CN112479525A

CN112479525A - 一种用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法

Info

Publication number: CN112479525A
Application number: CN202011525842.0A
Authority: CN
Inventors: 陈亿军; 谭洵; 何星星; 张少华; 王平; 陈新; 惠心敏喃; 万勇; 刘磊; 李江山
Original assignee: Wuhan Zhongke Solid Waste Resources Industrial Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Wuhan Zhongke Solid Waste Resources Industrial Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2040-12-22
Also published as: CN112479525B

Abstract

本发明公开了一种用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法，包括以下步骤：1)针对至少一种陈旧污泥，重新悬浮后，进行有机质含量VS/TS、体积低位粒径D₁₀和离心沉淀物含水量M_T测试；2)进行至少一种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验，通过试验与分析对泥浆化学试剂优化添加质量组合进行搜寻；3)将步骤2)搜寻到的试剂优化添加质量换算得到泥浆(VS/TS÷D₁₀)×M_T所对应的归一化值，或者将试剂优化添加质量与所对应的泥浆(VS/TS÷D₁₀)×M_T值进行最小二乘法线性回归。其他陈旧污泥按步骤1)处理和测试，并运用得出的归一化值或线性回归方程计算其他陈旧污泥泥浆的试剂添加质量。本发明能够适应物理化学性质复杂的各种陈旧污泥化学氧化调理。

Description

一种用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法

技术领域

本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及一种用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法。

背景技术

卫生填埋是我国污水处理厂剩余污泥的主要处置方式，过去填埋处置方式占比达到60％。产量日益攀升的剩余污泥虽经一次脱水处理后卫生填埋，然而土地资源有限，填埋仍然占用大量珍贵土地资源，填埋场周边生态、工业、商业环境均受到很大影响，尤其是在生态环境要求高和土地资源较为紧缺的地区。因此，为提升填埋场容纳能力以及治理修复不规范陈旧填埋坑，探索已填埋陈旧污泥的二次深度脱水减容具有重要意义，二次深度脱水也有利于降低后续焚烧处置或资源化利用成本。

由于污泥成分复杂、有机质含量高、呈胶体状，较难深度脱水，出厂剩余污泥含水量占总质量大多在70～80％，填埋的陈旧污泥内部含水率未有显著变化。同时，陈旧污泥在填埋环境中处于一系列复杂的生物化学演化进程。在有氧或无氧的条件下，污泥水分中的可溶性有机物质能被微生物利用而降解，腐殖化程度增加，相对分子量下降。而由于无机颗粒的物理分离、分子间的吸附和逐渐的腐殖化作用，包裹在污泥聚合体内部中的有机物难以被微生物利用。例如，多糖与多价阳离子形成不溶性盐或螯合物，吸附在粘土矿物或氧化物表面；蒙脱石矿物可以吸附蛋白质和其他含氮化合物，使其不易被微生物或酶分解；这些都增强了有机物质的稳定性，腐殖质可以在自然环境中逐渐稳定下来，并且可以存在几十年。在新的扰动条件下，原有的有机物分布平衡将被打破，污泥聚合体中包裹、结合的部分有机质将有机会重新转移至溶液当中，因此一些填埋多年的市政剩余污泥总有机质含量并非降至很低的程度，而其脱水特性依然很差(过滤阶段比阻高于10¹¹m/kg)。因此需要选择综合效益合适的预处理方法对陈旧污泥的脱水性进行改善。

化学氧化技术是预处理污泥以提高其脱水能力的有效方法，当成本控制得当时化学氧化技术与其他方法相比具有很高的竞争潜力。在脱水工程实践中，试剂成本较高，也由于易爆危险试剂现场使用的严格管控，需要对试剂使用量做尽可能准确的计算，同时也需要只通过少量试验，高效地针对不同性质陈旧污泥获取经济性优化的添加质量组合。因此，需要一种高效的试剂添加量的量化方法。之前的专利中曾提出不同的常见量化添加基准。以有效成分在污泥中的体积摩尔浓度(mmol/L)为添加基准(例如，中国专利CN201810149289.1中生物纳米铁-H₂O₂的类芬顿试剂以悬浮液的形式加入到体系中的，悬浮液中铁离子的浓度以摩尔每升为计量)。或预处理污泥时以有效成分在单位污泥体积中的质量百分数(％)(例如，中国专利CN105800909A中三种试剂以污泥总量的体积百分数进行添加)。或相对污泥固体物质的质量(mg/g DS)为计量基准(例如，中国专利CN201110300223.6中芬顿试剂三类组分以污泥干重为基准进行添加；中国专利CN201610976644.3中以每千克绝对干污泥为基准加入芬顿有效成分)。在中国专利CN201611244154.0中认为有机质含量是影响污泥化学调理的关键因子，以有效成分相对污泥有机质的质量(mg/g VS)为基准进行添加。

