污泥脱水处理复习过程.doc

污泥脱水处理精品文档第一章 绪论1.1 概述我国城市化的进程处于不断加快的阶段，同时环境污染的情况也在加重着，污泥的问题已经成为关系人们生活的一个重大问题。我国每年的年污泥产量非常巨大，重量十分惊人，同时大部分城市的污水排放总量也曾不断快速增加的趋势，然而与此同时，相应的污水处理率却没有相应的提高速度，造成了污泥的排放和堆置已经成为新的重大的污染源。针对数量越发庞大的污泥，如何研究解决这个问题的，采取有效措施来对这些数量庞大的污泥进行脱水处理，使其实现对环境无害，排放数量减少以及资源的回收利用等等目标，已经成为我国的污水处理工作人员的重点关注课题，也是目前世界都在关注的环境问题之一，研究这个课题具有十分重大的意义。国内目前用的最多的污泥处理技术有很多，包括了污泥的脱水、浓缩和干燥三方面的技术。而在污泥处理的过程中，污泥脱水是污泥处理工作中最有难度的一环，由于一般的污泥体积非常庞大，而且非常不能运送，这就会使得污泥处理的成本将会大大提高1。一般来说，污泥在经过浓缩和消化以后，污泥内部还会有大约95% 97%的含水量，体积相对来说仍然很大，给污泥处理和综合回收利用带来了很大的难度，为了方便对污泥的回收利用，使液态的污泥转变成半固态的污泥，需要采取有效的污泥处理措施对污泥作脱水处理。最理想的污泥脱水处理，目标是要实现最大限度地把污泥中的水分去除的目的，在这同时，还要尽可能地保存脱水后的污泥的固体颗粒，并最好能够实现污泥脱水处理成本最低的目标，以最大的经济效益为目标来实现为环境保护和保障人民身心健康作出贡献2。1.2 污泥的基本情况污泥是一种由无机颗粒、有机残片、细菌菌体、胶体等组成的，具有非常复杂的性质特点，是一种极其复杂的非均质体，其中很大的来源是污水处理后的副产品。随着城市人口的不断增长，对市政服务设施的数量和规模有了更高的要求，需要对其进行不断完善，与此同时，对污泥进行深度处理的要求也越来越高，如果处理不当必然导致污泥总数量的增加。有关数据显示，目前欧美等很多发达国家的年污泥总数量正在以大概510的速度增长，对国家乃至全世界来说都是一个环境保护的难题，急需相关专业人员进行研究和解决。要想研究出有效的污泥处理措施，就必须要对污泥的产生过程和污泥的性质有深刻的了解。一般来说在污泥的处理过程中会产生丰富的氮磷等营养物质和大量的有机物质，其中的氨氮和有机物会由于大量消耗水体中的氧，使得自然界的水体质量不断恶化，促使藻类恶性繁殖，严重威胁着水生物的生存，严重的还会造成水体的赤潮和绿潮的出现，必须要保证不能随意排放到水中，要进行稳定的处理。如果处理不当，严重影响城市的水资源质量，造成工农业用水和生活用水的质量急剧下降，污泥中所含有的有害物质，比如重金属之类的物质，还会污染土壤和作物，影响农产品和渔业的产量和质量，给人们的生活带来极大的隐患和巨大经济损失。此外，污泥中还会有寄生虫卵、致病菌之类的传染源存在，严重的会引起传染病的传播，造成严重的二次环境污染。因此，进行有效的污泥处理是一项非常有必要的利国利民的大项目。而要研究出有效的污泥处理措施，就必须要对污泥的性质有一定的了解，从而对症下药，取得最好的效果。1.2.1 污泥的成分1.2.1.1 重金属含量污泥中除了含有大量细粉颗粒和水的混合物之外，还包含了很多有机质、重金属、氮和磷等植物性的营养元素以及有害有毒的有机物类物质等等。这些物质组成结构对选择污泥处理处置工艺起着至关重要的作用。污泥中一般含有一定量的重金属，而目前污泥土地利用中最主要的环境问题之一就是污泥植物系统重金属污染问题，已经成为一个世界性的难题，继续被解决。很多科学家经过试验证明，污泥如果不经过处理就会有90%以上的Cd、Pb、Cu、Ni 等重金属残留在土壤的施用层中。