CN114804581A - 一种联合强化污泥脱水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及城市污水处理厂污泥处理技术领域，特别涉及一种联合强化污泥脱水的方法，包括如下步骤：先将污泥置于超声波设备中进行超声破解；再将破解后的污泥中投加壳聚糖溶液，用搅拌机先快速搅拌30s，速度为150r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min；最后在污泥中投加污泥基生物炭颗粒，用搅拌机先快速搅拌1min，速度为200r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min；其有益效果为：本发明调理后的污泥可形成含水率极低的泥饼，显著的减少了污泥外运的费用。对于大中型污水处理厂可以建设污泥基生物炭热解设施，制备出的污泥基生物炭一部分外售，一部分厂区自用。而且污泥基生物炭的添加可以提高脱水污泥的焚烧热值。

Description

一种联合强化污泥脱水的方法
技术领域
本发明涉及城市污水处理厂污泥处理技术领域，特别涉及一种联合强化污泥脱水的方法。
背景技术
城市污水处理厂剩余污泥的含水率高达95％以上，在采用填埋、焚烧、堆肥、消化处理污泥前，需将含水率降低至60％以下。但传统机械脱水后的污泥含水率一般在75％～85％，不能满足后续处理的含水率要求。因此，亟需开发高效环保的污泥脱水工艺实现污泥的减量化处理。
由于污泥胶体颗粒表面的电负性和极性基团对水分子的吸附作用，污泥菌胶团表面吸附着一层或多层水化膜，形成了稳定的胶体分散体系。胞外聚合物(EPS)是污泥的最重要组成部分之一，其主要成分是蛋白质和多糖。EPS携带负电荷，能够黏附于细胞的表面，使污泥成为表面具有负电性的絮体结构；并且可以通过氢键等作用力将水分子和固相物质结合起来，从而保持水分并产生自我保护功能，确保微生物的生存与胶体体系的稳定。因此要破坏污泥EPS结构以释放EPS所束缚的结合水，目前污泥破解技术包括化学法、物理法与生物法，化学法一般通过氧化法破解污泥，需要投加化学药剂与污泥发生反应，由此容易造成二次污染；物理法一般为冻融或热处理，但它们的能耗较高；生物法一般利用生物沥浸酸化破解污泥，效果较好，但耗时较长。破解污泥并不能很好的破坏污泥胶体体系的稳定性，通常需要投加絮凝剂使污泥胶体脱稳聚集，污泥颗粒增大，胶体的亲水性降低，从而提高泥水分离的能力。絮凝剂主要包括无机盐、合成有机聚合物以及天然有机物。无机絮凝剂主要包括铝盐和铁盐，合成絮凝剂中聚丙烯酰胺的应用最为广泛。虽然调理效果良好，但大量无机离子的引入会腐蚀后续设备，而且聚丙烯酰胺中的丙烯酰胺单体会导致污泥毒性的累积，引起二次污染。在机械脱水过程中，污泥颗粒很容易在压力下变形，导致污泥滤饼的过滤通道堵塞。目前改善污泥过滤性的方法主要是添加刚性多孔物质，这些物质在压缩过程中可充当骨架改善污泥絮体的机械强度和渗透性，同时利用骨架颗粒与化学调理剂及污泥胶体之间的相互作用，形成均质且刚性多孔结构，有助于污泥脱水。
由此可见，剩余污泥的EPS结构具有高度水合性、污泥胶体体系具有稳定性、污泥有机质具有高压缩性，这些性质共同阻碍了污泥脱水。污泥调理手段旨在借助物理、化学、生物方法改变污泥的结构与性质，以此来实现污泥的高效脱水。但单一调理方法对于污泥脱水性能的改善有限，需要采用具有针对性的联合调理方法提高污泥的脱水性能，并考虑调理方法对环境以及后续污泥处置的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种联合强化污泥脱水的方法，能够实现环境友好且经济的污泥调理工艺，过程易于操作与控制，污泥脱水效果好，可极大的降低污泥后续资源化利用处置的风险。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、先将污泥置于超声波设备中进行超声破解；