而陈旧污泥在填埋环境中进行着生物化学演化，受初始条件和环境条件的影响较大。之前的专利方法具有重要的参考价值，但并没有特异性地针对陈旧污泥的物理化学特性，方案的实施也就没有明确的陈旧污泥脱水性改善机理指导，较难获得添加量预测模型以高效地计算经济性优化的化学试剂投加组合。因此，已有专利方法对于处理性质已发生变化的陈旧污泥，试剂添加量组合较难达到经济性的优化。

Xun Tan等人发现化学氧化作用对于不同类型的污泥脱水性改善机制不同，体现在氧化处理前后有机物的分布特征上。对于未扰动的沉淀池污泥，氧化处理促进了细胞外聚合物的分解或部分细胞破坏，絮状物或细胞内封装水的释放改善了脱水效果，同时释放到溶液中的有机物含量高于溶液中被氧化物矿化的有机物含量。对于厌氧消化、超声或热处理污泥，在最初的处理中，有机物质已经部分从聚合体转移到溶液中，进一步的氧化处理下，溶液中有机物的矿化比迁移更为显著，提高了脱水性。研究发现发表在Separation andPurification Technology(2020，(237)，116317)。氧化处理下陈旧污泥的有机物分布特征属于后一种类型。

不同陈旧污泥之前的性质差异不仅在于有机质含量，因为污泥悬浮液的压力脱水是固液分离的典型物理过程，而液相、固相、悬浮液结构网络特性均影响着化学调理和分离过程。涉及到的最复杂的问题之一，因为多种指标同时交互影响。除有机质含量以外是否还有影响化学调理的关键特性指标？怎样考虑多种特性之间的相互作用，以及相互作用如何对预处理和过滤工艺产生影响？怎样降低前期试验程序以可靠获得经济性优化的试剂添加组合？是目前进一步深入理解化学氧化处理陈旧污泥的主要问题。因此，目前需要一种试剂投加量化方法以处理性质复杂的陈旧污泥，在达到改善脱水性能的同时，更为准确、便捷地计算试剂的添加量，以更全面地评估化学氧化处理陈旧污泥的试剂使用成本。

发明内容

本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供一种用于陈旧污泥调理的化学试剂的添加量化方法，能够解决陈旧污泥化学试剂适宜使用量计算不准确的问题，避免了投加试剂不足或浪费而造成脱水效果不佳或经济成本的无效增高。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

本发明提供一种用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法，包括如下步骤：

1)将至少一种陈旧污泥加水搅拌，使其悬浮得到可泵送流动状态的泥浆；测量泥浆获得泥浆粒径分布，得到体积低位粒径值D₁₀；测量泥浆获得其中的有机质含量VS/TS；将所述泥浆离心后得到沉淀物，测量沉淀物每单位质量干物质中的含水质量M_T；

2)进行至少一种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验：根据过滤难易程度的需求设定化学调理后泥浆目标比阻为可接受值，在步骤1)所述泥浆中加入化学试剂调理后测量其比阻，通过响应面法搜寻化学调理后泥浆满足所述比阻可接受值时的化学试剂优化添加质量组合；所述化学试剂包含第一试剂A和第二试剂B；

3)将步骤2)得到的一种泥浆的化学试剂优化添加质量除以步骤1)所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，得到归一化值；或者将步骤2)得到的两种以上泥浆的化学试剂优化添加质量与步骤1)所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值进行最小二乘法线性回归，得到线性回归方程；其他待处理陈旧污泥按步骤1)重复操作，获得对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，并运用得出的所述归一化值或线性回归方程进行计算，得到其他待处理陈旧污泥泥浆的化学试剂优化添加质量。