虽然也有科学证明，在污泥施入土壤后，有一部分的重金属生物化学活性会随着时间的延长在一定程度上会有所下降，但其下降后的活性相对之前的没有污泥混入的土壤来说，其重金属物质对照土壤来说仍然保持有相当高的活性。有数据显示，既使在停止污泥施入土壤20 年以后，重金属物质还能保持很高的活性，对土壤和植物有害，进而危害到人类的生活健康。曾有科学家进行研究，如果在土壤中连续两年施用污泥的话，那么在作物体内的累积非常明显的重金属是Zn，严重影响着叶菜类蔬菜的质量，对粮食作物和果蔬类的影响虽然相对而言较少，但也有一定程度的影响。如果施用的污泥是含较多有毒重金属的生活与工业混流污水污泥，更加不能忽视有毒重金属对食物链的污染。陈同斌等学者曾经对我国19942001年报道的污泥重金属含量的资料进行了统计和分析，统计结果表明，我国污泥中的Ni、Pb、cr、Cu、Zn含量变化极差最高达几千mgkg，变化的幅度很大；Zn含量的均值为1450mgkg，是污泥中含量最高的元素。这是十年前的数据，在现在污泥日益增多，总含量不断增大，工业越发发达的情况下，重金属的含量可想而知。1.2.1.2 植物养分含量污泥中除了含有重金属之类的危害植物和生活健康之类的物质和大量的有机物质之外，同时也含有能够替代化肥，对植物有利、植物所需要的养分，可以多加利用。据统计，中国的大部分城市污泥中含有非常丰富的对植物有很大好处的氮、磷、钾等养分，但是在这些养分的充分利用上并没有取得很大的成效，可以学习国外的回收利用的先进技术和方法，中国在这个领域还有很大的发展潜力。李艳霞等研究者曾经对我国16个城市中的29个城市污水处理厂污泥进行了统计分析，得出了污泥中的植物性养分及有机质含量的统计结果。结果显示，由于我国是一个发展中国家，人们的日常生活中很少消费的奶制品和肉类，因此对于污泥中有机质的组分来说，有机物中淀粉、糖类、纤维素等碳水化合物在污泥中的含量很高，超过了50，而脂肪和蛋白质含量相对而言就很低，脂肪含量大概约为20，蛋白质含量大概约为30。一般来说，净水厂污泥的养分含量，尤其是氮和磷的含量会比生物污泥低，然而数据显示一些污泥的总氮总磷的含量仍然达3，绝对总量不能忽视，污泥具有一定的肥性这个结论是毋庸置疑的。在研究污泥植物养分含量的基础上，为了能够对污泥进行处理，然后回收利用，就要对净水厂污泥养分水平进行研究。污泥回用于耕地是不仅有利于保护环境，还能够减少污泥的总产量，是一项既经济且又环保的污泥处理方法。当然在污泥回收利用与农用的过程中要注意很多问题，回收方法和途径以及回收程度要根据原水的水质和污泥的主要成分来决定。在回收的过程中需要考虑的首要问题就是对磷的吸附和重金属的含量问题。在含有铝盐的污泥时，土壤中的无机磷会被污泥吸收，从而阻碍植物在生存过程中对所需磷的吸收。当然，这个问题是可以通过一定的措施进行改善的，比如采用合理的污泥投配率，并在这个基础上施加适量的磷肥，通过这种方法就可以解决磷肥不足的问题。对于铝盐来说，一般污泥中铝的含量能够占到污泥固体干重的515，高于大部分天然土壤中的铝含量达到50100。铝含量过高一般对植物有害，其毒性取决于铝的溶解度，只有在土壤的pH值保持在6N65之间时，铝盐对植物造成的威胁会非常小，可以忽略不计。国外科学家曾经证实，铝含量为30的污泥投配率下，10吨英亩的土壤中仅增加了0.3铝的含量，可以将其以化合态保留在固体物基质中。1.2.1.3 有毒有害有机物目前人们已经不再局限于只关注污泥中重金属和有机质的含量，一些新型微量有毒有害有机物也开始受到公众的重点关注。这些物质一般具有潜在危害性大而又不易被生物降解的特点，给污泥处理带来了很大的难度，已经成为我国污泥处理研究的热点问题之一。