基于"菌胶团破坏―絮体重构―骨架构建"污泥调理机理的絮体定向设计研究

我国城市污泥产量巨大，污泥处理处置成本高昂，形成了严重的二次污染。污泥含水率超过97%，强化调理以尽可能脱水减量是污泥处理处置最关键的步骤。本项目在大量文献调研及前期研究基础上，提出基于"菌胶团破坏―絮体重构―骨架构建"的污泥协同强化调理机理，并在此基础上进行污泥絮体的定向设计，以达到污泥强化脱水的目的。其原理为利用破解作用解构菌胶团，凝聚机制重构污泥絮体，骨架作用改善污泥絮体和泥饼结构，从而实现有效污泥调理。通过详细研究污泥固相、液相和生物相变化规律，阐明破解过程破坏菌胶团的机制；通过研究絮体再生长规律和分析泥饼结构，探讨污泥絮体重构及骨架构建强化污泥脱水的机制；阐明这三个环节之间的相互作用；在机理研究基础上进行污泥絮体的定向设计，构建污泥强化调理工艺。研究成果可为构建适合我国国情的新型污泥调理方法提供理论依据及技术指导，为污泥处理处置和资源化利用奠定基础。

本基金项目主要完成了以下工作：污泥破解方法优化及污泥菌胶团破坏机理；基于絮凝作用的絮体重构机理；基于骨架构建的污泥强化脱水作用及机理；基于“菌胶团破坏―絮体重构―骨架构建”的污泥絮体定向设计。.多种形式的污泥破解方法，如超声波处理、化学氧化处理和高压均质处理等，均能有效改变污泥固体和水分之间的作用力，并导致污泥中的有机物释均放到液相。超声波破解污泥主要靠空化作用破坏污泥絮体和细胞，污泥破解度可达60%左右；化学氧化主要靠氧化作用剥离污泥中胞外聚合物（EPS），污泥破解度可达70%左右（高铁酸钾）；高压均质主要靠压力骤变破坏污泥絮体和细胞，污泥破解度可达40%左右。.FeCl3絮凝调理污泥时受污泥pH影响较大，污泥比阻随pH的增大而增大。FeCl3絮凝调理污泥时主要由静电中和机理起作用。壳聚糖和阳离子聚丙烯酰胺污泥调理的主要机理是通过静电中和作用和吸附架桥作用使污泥絮体颗粒的稳定性降低，从而构建大尺寸的絮凝体，其中吸附架桥作用占主导地位。.硫酸改性粉煤灰、污泥生物炭、FeCl3改性稻壳生物碳等均可作为骨架物质改善污泥脱水性能。改性粉煤灰使污泥中胞外聚合物的组成和含量发生变化，为污泥提供多孔网格状骨架，同时还具有静电中和作用和吸附架桥作用。FeCl3改性稻壳生物碳表面带有正电荷，可与带负电的污泥颗粒进行电荷中和，形成的污泥滤饼表面孔隙率较大，滤饼剖面也有明显的较大缝隙，污泥泥饼具有明显的过水通道。.“菌胶团破坏―絮体重构―骨架构建"污泥联合调理采用高锰酸钾破胞- FeCl3三氯化铁絮凝-污泥生物碳作为骨架。高锰酸钾对污泥进行预破解，污泥颗粒大小随着高锰酸钾的剂量升高而减小，污泥破解度与可提取的 EPS总量随着锰酸钾的剂量升高而升高，污泥粘度先减小后增大；但是破解作用过强可导致污泥粘度增大，污泥颗粒大小过小。高锰酸钾预破解后，FeCl3通过电荷中和作用重建絮体，絮体大小随着FeCl3的投加量升高而增大。污泥生物碳作为骨架颗粒，使污泥泥饼形成具有多孔网状结构的低压缩性泥饼，从而保证水分的顺利通过。