根据本发明的方法，步骤1)中，所述悬浮得到的可泵送流动状态泥浆中，含水量占泥浆总质量的85～95％，优选93.02％～93.30％。

根据本发明的方法，步骤1)中，有机质含量VS/TS、体积低位粒径值D₁₀、含水量M_T的测量可参考现有标准方法或文献，如在具体的实施方案中：将污泥悬浮液(40.0g)首先在2000重力加速度条件下离心15分钟，收集并称量离心液质量，计算沉积物每单位质量干物质中的含水质量M_T(g/g)；或运用550℃灼烧法得到泥浆有机质含量VS/TS(％)；或运用激光粒度仪1000rpm转速下测得泥浆体积低位粒径D₁₀(μm)—低于此粒径的颗粒体积占总体积的10％。优选地，上述每种参数测试一式三份。

根据本发明的方法，优选地，所述步骤1)中，对于含水量占泥浆总质量93.02％～93.30％泥浆，测得泥浆有机物含量VS/TS为10％～50％，1000rpm转速下D₁₀为5～25μm，40.0克泥浆2000重力加速度离心15分钟后沉积物中每单位质量干物质中的含水质量M_T为2.00～8.00g/g。

根据本发明的方法，步骤2)中，优选地，将第一试剂A和第二试剂B按照搜寻得到的化学试剂优化添加质量加入步骤1)所得泥浆中调理，进行比阻测试以验证搜寻结果是否达标。

根据本发明的方法，步骤2)中，所述化学调理为氧化预处理，所述化学试剂优化添加质量包括第一试剂A和第二试剂B各自的添加质量或两者的质量配比。

在具体的实施方案中，所述第一试剂A为催化物质，其可以是：五水硫酸亚铁、铁粉、零价铁或纳米零价铁中的至少一种或其混合物，所述第二试剂B为自由基产生物，其可以是：过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、过硫酸盐、过碳酸盐中的至少一种或其混合物。

根据本发明的方法，在具体的方案中，步骤2)开展一种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验时，将步骤2)得到的一种泥浆的化学试剂优化添加质量除以步骤1)所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，得到归一化值。

根据本发明的方法，在具体的方案中，步骤2)开展至少两种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验时，将步骤2)得到的至少两种泥浆的化学试剂优化添加质量和步骤1)所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值进行最小二乘法线性回归，得到线性回归方程。

根据本发明的方法，步骤3)中，优选地，将各种陈旧污泥加水悬浮至可泵送流动状态后，使其含水率相同。

根据本发明的方法，还包括步骤4)，根据步骤3)获得的化学试剂添加质量组合对各种陈旧污泥进行化学调理，优选地，还进行比阻测试或板框压滤脱水，进一步地，根据脱水结果微调试剂添加质量组合，从而在经济性优化的条件下大大改善陈旧污泥的脱水性。

在具体的实施方案中，在板框压滤脱水后，可向pH超出6.5～8.5范围的滤液中添加石灰或硫酸，使滤液pH处于6.5～8.5范围。对滤液中的非溶沉淀物进行常规固液分离。非溶沉淀物混入污泥泥饼一同进入后续固体废弃物处置环节。

通过上述技术方案，本发明中化学试剂添加量化方法是采用化学氧化预处理陈旧污泥改善脱水性，是基于评判陈旧污泥有机质含量、聚合体粒径分布和可脱水程度而开发的化学氧化调理方法，具有的有益效果如下：

(1)可以适应初始特性不同，填埋时间不等，且处于复杂生物化学演化进程的特殊陈旧污泥，适用于不同物理化学特性复杂的陈旧污泥的化学氧化调理，克服了以往技术中只基于污泥体积、固体物质含量或有机质含量而进行的试剂添加量计量的不适性，选择以影响化学调理的多指标组合为基准的量化方法，扩展化学氧化调理技术适用的范围，突破了只适用于部分新鲜污泥有良好调理效果的局限性，避免了调理不同性质陈旧污泥可能造成的试剂添加量设计不当。

(2)通过少量试验(至少一组响应面试验)渐次获得经济性优化的试剂添加质量，然后用于计算其他不同性质陈旧污泥的试剂添加质量，减少了前期试验程序，节省了时间与工作量，稳定地搜寻试剂添加质量组合，大大提高了试验的效率。在工程前期能够通过少量渐次试验即可评估化学氧化试剂投入成本，为全面制定化学调理和脱水工艺方案提供支撑。

