干化过程中胞外聚合物（EPS）对城镇污泥粘滞特性的影响机制及降粘方法研究

“Sticky phenomenon” is one of the main problems encountered during dewatering and drying of sewage sludge (SS). The operating efficiency of drying equipments will be greatly influenced by adhesion and cohesion of SS. Extracellular polymer substances (EPS) are important organic composition of SS. In this project, the formation and influencing mechanism of “sticky phenomenon” will be studied from EPS point of view, and a method for sticky reduction will be established. For this purpose, the effects of thermal and mechanical forces on the composition and surface physicochemical characteristics (including surface functional groups, surface charge, wetting angle, surface tension) of EPS will be studied. The intermolecular force and liquid bridge force between SS and solid wall will be analyzed, and the formation and influencing mechanism of adhesive force will be explored. Based on mechanical analysis and experimental research, macroscopic characterization of adhesive and cohesive force will be conducted, and correlation mechanism between EPS and adhesive/cohesive force will be investigated. The main difficulties and key problems of the project are to reveal the internal relations of EPS composition, surface physicochemical characteristics, intermolecular force, liquid bridge force, cohesive force, and viscosity, and to establish an effective method for sticky reduction. Successful implementation of the project will pose a positive effect on engineering practice of sludge drying, and is meaningful for detoxification, reduction and reclamation of SS.

“粘滞现象”是城镇污泥脱水干化过程中面临的主要问题之一，污泥在干化设备中的粘附和结团，导致干化设备运行效率大幅降低。胞外聚合物（EPS）是污泥有机物的重要组成部分，本申请试图从EPS的角度探讨污泥粘滞现象的形成和影响机理，并建立污泥降粘的方法。为此，本课题将研究热力、机械力作用下EPS组分及表面物化特性（包括官能团、表面电荷、润湿角、表面张力等）的变化机理，对污泥和固体壁面之间的分子间力和液桥力进行研究分析，探明粘附力的形成和影响机理。运用机理分析和实验研究相结合的方法，对粘附力和结团力进行宏观表征，探究EPS和污泥粘附力、结团力的关联机理。本课题的难点和关键问题在于探求EPS组分特征、表面物化特性、分子间力、液桥力、结团力、粘度之间的内在联系，并依此建立污泥降粘的有效方法。项目的成功实施，将对污泥干化处理工程实践产生积极影响，对实现城镇污泥无害化、减量化和资源化有重要意义。

“粘滞现象”是城镇污泥脱水干化过程中面临的主要问题之一，污泥在干化设备中的粘附和结团，导致干化设备运行效率大幅降低。针对这一现象，本文采用Jenike法和搅拌法研究了污泥的粘滞特性，分析了CaO和木屑对污泥粘滞特性的影响，研究了CaO对污泥中蛋白质和多糖迁移规律的影响，采用粘附-结团失效特性法研究了CaO对污泥粘附-结团特性的影响规律。此外，本文还针对湿污泥的流变特性展开了研究，探讨了CaO和低温加热对湿污泥表观粘度的影响，采用小型污泥泵送系统研究了温度、含水率和CaO试剂对污泥流动阻力和流变特性的影响规律。研究结果表明，CaO能够提高污泥的粘附和结团应力，当污泥中加入5%的CaO后，污泥最大粘附力和结团力分别上升了58%和28%。木屑能够显著提高污泥的结团应力，对粘附应力的影响则不显著。在搅拌测试中，CaO会促使污泥粘滞区向高含水率区间移动；而木屑则会使污泥粘滞区间明显扩大，且搅拌功率也显著上升。研究发现，CaO会促使污泥细胞破壁，导致污泥中的蛋白质和多糖向液相迁移，污泥固相有机物含量降低，从而导致污泥的表观粘度显著下降。粘附-结团失效特性实验结果表明，当污泥含水率低于85%时，污泥表现为粘附失效特性；CaO能显著提高污泥表面粘附力，但却能降低污泥在金属壁面的粘附量。湿污泥流变性及泵送特性结果表明，当向污泥中加入1%、3%和5%的CaO后，污泥表观粘度值分别减小了41%、61%和69.7%；此外，污泥加热也可以显著降低其粘度，当污泥温度由34ºC加热至61ºC时，湿污泥在管道内的流动阻力下降了46.4%。通过研究，对机械脱水湿污泥在输运和热力干化过程中所遭遇的粘附和结团现象的变化规律有了更深入和全面的认识，并在此基础上开展了降粘方法的研究，得到了行之有效的污泥降粘降阻方法，研究结论对污泥输运和干化处理工程实际不仅具有理论指导意义，也提出了解决问题的办法，因而对污泥的无害化、减量化和资源化利用产生了积极的影响。