步骤二、向步骤一破解后的污泥中投加壳聚糖溶液，用搅拌机先快速搅拌30s，速度为150r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min；
步骤三、向步骤二的污泥中投加污泥基生物炭颗粒，用搅拌机先快速搅拌1min，速度为200r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min。
优选地，所述污泥可来源于污水处理厂的初沉池、二沉池、污泥调节池、回流污泥、浓缩污泥池等。
优选地，在步骤一中，所述超声波设备的超声波的频率为20KHz，声强为1000W/m2，超声波破解时间为5～10s。
优选地，在步骤二中，采用1％的醋酸溶液对壳聚糖粉末进行溶解，配制成壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液的浓度为0.5g/L，投加量为10mg/g DS。
优选地，在步骤三中，利用污水处理厂的脱水污泥自循环制备得到污泥基生物炭。
优选地，所述污泥基生物炭的制备步骤为：
步骤(1)、将脱水污泥人工剔除粒径较大的杂质颗粒后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，待污泥样品冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过30目筛网后密封保存；
步骤(2)、将步骤(1)得到的干污泥颗粒样品与活化剂ZnCl2溶液(浓度为2mol/L)混合浸渍，浸渍比为1：2.5(m：V)，在室温下放置24h后干燥至恒重；
步骤(3)、将步骤(2)得到的冷却至室温的干污泥颗粒样品放入石英坩埚中，塞满压实填平，盖上盖子后用铝箔纸紧密包裹(最大限度缺氧环境)，然后放入马弗炉中进行高温热解；
步骤(4)、将步骤(3)得到的热解完成后的干污泥颗粒样品放入干燥皿中冷却至室温，再将样品置于布氏漏斗中，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，然后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过80目筛网，得到大小为80-180μm的污泥基生物炭颗粒。
优选地，在步骤(3)中，高温热解的热解温度设置为600℃，热解时间设置为2h。
优选地，污泥基生物炭的比表面积为116.00m2/g，总孔容为0.077cm3/g，平均孔径为2.65nm；污泥基生物炭的表面负载Al、Ca、Fe、Mg等金属阳离子以及多种含氧官能团，且污泥基生物炭的芳香性、亲水性以及极性较强，该材料具有较高的稳定性。
优选地，在步骤三中，所述污泥基生物炭颗粒的投加量为0.5g/g DS。
所述壳聚糖难溶于水，易溶于稀酸溶液，因为当稀酸中的氢离子活度接近等于氨基的浓度时，氨基被质子化，使自身带有正电荷，同时内部的氢键和晶格被破坏，发生膨胀从而提高溶解性。
本发明中超声波破解、壳聚糖再絮凝、污泥基生物炭骨架构建并吸附持水性物质联合调理污泥脱水性能的原理为：
首先，超声波的空化作用能充分分解污泥絮体及表面的EPS结构，大量结合水转化为自由水；部分胞内物质以及带负电荷的基团被释放，为壳聚糖提供了更多的结合位点。同时使EPS上的官能团质子化，促进其在污泥基生物炭上的吸附；并且超声波能改变EPS蛋白质主链上的折叠和螺旋结构，促进蛋白质二级结构变性。
其次，壳聚糖使超声波破解后的污泥小絮体重新团聚成大尺寸絮体，降低絮体比表面积，强化固液分离能力，并通过共价键和静电相互作用与溶解性EPS中的蛋白质发生络合反应，使蛋白质以络合沉淀物的形式被去除，改变了蛋白质二级结构的空间构象，提高了污泥的疏水性，强化了泥水分离的过程。
最后，污泥基生物炭充分吸附了外层EPS中的蛋白质、多糖、溶解性微生物产物等持水性物质，促使内层EPS溶解，进一步促使蛋白质二级结构的变性与转化，极大削弱了污泥固相与水分子之间的亲和作用。
