率的降低程度趋于平缓，加入量≥8%后变化以很小，以性价比角度考虑，季铵盐阳离子有机物的加入量应为6%-8%。

（3）污泥滤液中EPS，絮体中T-EPS、L-EPS、结合水含量变化

季铵盐阳离子有机物配比及投加量、pH值、脱水助剂投加量、混凝剂投加量、搅拌强度、搅拌时间固定在适宜值，污泥滤液中EPS含量的典型数据如表3所示，T-EPS、L-EPS、结合水含量的典型数据如表4所示。

表3 污泥滤液中EPS含量

随着季铵盐阳离子有机物加入量的增加，污泥滤液中EPS含量呈现先增加后减小趋势。季铵盐阳离子有机物加入量为0%-3.0%时，EPS含量由668.3mg/L升高至1287.8mg/L，此过程中大量EPS从污泥絮体上剥离下来，EPS的剥离量大于其水解量，导致滤液中EPS总量增加；季铵盐阳离子有机物加入量为4%-10.0%时，EPS含量逐渐减低并趋于平稳，这与表2中污泥滤后含水率的变换趋势相吻合，此过程中EPS被部分水解，EPS含量由1090.4mg/L降至741.8mg/L，EPS水解率＞30%。

表4 污泥絮体中T-EPS、L-EPS与结合水含量变化

季铵盐阳离子有机物投加量 (%)	T-EPS (%)	L-EPS (%)	结合水 (%)
				0.0	100.0	100.0	22.1
1.0	95.5	71.5	16.4
				2.0	88.3	63.4	13.7
3.0	81.1	52.8	11.8
				4.0	65.9	30.7	8.6
5.0	44.8	15.6	7.3
				6.0	38.4	9.2	6.2
7.0	36.6	8.8	5.5
				8.0	34.3	8.6	5.1
9.0	33.6	8.4	5.2
				10.0	32.5	8.4	4.8

随着季铵盐阳离子有机物加入量的增加，污泥絮体中T-EPS、L-EPS含量均被大量剥离，当季铵盐阳离子有机物加入量≥6%时，T-EPS含量降至40%以下，L-EPS含量降至10%以下，这也是污泥滤液中EPS含量增加的原因。随着T-EPS、L-EPS的剥离和水解，污泥中结合水释放出来成为自由水，结合水在污泥中总水量的比重由22.1%降至5.1%（季铵盐阳离子有机物加入量8%），此时再继续增加季铵盐阳离子有机物的加入量，效果已不明显。由于结合水向自由水的转化，污泥中可被滤出的水分增加，过滤后污泥含水率明显降低。

（4）季铵盐阳离子有机物调理后的污泥搅拌强度选择

大量的EPS剥离并水解，使污泥液相形成局部交胶体状，会使污泥变得粘稠，粘度增大。高速搅拌有助于将从污泥絮体上剥落下来的EPS破碎，促进其溶于液相中，释放结合水，并减小污泥粘度。污泥粘度与搅拌强度的典型数据如表5所示。

表5 搅拌强度对污泥粘度的影响

注：搅拌速度=剪切速度×60

调理后的污泥呈现明显的剪切变稀的流变特性，随着搅拌速度的提高，污泥粘度快速下降。搅拌强度≥300 r/min时，污泥粘度变化趋于平稳；搅拌强度≥500 r/min后，污泥粘度的下降幅度已很小，此时在继续加大搅拌强度对污泥粘度的降低及污泥滤后含水率降低的有益效果已不明显。以性价比角度考虑，季铵盐阳离子有机物调理后的污泥搅拌强度应为300-500r/min。

（5）脱水助剂粒径与污泥絮体粒径的关系

在后续的污泥混凝凝聚过程中，脱水助剂作为新的污泥混凝的内核，使污泥形成更加紧实、体积更大的絮体，减少水分在污泥絮体中的存积，为达到以上目的，需要确定适宜的脱水助剂粒径范围，我们选取粒径为30目、50目、100目、150目、200目、250目、300目的脱水助剂分别进行试验，脱水助剂粒径与污泥絮体粒径的关系的典型数据如表6所示。

表6 脱水助剂粒径与污泥絮体粒径

注：d10、d50、d90为样品中累计粒度分布百分数达到10%、50%、90%时所对应的粒径

当脱水助剂粒径较大（30目、50目）时，脱水助剂在污泥液相中易下沉至污泥下层，且混凝后形成的污泥粒径较小，不能很好的起到凝结核心的作用。当脱水助剂粒径≥100目时，脱水助剂悬浮在污泥液相的各层中，混凝后形成的污泥絮体粒径明显增大；当脱水助剂粒径≥200目后，污泥絮体粒径的增大幅度变得较小。考虑到脱水助剂的粒径越大，制备成本也将也高，因此脱水助剂的粒径定为100-200目。

（6）脱水助剂粒径与污泥絮体粒径的关系

经过上述步骤的调理，污泥絮体呈小颗粒分散在液相中，加入混凝剂使污泥重新凝聚以提高脱水速度，与常规方法中使用混凝剂处理污泥的工艺不同的是，此步骤中混凝的污泥是已经脱除结合水的污泥颗粒，而非传统方法中的混凝操作会将污泥连同附着在污泥上结合水一起凝聚。如图2所示为污泥分别采用未调理/调理的方式处理，并压滤脱水后的扫描电镜照片。

未调理污泥（图2(a)）较为松散，包含有许多细小孔隙并呈现一定的骨架结构，细胞内部水存在于其中，在L-EPS、T-EPS的包裹下，大量水分吸附于孔状骨架结构中，形成毛细吸附水附着在污泥表面和间隙中，不易脱除；经过调理后（图2(b)），污泥中EPS剥落溶于水中并部分水解，间隙水、表面吸附水、毛细吸附水、细胞内部水得到释放，以脱水助剂为核心重新凝聚的污泥絮体变得密实，减少水分在污泥絮体内的存积，脱水助剂的高渗透系数有助于水分的滤出。

Claims

1. 一种剩余污泥调理脱水的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：待处理的含水率90% - 95%的剩余污泥，加酸调节至pH 4.0 – 6.0之间；

步骤2：向步骤1调理后的污泥中添加季铵盐阳离子有机物的组合，混合反应；其中，所述季铵盐阳离子有机物的组合由十四烷基二甲基苄基氯化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵以摩尔比2:1 - 4:1配合而成，加入量为污泥干重的6.0% - 8.0%，以50-100 r/min的搅拌强度，搅拌10 - 20min；

步骤3：向步骤2调理后的污泥中添加脱水助剂，搅拌均匀；

步骤4：向步骤3调理后的污泥中添加混凝剂，混合搅拌后机械脱水，脱水后污泥含水率降至40% - 45%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的所述用于调节pH值的酸，为硫酸、盐酸、磷酸、醋酸中的至少一种，为浓度≤ 1.5mol/L稀溶液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的所述脱水助剂为二氧化硅、硅酸钙、硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙中的至少一种，磨细至100-200目，加入量为污泥干重的12.0%-15.0%，以300-500r/min的搅拌强度，搅拌3-5min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的所述混凝剂为三氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁中的至少一种，加入量为污泥干重的2.0% - 5.0%，以100-150 r/min的搅拌强度，搅拌5-7min。