附图说明

图1为本发明实施例用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法流程示意图。

具体实施方式

研究发现，以何种指标为计量基准能在理论上综合效益更佳，本质是要把握与脱水性能紧密相关的陈旧污泥物理化学特性，以及氧化试剂对陈旧污泥悬浮液体系脱水性改善的作用机理。

为了解决现有缺陷，如图1所示，本发明实施例提供了一种用于陈旧污泥调理的化学试剂的添加量化方法，包括如下步骤：

步骤S1：将至少一种陈旧污泥加水搅拌，使其悬浮得到可泵送流动状态泥浆；测量泥浆获得泥浆粒径分布，得到体积低位粒径值D₁₀；测量泥浆获得其中的有机质含量VS/TS(％)；将所述泥浆离心后得到沉淀物，测量沉淀物每单位质量干物质中的含水质量M_T(g/g)；上述每种参数测试一式三份取平均值；

步骤S2：进行至少一种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验：根据过滤难易程度的需求设定化学调理后泥浆目标比阻为可接受值，在步骤S1所述泥浆中加入化学试剂调理后测量其比阻，通过响应面法搜寻化学调理后泥浆满足所述比阻可接受值时的化学试剂优化添加质量组合；所述化学试剂包含第一试剂A和第二试剂B；将第一试剂A和第二试剂B按照搜寻得到的化学试剂优化添加质量再次加入步骤S1所得泥浆中调理，进行比阻测试以验证搜寻结果是否达标。

步骤S3：将步骤S2得到的一种泥浆的化学试剂优化添加质量除以步骤S1所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，得到归一化值；或者将步骤S2得到的两种以上泥浆的化学试剂优化添加质量与步骤S1所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值进行最小二乘法线性回归，得到线性回归方程；其他待处理陈旧污泥按步骤S1重复操作，获得对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，并运用得出的所述归一化值或线性回归方程进行计算，得到其他待处理陈旧污泥泥浆的化学试剂添加质量。

步骤S4：根据步骤S3获得的化学试剂优化添加质量组合对各种陈旧污泥进行化学调理，还进行比阻测试或板框压滤脱水，对滤液pH进行调整。

所述化学调理为氧化预处理，所述化学试剂的最优添加质量包括第一试剂A和第二试剂B各自的添加质量或两者的质量配比。

在本发明实施例方法中，污泥固相聚合体特征和污泥悬浮液结构网络特征则反映了试剂添加质量的影响规律。影响陈旧污泥化学调理的关键因素除有机物质含量以外，还有聚合体粒径分布和可脱水程度。

聚合体粒径对化学调理及脱水的影响是：一方面，在过滤过程中，细小的颗粒容易造成滤饼堵塞，阻碍水的排出；另一方面，自由基产生物质在催化物质催化作用下产生的羟基自由基是一种非选择性强氧化物质。如果污泥聚合体不解体，则溶液中的可溶性有机物和附着于聚合体表面的有机物均被羟基自由基氧化。当聚合体尺寸较小时，聚合体的整体表面更广泛，更多表面结合的有机物质参与羟基自由基的竞争。因此，需要更多的试剂才能达到同样的脱水效果。

离心沉淀物的含水量代表了可脱水的程度。在某一特定离心加速度下，污泥中部分溶液容易被离心力与沉淀物分离开来，成为上层的清液，而不能被物理方式所分离的水分存留在沉淀物之中，所以沉淀物中的含水量也可以认为是一种“结合水”的含量。这种水分与污泥固相结合较为紧密，被包裹在聚合体内部或聚合体之间，由于固相的吸附作用，较难从小空隙中向外排出。这部分水分中的可溶解性有机物质难以被氧化物所矿化，因此试剂量与沉淀物中的含水量呈正相关关系。