而且壳聚糖和污泥基生物炭可有效降低污泥的高可压缩性，促使污泥絮体致密化，同时污泥基生物炭作为助滤剂在污泥絮体中构建骨架结构，为水分在滤饼内创造毛细水流通道，有效解决污泥在压力脱水下的过滤通道堵塞问题。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用污泥基生物炭骨架吸附持水性物质耦合超声波破解-壳聚糖再絮凝的联合调理方法显著提高了污泥脱水性能。在实验室条件下，可将污泥的污泥比阻、毛细吸水时间、滤饼含水率分别降低92.98％、78.46％、16.35％。利用板框压滤机可将联合调理后的污泥压成含水率为55％～60％的泥饼。且联合调理中的每一个步骤都是绿色可持续的方法。
(2)本发明采用的超声波是一种绿色、无二次污染的污泥破解技术。其空化过程中所产生的微湍流和冲击波会形成强对流，从而产生极强的剪切力，这是超声波的机械效应，该效应能迅速破坏污泥絮体，引起污泥颗粒之间的强烈碰撞。同时空化过程会伴随着液体微气泡的形成和破灭，此时会有能量的释放，导致局部伴有高温高压的变化，产生热效应，热效应可加速污泥颗粒的运动，释放的能量可破解污泥。而且空化气泡瞬间破灭时，溶剂蒸汽会分解形成自由基(H·、·OH、HO2·)，其氧化性能极强，在机械效应和自由基效应的共同作用下导致污泥菌胶团结构的解体，瓦解了细胞壁和细胞膜，释放内部的结合水，转化为自由水，有利于机械脱水过程中的泥水分离。与其他氧化法相比，超声波的操作条件简单，过程易于控制。
(3)本发明采用的壳聚糖絮凝剂是地球上除纤维素之外最丰富的天然高分子聚合物，壳聚糖分子上含有氨基、羟甲基和羟基等基团，具有良好的电中和、吸附架桥和基团反应作用；尤其是氨基在酸性条件下发生质子化，使得壳聚糖表面带上正电荷而具有良好的阳离子絮凝剂特性。因其可生物降解，且无毒无害、无二次污染，具有替代传统污泥调理剂的潜力。
(4)本发明采用的污泥基生物炭骨架吸附剂是利用污水厂脱水污泥自循环制备得到的，将污泥基生物炭再应用于污水、污泥处理中是一种“以废治废”的新思路，极大的促进污泥闭环处置路线的开发。在污泥基生物炭的制备过程中，大量物质的挥发、致病菌的灭杀、重金属的固化等很好的实现了污泥的减量化与无害化。
(5)本发明调理后的污泥可形成含水率极低的泥饼，显著的减少了污泥外运的费用。对于大中型污水处理厂可以建设污泥基生物炭热解设施，制备出的污泥基生物炭一部分外售，一部分厂区自用。而且污泥基生物炭的添加可以提高脱水污泥的焚烧热值。若将脱水污泥应用于土地需对其进行发酵处理。传统投加的脱水药剂如聚丙烯酰胺对于微生物的活性有影响，同时其被分解得到的单体残留物也具有较大的环境风险。而投加壳聚糖絮凝剂不存在此问题。此外，留存在污泥中的污泥基生物炭能直接或间接影响发酵过程，促进有机物降解、降低氮损失、减少温室气体排放、提高发酵质量、缩短发酵周期。
附图说明
图1为本发明中污泥基生物炭材料的氮气吸附等温线图；
图2为本发明中污泥基生物炭材料的微观形貌图；
图3为本发明中污泥基生物炭材料的能谱图；
图4为本发明中污泥基生物炭材料的傅里叶红外光谱图；
图5为本发明中不同配置浓度的壳聚糖溶液对污泥比阻的影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、先将污泥置于超声波设备中进行超声破解；所述超声波设备的超声波的频率为20KHz，声强为1000W/m2，超声波破解时间为5～10s；
步骤二、向步骤一破解后的污泥中投加壳聚糖溶液，用搅拌机先快速搅拌30s，速度为150r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min；采用1％的醋酸溶液对壳聚糖粉末进行溶解，配制成壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液的浓度为0.5g/L，投加量为10mg/g DS。