据有关学者对近几年我国的污泥中有毒有害有机物含量的统计研究结果显示，我国污泥中有毒有害有机物含量从总体上看仍然处于非常低的水平。虽然我国的有毒有害有机物绝对含量不高，但是部分污泥中的有毒有害有机物的含量已经超过相关国际标准，在对污泥进行处理并加以回收利用时要特别注意这个问题。1.2.2污泥中水分子存在形式及其性质污泥颗粒之间的水分含量很高，同时具有很高的亲水性，使得结合水之间与固体颗粒的活性变得很低，必须在机械力或者是化学反应的作用下才能除去。而自由水充满在污泥固体颗粒的周围，与固体之间没有很大的作用力，能够只靠重力方式除去。因此结合水的含量可视为机械脱水的上限，即结合水量越多，污泥越难脱水3。1.2.2.1表面吸附水污泥是由絮状的胶体颗粒集合而成，属于凝胶。污泥的胶体与其体积相比表面积很大，颗粒很小，由于表面张力的作用也就能够吸附很多的水分。由于胶体颗粒全部带有相同性质的电荷，彼此之间相互排斥，并且妨碍颗粒的聚集以及长大，能够保持相对稳定的状态，因而用普通的浓缩或脱水方法去除表面吸附水比较困难。只有采取措施使胶体颗粒的电荷得到中和，通过加入电解质，发挥其混凝作用，让污泥颗粒由于互相之间变得不稳定而粘到一起，并一起沉降，才能达到预想的效果。1.2.2.2间隙水间隙水是游离水分，包围在大小污泥颗粒之间，间隙水并不能够直接与固体结合，因而只需利用重力作用并控制其在浓缩池中的停留时间，能够很容易将其与固体分离开来。在污泥中总含水量中，间隙水含量一般在6585，是污泥脱水处理的主要对象。1.2.2.3毛细结合水毛细现象是指将在水中插入一根直径细小的管子，并且能够依靠表面张力的作用，使得水在管内上升使水面达到一定高度的现象。一般来说，管子半径越小，毛细力会越大，上升的高度也就越高，也就是说水在管内上升的高度与管子半径成反比。而污泥的组成成分是高度密集的细小固体颗粒，在这些固体颗粒的接触表面上，由于受到毛细力的作用，彼此之间会形成毛细结合水。在一般的污泥中，污泥中总含水量的1525是毛细结合水。污泥颗粒和毛细水之间有很强的结合力，仅仅通过浓缩作用不能实现将毛细结合水分离的目的，需借助如真空过滤，压力过滤和离心分离之类的较高的机械作用力和能量，才能达到去除这部分水分的目的。1.2.2.4内部结合水在污泥中，内部结合水一般只是徽生物细胞体内的水分，它的含量直接污泥中微生物细胞体的数量有很大的关系。一般来说，初沉污泥内部结合水的含量较少，而二沉污泥中含有较多的内部结合水。污泥中的内部结合水与固体结合得非常紧密，不能够使用机械方法来去除内部结合水。必须破坏细胞膜，使水分从细胞中渗出，将内部结合水变为外部液体来实现去除这部分水的目的。可以通过好氧菌或厌氧菌的作用对其进行生物分解，或采用冷冻高温和加热等措施，来去除这种总含水量的10左右的内部结合水。1.3絮凝剂的基本情况目前国内外使用的絮凝剂按照絮凝剂的来源和性质来分可以化学絮凝剂和生物絮凝剂，细分以后还可以分为无机絮凝前、合成有机高分子絮凝剂和天然生物高分子絮凝剂等等。化学絮凝剂可以分为无机絮凝剂和有机絮凝剂。其中无机絮凝剂主要指的是铁盐和铝盐。这类药剂具有一定的腐蚀性和毒性，并且在使用的过程中耗量较大，还会对生态环境和人类健康产生非常不利影响4。而一般合成的高分子絮凝剂具有用量少、絮凝速度快等优点，比如聚丙烯酞胺以及聚丙烯酸等等，但是这类高聚物的残余单体有很大的害处，具有致畸、致癌、致突变的“三致”效应，因此必须限制其应用范围。而天然生物高分子絮凝剂是从自然物质中提取然后经过化学改性处理的物质，比如淀粉衍生物、壳聚糖、明胶等等，具有无毒或低毒以及无二次污染问题的特点，但同时单独使用这类絮凝剂具有絮凝净化效果也不理想和絮凝活性低的问题。