强氧化类试剂组合对改善沉淀池污泥脱水性有很好的效果。但目前试剂成本较高、易爆危险试剂的现场使用受严格管控，运用本发明构思的试剂添加量化方法，通过渐次的试验对试剂使用量做尽可能准确的计算。目前的方法以有效成分在污泥中的体积摩尔浓度(mmol/L)、在单位污泥体积中的质量(mg/L)、相对污泥固体物质的质量(mg/g DS)、相对污泥有机质的质量(mg/g VS)等为计量基准，没有考虑影响化学调理及脱水的其它关键因素，更没有考虑其它因素同时存在相互作用。陈旧污泥的性质是复杂的，仅靠单一因素作为基准很难计算得到准确的试剂经济性优化的添加组合。例如，两种陈旧污泥有机质含量相同，在填埋过程中聚合体粒径分布会产生一定变化，聚合体粒径分布特征存在区别，如果单一依靠有机质含量作为试剂的添加基准，对主要含有较大粒径聚合体的样品会导致试剂添加过多，而对主要含有较小粒径聚合体的样品会导致试剂添加不足。

本发明构思的试剂添加量化方法和试验控制技术，与现有技术相比，准确把握了影响化学试剂消耗量的陈旧污泥物理化学特性，以控制化学试剂消耗量的陈旧污泥物理化学特征指标为基准，考虑特征指标间的相互作用关系，改进了化学试剂使用量的参考基准，该方法能够有效适应处于生物化学演化进程的特殊陈旧污泥，同时考虑了前期试验程序的繁复程度，可渐次搜寻经济性优化的试剂添加量，开发的试剂添加量化方法将提高试剂用量预测能力，有助于准确计算试剂的投入成本。解决了针对陈旧污泥化学调理适用性不足的方法难题，并克服前期试验繁复的技术短板。

本发明方法使处理陈旧污泥使用的试剂量与泥浆有机质含量对体积低位粒径之比、再与离心沉淀物含水量乘积相匹配。基于归一化多指标组合的计量基准对于处理复杂陈旧污泥是有效的，经过一组响应面试验获取脱水性达标的经济性优化的试剂添加量，进一步优选的，可进行至少两组响应面试验获取数据，能高效、渐次地获取经济性优化的试剂组合与计量基准之间的线性关系，同时用于量化其他性质不同陈旧污泥添加量，不需要对待处理不同性质陈旧污泥都开展繁复的响应面试验，节省了时间和试验成本。获得的经济性优化的试剂使用组合，能针对性提高化学氧化处理陈旧污泥的适应性。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。以下实施例中所用原料若未特别说明，均为通过商业渠道获得。

实施例1

本实施例是将陈旧污泥泥浆多指标组合为试剂添加量基准的量化方法，在改善陈旧泥浆比阻同等程度的情况下，与有机质含量、干基含量单独作为试剂添加量基准量化方法的对比，步骤如下：

S1：选择两种陈旧市政污泥No.1和No.5为对象，采集原始污泥含水率No.1 75.71±0.58％和No.2 84.53±0.35％。对原始污泥加水搅拌，重新悬浮为含水量占泥浆总质量为93.16±0.14％的可泵送流动状态泥浆。测试泥浆有机质含量VS/TS，马尔文激光粒度仪湿法测量泥浆粒径，1000rpm搅拌速度下低位粒径值D₁₀，将40.0克泥浆在2000重力加速度条件下离心15分钟，收集并称量离心液质量，计算沉淀物物每单位质量干物质中的含水质量M_T，上述每种参数测试一式三份取平均值，数据见表1。

S2：开展No.1和No.5两种陈旧污泥的化学调理过滤响应面试验。设定化学调理后泥浆比阻下降达到10¹¹m/kg(属于易过滤)。通过响应面法搜寻第一试剂A(五水硫酸亚铁)与第二试剂B(30％浓度过氧化氢)以化学调理150.00g泥浆，使其比阻达到目标值时的添加质量组合，再通过设置试剂A与试剂B的经济权重(属于对响应面试验结果的具体参数分析)，单位质量组分B为单位质量组分A的2.5倍，获得泥浆比阻达到目标值时唯一的试剂经济性优化添加质量组合：No.1(B_opt：0.68g，A_opt：1.62g)和No.5(B_opt：2.03g，A_opt：3.07g)。利用该试剂优化质量组合调理泥浆，调理后泥浆为(1±0.33)×10¹¹m/kg，试剂优化质量组合验证达标。