步骤三、向步骤二的污泥中投加污泥基生物炭颗粒，用搅拌机先快速搅拌1min，速度为200r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min；利用污水处理厂的脱水污泥自循环制备得到污泥基生物炭；所述污泥基生物炭颗粒的投加量为0.5g/g DS。
优选地，所述污泥可来源于污水处理厂的初沉池、二沉池、污泥调节池、回流污泥、浓缩污泥池等。
优选地，所述污泥基生物炭的制备步骤为：
步骤(1)、将脱水污泥人工剔除粒径较大的杂质颗粒后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，待污泥样品冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过30目筛网后密封保存；
步骤(2)、将步骤(1)得到的干污泥颗粒样品与活化剂ZnCl2溶液(浓度为2mol/L)混合浸渍，浸渍比为1：2.5(m：V)，在室温下放置24h后干燥至恒重；
步骤(3)、将步骤(2)得到的冷却至室温的干污泥颗粒样品放入石英坩埚中，塞满压实填平，盖上盖子后用铝箔纸紧密包裹(最大限度缺氧环境)，然后放入马弗炉中进行高温热解；高温热解的热解温度设置为600℃，热解时间设置为2h；
步骤(4)、将步骤(3)得到的热解完成后的干污泥颗粒样品放入干燥皿中冷却至室温，再将样品置于布氏漏斗中，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，然后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过80目筛网，得到大小为80-180μm的污泥基生物炭颗粒。
优选地，污泥基生物炭的比表面积为116.00m2/g，总孔容为0.077cm3/g，平均孔径为2.65nm；污泥基生物炭的表面负载Al、Ca、Fe、Mg等金属阳离子以及多种含氧官能团，且污泥基生物炭的芳香性、亲水性以及极性较强，该材料具有较高的稳定性。
所述壳聚糖难溶于水，易溶于稀酸溶液，因为当稀酸中的氢离子活度接近等于氨基的浓度时，氨基被质子化，使自身带有正电荷，同时内部的氢键和晶格被破坏，发生膨胀从而提高溶解性。
本发明中超声波破解、壳聚糖再絮凝、污泥基生物炭骨架构建并吸附持水性物质联合调理污泥脱水性能的原理为：首先，超声波的空化作用能充分分解污泥絮体及表面的EPS结构，大量结合水转化为自由水；部分胞内物质以及带负电荷的基团被释放，为壳聚糖提供了更多的结合位点。同时使EPS上的官能团质子化，促进其在污泥基生物炭上的吸附；并且超声波能改变EPS蛋白质主链上的折叠和螺旋结构，促进蛋白质二级结构变性。其次，壳聚糖使超声波破解后的污泥小絮体重新团聚成大尺寸絮体，降低絮体比表面积，强化固液分离能力，并通过共价键和静电相互作用与溶解性EPS中的蛋白质发生络合反应，使蛋白质以络合沉淀物的形式被去除，改变了蛋白质二级结构的空间构象，提高了污泥的疏水性，强化了泥水分离的过程。最后，污泥基生物炭充分吸附了外层EPS中的蛋白质、多糖、溶解性微生物产物等持水性物质，促使内层EPS溶解，进一步促使蛋白质二级结构的变性与转化，极大削弱了污泥固相与水分子之间的亲和作用。而且壳聚糖和污泥基生物炭可有效降低污泥的高可压缩性，促使污泥絮体致密化，同时污泥基生物炭作为助滤剂在污泥絮体中构建骨架结构，为水分在滤饼内创造毛细水流通道，有效解决污泥在压力脱水下的过滤通道堵塞问题。
实施例2
本发明实施前首先要制备污泥基生物炭与配置壳聚糖溶液。
具体的，污泥基生物炭的制备步骤如下：
将脱水污泥样品人工剔除粒径较大的杂质颗粒后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，待污泥样品冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过30目筛网后密封保存。将干污泥颗粒样品与活化剂ZnCl2溶液(浓度为2mol/L)混合浸渍，浸渍比为1：2.5(m：V)，在室温下放置24h后干燥至恒重。将冷却至室温的干污泥颗粒样品放入石英坩埚中，塞满压实填平，盖上盖子后用铝箔纸紧密包裹(最大限度缺氧环境)，然后放入马弗炉中进行高温热解。热解温度设置为600℃，热解时间设置为2h。热解完成后放入干燥皿中冷却至室温，再将样品置于布氏漏斗中，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，然后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过80目筛网，得到大小为80-180μm的污泥基生物炭颗粒。