目前国际上又出现了一种新型的微生物絮凝剂，这种絮凝剂具有降低粘度、可降解某些高分子杂质、或能吸附以及能够包合固体微粒等等特点，还可以加速悬浮粒子的沉降，在污泥处理工艺中有很广大的应用前景。1.3.1化学絮凝剂1.3.1.1无机絮凝剂无机絮凝剂按金属盐种类可分为铝盐系和铁盐系2类：按阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系：按相对分子质量则可分为低分子体系和高分子体系2大类。按目前使用的广泛性包括了无机低分子絮凝剂、改性的单阳离子聚合絮凝剂、多阳离子无机聚合絮凝剂、硼泥复合型絮凝剂和简单的无机聚合物絮凝剂，本文分别对广泛使用的无机絮凝剂进行了阐述。（1） 无机低分子絮凝剂与传统的絮凝剂相比，无机低分子絮凝剂能够取得更好的效果，并且具有价格较低的特点，并且应用得更加广泛。目前生产此类絮凝剂在俄罗斯、日本、西欧及我国已达到流程自动化、规模化和工业化的程度，无机聚合类絮凝剂的生产总产量絮凝剂总产量中已占的30，产品质量和产量都非常稳定5。无机低分子絮凝剂包括硫酸铁、氯化铝、氯化铁、硫酸铝等等，一直沿用至今的一种重要的无机絮凝剂就是硫酸铝，它最早是由美国开发的并进行采用的。无机絮凝剂的优点是用法简单，并且具有很好的经济效益，但同时具有絮凝效果低、使用量大、腐蚀性强以及成本高的缺点。（2） 改性的单阳离子聚合絮凝剂除了常用的无机低分子絮凝剂以外，还有一种改性的单阳离子聚合絮凝剂也投入使用。一般的絮凝剂除常用的聚铝、聚铁外，还可以通过聚活性硅胶及其改性品，通过引人如聚硅铝(铁)以及聚磷铝(铁)之类的某些高电荷离子来提高电荷的中和能力。比如在引入羟基和磷酸根以后，聚硅酸絮凝剂(PSAA) 、聚硅酸硫酸铝(PASS)等等以增加配位的络合能力，通过这种方式可以增加絮凝效果。这是因为：某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构分布，或者是通过加入两种以上的聚合物，使他们之间具有协同增效作用。曾经有科学家对含铝离子的聚硅酸絮凝剂(PSAA)的研究表明，聚硅酸絮凝剂对油田稠油的处理措施比含硫酸根的改性聚合氯化铝具备更强的除油能力，对煤矿矿井废水的COD处理效率能够达到982，对悬浮固体的处理效率可以达到994。改性的单阳离子聚合絮凝剂的原料来源广泛、制备方法非常简单、之作成本很底，有极大的开发价值，以及具备广泛的应用前景。（3） 多阳离子无机聚合絮凝剂多阳离子无机聚合絮凝剂是含有聚铁及氯根、硫酸根以及聚铝的复合性无机高分子絮凝荆，同时具有聚铝和聚铁的优良性，越来越被人们所关注。聚合硫酸氯化铁铝是其中一种多阳离子无机聚合絮凝剂，这种凝絮剂中所含的有效铁铝含量大于22，并且具有极强的吸湿性。有关多阳离子无机聚合絮凝剂研究表明：只要聚合氯化铝的有效铝含量能够大于PAFCS有效铝铁含量，PAFCS在污水处理中能够起到更好的结果，且具备很强的脱色能力。多阳离子无机聚合絮凝剂具有絮凝速度快、出水率高、絮凝物比重大以及容易过滤的问题。这种絮凝剂的原料大多来源于工业废渣，处理成本较低，在废水处理领域有很广泛的应用性。聚合聚铁硅絮凝剂也是一种多阳离子无机聚合絮凝剂，宋志伟翰等人曾经采用这种物质处理生活污水，事实证明其处理效果及COD去除率都超过了聚合铁的处理效果，除浊率达99以上，脱色率65。70，COD去除率达70，都能够有效处理生活污水中的全部磷和大部分氨氮。还有一种多阳离子无机聚合絮凝剂是铝铁共聚复合絮凝剂，氯化铝和氯化铁是它的生产原料，都是传统的廉价的无机絮凝剂，这种絮凝剂生产工艺简单、来源广，有利于它的开发利用。（4） 硼泥复合型絮凝剂硼泥复合型絮凝剂指的是一种含有水溶性的铁、镁、铝等等无机酸盐高分子的絮凝剂。