S3：将步骤S2中结果试剂经济性优化添加质量值与所对应的泥浆(VS/TS÷D₁₀)×M_T值(量纲μm^-1·g·g^-1)进行最小二乘法线性回归，得到计算其他待处理陈旧污泥的试剂优化添加质量的线性回归方程，B(y＝7.1249x-0.2135)和A(y＝7.6526x+0.6603)。其他待处理陈旧污泥No.2、No.8和No.3，采集原始样品含水率分别为89.46±0.27％、76.24±0.67％和83.25±0.35％，按所述步骤S1，重新悬浮为含水量占泥浆总质量为93.16±0.14％的可泵送流动状态泥浆，进行有机质含量、体积低位粒径和离心测试，测试重复三份，并运用上述所得出的线性回归方程，计算No.2、No.8和No.3待处理陈旧污泥泥浆(VS/TS÷D₁₀)×M_T值所对应的化学试剂添加质量。数据见表2。

S4：按步骤S3计算得出的化学试剂优化的添加质量组合，对所述待处理陈旧污泥进行氧化处理，然后进行比阻测试，测试滤液pH，结果见表2。

同时为了对比不同计量基准计算试剂调理效果，将S2得出两种陈旧污泥试剂添加质量与泥浆的VS/TS和TS建立线性回归方程：基于VS/TS(量纲％)建立的试剂添加质量线性回归方程：B(y＝0.0687x-1.0707)，A(y＝0.0738x-0.2604)；基于TS(量纲％)建立的试剂添加质量线性回归方程：B(y＝7.500x-48.520)，A(y＝8.056x-51.224)。应用于计算其他三种待测污泥试剂添加质量，并对比化学调理后泥浆比阻，如表2。

可以看到，采用基于(VS/TS÷D₁₀)×M_T的试剂添加质量化学调理泥浆后，比阻值已经降至10¹¹m/kg，属于易过滤，达到调理目标。而基于泥浆的TS和VS/TS的试剂添加质量均高于前者，将会造成不必要试剂的浪费，增加试剂采用成本。注意到No.8和No.3号样品，有机质含量较为接近，若以VS/TS的基准进行试剂添加，两种陈旧污泥需投加的试剂质量接近，而基于(VS/TS÷D₁₀)×M_T的基准进行试剂添加，在改善比阻同等程度的情况下，调理No.8陈旧污泥需要的B试剂质量是调理No.3所需B试剂质量的49.5％。原因在于No.8号样品比No.3号样品具有更高值的体积低位粒径，意味着No.8号陈旧污泥含有更多的大粒径聚合体，同时No.8号样品具有更少量的“结合水”含量。所以即便有机质含量接近的情况下，No.8号样品只需要比No.3样品更少量的试剂调理即可降低至同等程度比阻。因此，基于(VS/TS÷D₁₀)×M_T的基准的试剂添加质量化方法，能适应物理化学性质更为复杂、多变的陈旧污泥，在精简试验程序的条件下，所获得的试剂添加质量组合是经济性优化的，该试剂添加量化方法达成了其他方法无法达成的技术效果，适应性是优于其他方法的。

表1

表2

实施例2：

本实施例是将陈旧污泥泥浆多指标组合为试剂添加量基准的量化方法，处理物理化学性质不同的陈旧污泥时，考量前期响应面试验程序对试剂量预测的影响，步骤如下：

S1：选择五种陈旧市政污泥No.1，No.5，No.2，No.8，No.3为对象，对原始加水搅拌，重新悬浮为含水量占泥浆总质量为93.16±0.14％的可泵送流动状态泥浆。测试泥浆有机质含量，马尔文激光粒度仪湿法测量泥浆粒径，1000rpm搅拌速度下低位粒径值D₁₀，2000重力加速下离心后沉淀物每单位质量干物质含水质量M_T，测试一式子三份取平均值见表1。

S2：开展No.1，No.5，No.2，No.8，No.3陈旧污泥的化学调理过滤响应面试验。设定化学调理后泥浆比阻下降达到10¹¹m/kg(属于易过滤)。通过响应面法搜寻第一试剂A(五水硫酸亚铁)与第二试剂B(30％浓度过氧化氢)化学调理150.00g泥浆，使其比阻达到目标值时的添加组合，再通过设置经济权重，单位质量组分B为单位质量组分A的2.5倍，获得泥浆比阻达到目标值时唯一的经济性优化的试剂添加质量组合B_opt与A_opt，结果见表3。经重复验证，按试剂优化添加质量组合调理泥浆比阻能够达标。