其中脱水污泥样品从某污水处理厂的污泥脱水车间收集，其含水率为70％～80％。污泥基生物炭预活化所采用的活化剂ZnCl2为分析纯。
采用比表面积与孔隙度分析仪分析污泥基生物炭的比表面积和孔隙分布情况，见图1与表1；采用扫描电子显微镜和能谱仪表征污泥基生物炭的微观形貌和表面元素，见图2与图3；采用有机元素分析仪测定污泥基生物炭中的C、H、O、N、S元素含量，见表2；采用傅里叶变换红外光谱鉴定污泥基生物炭表面有机官能团种类，见图4；采用X射线荧光光谱仪检测污泥基生物炭所含有的元素，见表3。
表1污泥基生物炭的比表面积与孔径分析
Figure BDA0003635321270000091
表2污泥基生物炭的元素分析
Figure BDA0003635321270000092
表3污泥基生物炭的XRF分析
Figure BDA0003635321270000093
由图1与表1可知，利用脱水污泥制备的污泥基生物炭样品为介孔材料，具有吸附效能，使其在污泥体系中存在吸附有机物质的潜力；同时污泥基生物炭的介孔结构和更大的比表面积能够为微小污泥颗粒提供更多的吸收场所，并且可为污泥中的水分提供排出通道。
由图2可知，污泥基生物炭表面较为粗糙，分布着大量的孔隙结构，粗糙的表面以及大量分布的孔隙提高了其表面活性与比表面积，具有更多的活性位点，为污泥中部分分子物质提供了附着位置。
由图3可知，可观察到污泥基生物炭的表面主要分布着C、N、O、Mg、Si、Al、Ca、Fe元素，其中非金属元素C、N、O为生物炭的基本构成元素，且污泥基生物炭的表面含氧量较高，推测其表面可能含有较多的含氧官能团。污泥基生物炭表面存在的金属元素说明其表面负载大量的金属阳离子，且主要为高价态的Al物种，有利于与带负电荷的污泥胶体体系发生絮凝反应，使得胶体脱稳聚集，可提高污泥的固液分离能力。
由表2可知，污泥基生物炭主要由C、H、O、N、S组成，O/C表示污泥基生物炭的亲疏水性，O/C的值越小，表明疏水性越强；H/C可解释污泥基生物炭的芳香性程度，H/C的值越大，表明芳香性越弱；(O+N)/C表征污泥基生物炭的极性，(O+N)/C的值越高，表明极性越强。由此表明污泥基生物炭的芳香性、亲水性以及极性较强，该材料具有较高的稳定性，能够充分均匀的分散于污泥混合液中。
由图4可知，污泥基生物炭所含有的官能团种类与含量较为丰富，表明其具有吸附有机物的潜力。污泥基生物炭表面的阳离子官能团与污泥表面的负电官能团可能会发生基团反应，会破坏污泥的电荷平衡，降低污泥胶体的稳定性，提高固液分离能力，从而促使污泥脱水性能的提升。
具体的，壳聚糖溶液的配置如下：
壳聚糖难溶于水，易溶于稀酸溶液，因为当稀酸中的氢离子活度接近等于氨基的浓度时，氨基被质子化，使自身带有正电荷，同时内部的氢键和晶格被破坏，发生膨胀从而提高了溶解性。壳聚糖一般溶解于有机弱酸的稀溶液中，本发明采用1％的醋酸溶液进行溶解，配成壳聚糖溶液。壳聚糖溶液的浓度会影响其在污泥体系的分散性，从而使得调理后的污泥脱水性能出现差异。因此探究了壳聚糖的浓度差异对污泥脱水性能的影响，设置了0.5g/L、1g/L、2g/L、3g/L四种浓度。以污泥比阻为评价指标，投加不同浓度的壳聚糖对污泥脱水的影响见图5。