S3：将步骤S2中No.1结果经济性优化的添加质量值除以所对应的泥浆(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，得到归一化值：B：5.42μm^-1·g·g^-1，A：12.92μm^-1·g·g^-1。运用该值计算其他待处理陈旧污泥泥浆(No.5，No.2，No.8，No.3)的试剂添加质量，并与其他陈旧污泥响应面试验直接得出的经济性优化的试剂添加质量进行对比。见表3。

S4：按步骤S2响应面测试得出的化学试剂经济性优化的添加质量组合，以及步骤S3归一化计算得出的化学试剂添加质量组合，对所述待处理陈旧污泥进行氧化处理，然后进行比阻测试，结果显示所有样品比阻均改善至10¹¹m/kg以下。

表3显示了使用一种陈旧污泥No.1响应面试验结果计算的其他陈旧污泥试剂B和A添加质量，并列出了计算结果与响应面试验结果B_opt和A_opt的差距。表4显示了实施例1中使用的线性回归方程计算的其他陈旧污泥试剂添加质量，同样列出了计算结果与响应面试验结果B_opt和A_opt的差距。可以看到，利用回归方程计算的实际添加质量与实际响应面结果B_opt和A_opt的差距有所减小。因此，快速评价时可使用一种陈旧污泥响应面试验结果计算添加质量，完善技术方案时可再进行两组以上响应面试验。本实施方案基于(VS/TS÷D₁₀)×M_T的基准的试剂添加量化方法，能适应不同阶段技术方案的评价，在精简试验程序和保证准确性条件下，该试剂添加量化方法可达成相应技术效果。

表3

表4

实施例3：

本实施例是将陈旧污泥泥浆多指标组合为试剂添加量基准的量化方法，处理物理化学性质接近的陈旧污泥，获得试剂添加量处理陈旧污泥的效果验证，步骤如下：

S1：选择一种陈旧市政污泥A1对象，采集原始污泥含水率83.21±0.38％。对原始污泥加水搅拌，重新悬浮为含水量占泥浆总质量为93.16±0.14％的可泵送流动状态泥浆。测试泥浆有机质含量为33.56±0.28％，马尔文激光粒度仪湿法测量泥浆粒径，1000rpm搅拌速度下体积低位粒径值D₁₀为11.23±0.9μm，2000重力加速下离心后沉淀物每单位干物质质量含水质量M_T为4.56±0.02g/g。

S2：开展A1陈旧污泥的化学调理过滤响应面试验。设定化学调理后泥浆比阻下降达到10¹¹m/kg(属于易过滤)。通过响应面法搜寻第一试剂A(五水硫酸亚铁)与第二试剂B(30％浓度过氧化氢)化学调理150.00g泥浆，使其比阻达到目标值时的质量组合，再通过设置经济权重，单位质量组分B为单位质量组分A的2.5倍，获得泥浆比阻达到目标值时唯一的经济性优化的试剂添加质量组合，(B_opt：0.71g，A_opt：1.34g)。利用该组合调理后泥浆为(9.89±1.33)×10¹⁰m/kg，组合验证达标。

S3：将步骤S2中A1结果经济性优化的添加质量值换算为所对应的泥浆(VS/TS÷D₁₀)×M_T的归一化值：B：5.21，A：9.83。其他待处理陈旧污泥A2重悬浮为相同含水率泥浆，按所述步骤(1)进行泥浆有机质含量为41.23±0.38％，低位粒径16.55±0.4μm，离心测试M_T为5.14±0.03g/g，并运用得出的归一化(VS/TS÷D₁₀)×M_T所对应的经济性优化的添加质量组合值，计算试剂添加质量为B：0.68g，A：1.28g。

S4：按步骤S3计算得出的化学试剂经济性优化的添加质量组合，对所述待处理陈旧污泥A2进行氧化处理，调理后比阻为(1.10±0.21)×10¹¹m/kg，达到调理目标。