由图5可知，无论壳聚糖浓度大小，随着投加量的增加，污泥比阻均呈下降的趋势，但低浓度壳聚糖提高脱水性能的效果整体优于浓度较高时；相比于1g/L、2g/L、3g/L，壳聚糖浓度为0.5g/L时的效果更佳。浓度的大小不同导致污泥脱水性能出现差异主要是因为壳聚糖本身是一种黏性天然聚合物，浓度的提高会使得壳聚糖溶液的黏性增加，虽然投加壳聚糖后会通过搅拌促进其在污泥体系中流动混合，但是依旧由于黏度大而导致壳聚糖分散不均匀，从而使得壳聚糖不能与污泥絮体充分反应，影响脱水性能的提高。综上所述，利用壳聚糖粉末与1％醋酸溶液配置成浓度为0.5g/L的壳聚糖溶液，配置过程要不断搅拌以促进壳聚糖的溶解。
从某污水处理厂的调节池收集一批湿污泥，其含水率为97.8％。对比超声波破解、壳聚糖絮凝、污泥基生物炭骨架吸附单独调理与超声波-壳聚糖-污泥基生物炭联合调理对污泥脱水性能的影响，采用污泥比阻、毛细吸水时间以及滤饼含水率作为脱水指标评价污泥脱水性能，污泥比阻采用污泥比阻装置进行测定，毛细吸水时间采用毛细吸水时间测定仪进行测试，滤饼含水率采用布氏漏斗抽滤装置将污泥形成滤饼，压力设定为0.05MPa，抽滤时间设置为5min。然后采用重量法测定滤饼的含水率。原泥的污泥比阻为7.77×1012m/kg，毛细吸水时间为102s，滤饼含水率为91.55％。
实施例3
单独采用超声波调理污泥脱水性能的方法，将污泥样置于超声波设备中，设置频率为20KHz、声强为1000W/m2，将污泥超声破解5s。然后测定其污泥比阻、毛细吸水时间以及滤饼含水率。
实施例4
单独采用壳聚糖调理污泥脱水性能的方法，向污泥中投加浓度为0.5g/L的壳聚糖溶液，投加量为10mg/gDS，用搅拌机先快速搅拌30s，速度为150r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min。然后测定其污泥比阻、毛细吸水时间以及滤饼含水率。
实施例5
单独采用污泥基生物炭调理污泥脱水性能的方法，向污泥中投加污泥基生物炭颗粒，投加量为0.5g/gDS，用搅拌机先快速搅拌1min，速度为200r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min。然后测定其污泥比阻、毛细吸水时间以及滤饼含水率。
实施例6
一种超声波预破解-壳聚糖再絮凝-污泥基生物炭骨架吸附联合强化污泥脱水的方法，先将污泥样置于超声波设备中，设置频率为20KHz、声强为1000W/m2，将污泥超声破解5s。再向污泥中投加浓度为0.5g/L的壳聚糖溶液，投加量为10mg/g DS，用搅拌机先快速搅拌30s，速度为150r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min。最后向污泥中投加污泥基生物炭颗粒，投加量为0.5g/g DS，用搅拌机先快速搅拌1min，速度为200r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min。然后测定其污泥比阻、毛细吸水时间以及滤饼含水率。
表4不同调理方法对污泥脱水性能的影响
Figure BDA0003635321270000121
由表4可知，各种调理方法可不同程度改善污泥的脱水性能。联合调理相较于单一调理手段可最大化提高污泥的脱水性能，与原泥相比，污泥比阻、毛细吸水时间、滤饼含水率分别下降了92.98％、78.46％、16.35％。采用板框压滤机对联合调理后的污泥进行压滤脱水，压滤20min后的污泥泥饼厚度为12cm，含水率为57.5％。由此表明，超声波预破解、壳聚糖再絮凝、污泥基生物炭骨架吸附持水性物质联合调理污泥可以显著提高污泥的脱水性能。
本发明具有较强的广泛适用性，无需对污水处理厂现有的污泥处理设施进行推翻重建，只需在原有基础上进行改造，可极大减少资金的投入。首先超声波破解步骤只需在污泥调节池前的输泥管道进行改造，设置一段具有超声功能的管段，通过控制流量来控制污泥在超声区域的停留时间，停留时间即为超声波破解时间。对原有投药设备进行改造，分段向污泥调节池中投加壳聚糖和污泥基生物炭，并且在机械脱水设备前设置污泥缓冲池，保证调理方法充分改变污泥的脱水性质。而且本发明是环境友好的技术组合，且可降低污泥后续资源化处置的风险。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、先将污泥置于超声波设备中进行超声破解；
步骤二、向步骤一破解后的污泥中投加壳聚糖溶液，用搅拌机先快速搅拌30s，速度为150r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min；
步骤三、向步骤二的污泥中投加污泥基生物炭颗粒，用搅拌机先快速搅拌1min，速度为200r/min，再慢速搅拌5min，速度为50r/min。
2.根据权利要求1所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：所述污泥可来源于污水处理厂的初沉池、二沉池、污泥调节池、回流污泥、浓缩污泥池等。
3.根据权利要求1所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：在步骤一中，所述超声波设备的超声波的频率为20KHz，声强为1000W/m2，超声波破解时间为5～10s。
4.根据权利要求1所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：在步骤二中，采用1％的醋酸溶液对壳聚糖粉末进行溶解，配制成壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液的浓度为0.5g/L，投加量为10mg/g DS。
5.根据权利要求1所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：在步骤三中，利用污水处理厂的脱水污泥自循环制备得到污泥基生物炭。
6.根据权利要求5所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：所述污泥基生物炭的制备步骤为：
步骤(1)、将脱水污泥人工剔除粒径较大的杂质颗粒后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，待污泥样品冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过30目筛网后密封保存；
步骤(2)、将步骤(1)得到的干污泥颗粒样品与活化剂ZnCl2溶液(浓度为2mol/L)混合浸渍，浸渍比为1：2.5(m：V)，在室温下放置24h后干燥至恒重；
步骤(3)、将步骤(2)得到的冷却至室温的干污泥颗粒样品放入石英坩埚中，塞满压实填平，盖上盖子后用铝箔纸紧密包裹(最大限度缺氧环境)，然后放入马弗炉中进行高温热解；
步骤(4)、将步骤(3)得到的热解完成后的干污泥颗粒样品放入干燥皿中冷却至室温，再将样品置于布氏漏斗中，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，然后用烘箱105℃干燥至重量恒定为止，冷却至室温后用粉碎机进行粉碎，过80目筛网，得到大小为80-180μm的污泥基生物炭颗粒。
7.根据权利要求6所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：在步骤(3)中，高温热解的热解温度设置为600℃，热解时间设置为2h。
8.根据权利要求6所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：所述污泥基生物炭的比表面积为116.00m2/g，总孔容为0.077cm3/g，平均孔径为2.65nm；污泥基生物炭的表面负载Al、Ca、Fe、Mg等金属阳离子以及多种含氧官能团，且污泥基生物炭的芳香性、亲水性以及极性较强，该材料具有较高的稳定性。
9.根据权利要求1所述的一种联合强化污泥脱水的方法，其特征在于：在步骤三中，所述污泥基生物炭颗粒的投加量为0.5g/g DS。
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