从上述实施例可以看到化学氧化调理在本发明的以多指标为基准的量化方法下能很好地适应物理化学性质复杂的陈旧污泥，在精简试验程序的条件下，所获得的试剂添加组合是经济性优化的，突破了只适用于部分新鲜污泥有良好调理效果的局限性，避免了调理不同性质陈旧污泥可能造成的试剂添加量设计不当。同时能适应不同阶段技术方案的评价，在试剂工程中，根据工作阶段选择试验程序，节省了时间与工作量，渐次、稳定地搜寻试剂添加质量组合，大大提高了试验的效率。该发明可运用于污泥填埋场提高容纳能力，老旧污泥倾倒坑治理与修复，已填埋陈旧污泥的前端深度脱水减量化处理，降低后端焚烧或资源化利用的成本。在工程前期能够通过少量渐次试验即可评估化学试剂投入成本，为全面制定化学调理和脱水工艺方案提供支撑。

本发明中的响应面法可直接参考相关现有技术，例如李云燕、胡传荣编著《试验设计与数据处理》专著上相关内容。本发明中的陈旧污泥加水重新悬浮等技术细节可参考Tan等人发表在Separation and Purification Technology(2020，(237)，116317)上的相关内容。本发明中的陈旧污泥离心沉淀物含水量测量可参考Zhang等人发表在Science of TheTotal Environment(2019，(675)，184-191)上的相关内容。陈旧污泥泥浆有机物含量的测量可参考中国国家环境保护标准HJ 761-2015中固体废弃物有机质测得标准方法测得。陈旧污泥泥浆粒径分布测试可参考中国国家标准GB T 19077-2016中激光衍射法粒度分析法测得。

显然，本发明的上述实施例仅仅是基于清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种用于陈旧污泥调理的化学试剂添加量化方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：步骤1)中，所述悬浮得到的泥浆中，泥浆含水量足以使泥浆呈可泵送的流动状态。

3.根据权利要求1所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：将40.0克泥浆在2000重力加速度条件下离心15分钟，收集并称量离心液质量，计算沉积物每单位质量干物质中的含水质量M_T；和/或，运用550℃灼烧法得到泥浆有机质含量VS/TS；和/或，运用激光粒度仪1000rpm转速下测得泥浆体积低位粒径D₁₀。

4.根据权利要求3所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：所述步骤1)中，对于含水量占泥浆总质量93.02％～93.30％的泥浆，测得泥浆有机物含量VS/TS值为10％～50％，1000rpm转速下D₁₀为5～25μm，40.0克泥浆2000重力加速度离心15分钟后沉积物中每单位质量干物质中的含水质量M_T为2.00～8.00g/g。

5.根据权利要求1-4任一项所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：步骤2)中，所述化学调理为氧化预处理，所述化学试剂的优化添加质量包括第一试剂A和第二试剂B各自的添加质量或两者的质量配比。

6.根据权利要求5所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：所述第一试剂A为催化物质，其选自五水硫酸亚铁、铁粉、零价铁或纳米零价铁中的至少一种或其混合物，所述第二试剂B为自由基产生物，其选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、过硫酸盐、过碳酸盐中的至少一种或其混合物。

7.根据权利要求1-6任一项所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：步骤2)中，开展一种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验时，将步骤2)得到的一种泥浆的化学试剂优化添加质量除以步骤1)所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值，得到归一化值。

8.根据权利要求1-7任一项所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：步骤2)中，开展至少两种陈旧污泥的化学调理和过滤响应面试验时，将步骤2)得到的至少两种泥浆的化学试剂优化添加质量和步骤1)所对应泥浆的(VS/TS÷D₁₀)×M_T值进行最小二乘法线性回归，得到线性回归方程。

9.根据权利要求7任一项所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：步骤3)中，将各种陈旧污泥加水悬浮至可泵送的流动状态后，使其含水率相同。

10.根据权利要求1-9任一项所述的化学试剂添加量化方法，其特征在于：还包括步骤4)：根据步骤3)获得的化学试剂添加量组合对各种陈旧污泥进行化学调理，并进行比阻测试或板框压滤脱水；以及，在板框压滤脱水后，向pH超出6.5～8.5范围的滤液中添加石灰或硫酸，使滤液pH处于6.5～8.5范围；对滤液中的非溶沉淀物进行常规固液分离，非溶沉淀物混入污泥泥饼一同进入后续固体废弃物处置环节。