这种絮凝剂中主要含有的成分是铁、铝、硅、硼、镁、钙的混合物，由于其不含有对人体有毒的化学成分的特点，可以作为原料加入到废水处理剂。采取在絮凝剂中添加硼泥和酸洗废液，既可以充分利用废渣、废液达到变废为利的目的，又可以减少废渣、废液的排放，有利于环境保护。硼泥复合絮凝剂的混凝机理是吸附电中和、压缩双电层、沉淀网捕、吸附和桥架等作用。它综合了主要成分中的镁、铝、铁，活性团体组分，发挥了它们的协同作用，从而在混凝过程中保证在不同的pH值范围内，均能发生有效的混凝作用。（5） 简单的无机聚合物絮凝剂简单的无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物，比如聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)IV、聚合氯化铝(PAC)以及聚合硫酸铁等等。相对其它无机絮凝剂而言，无机聚合物絮凝剂具有很好的效果，究其原因是因为它的主要成分能提供大量的络合离子，这种离子能够强烈吸附胶体微粒，并且通过这种吸附、桥架以及交联作用，实现胶体凝聚的效果。在这个过程中，其作用机理还会发生物理化学变化，它的主要成分能够中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了电位，并且能够使胶体微粒不再相斥，而变成了相吸，通过这个原理破坏胶团的稳定性，使胶体微粒之间相互碰撞，具有很强大的沉淀的表面积，从而形成絮状混凝沉淀，具有很强的吸附能力。1.3.1.2有机絮凝剂同无机絮凝剂相比，有机絮凝剂具有絮凝速度快、用量少、其使用效果受共存盐类温度及pH值的影响很小，不仅生成污泥量少而且非常容易处理等优点，具备非常广阔的应用前景。目前使用的有机絮凝剂主要有天然改性的高分子絮凝剂和合成的高分子絮凝剂以及水溶性两性高分子絮凝剂等等。（1）天然有机高分子絮凝剂在20世纪70年代以来，许多国家开始投入资金研制化学改性有机高分子絮凝剂。相对合成有机高分子絮凝剂来说，天然高分子絮凝剂具有使用量小的特点，这是因为天然高分子絮凝剂的分子量低、电荷密度小并且容易由于发生生物降解而失去絮凝活性。天然高分子絮凝剂含有多种如羟基和酚羟基等之类的活性基团，在污泥处理过程中具有很强的较活泼的化学性质。在污泥处理的过程中，一般通过羟基的醚化、酯化、交联、氧化以及接枝共聚等化学改性，可以大大增加其活性基团6。通过将聚合物转成枝化结构，将絮凝基团进行分手，对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促进作用。人们通过对其进行了大量的改性研究来提高这类物质的絮凝效果，经过改性以后，与合成有机高分子絮凝剂相比，天然高分子絮凝剂具有无毒廉价以及选择性大等优点。按其原料来源不同，这类絮凝剂大体可分为木质素衍生物、淀粉衍生物以及甲壳素衍生物等。在于70年代中后期，Rachor和DiNing分别以木质素为原料，通过不断的研究和改良合成了季胺型阳离子表面活性剂，在投入使用以后取得了很好的污泥絮凝效果。木质素是指存在于植物纤维素中的一种芳香族高分子化合物，大量应用于造纸工业，是纸浆的主要成分。如果含有大量木质素造纸废液大量排放到自然界中，不仅会造成了物质资源的极大浪费，还会严重污染环境，因此必须要重视以木质素为基础原料制备包括处理剂在内的各种化工产品的研究。我国吴冰艳等人在前人的研究基础上，合成了木质素季胺盐絮凝剂，并且在处理高色度、高浓度的污泥时的脱色效果非常好7。还有人在研究的基础上，利用木质素阳离子表面活性剂，合成了效果很好的絮凝剂，可以用于处理直接染料及酸性染料废水和阳离子染料，有关实验表明，这种木质素改性产品还能做成蛋白质废水的絮凝剂，由于其具有无毒性，还可以将其的蛋白质进行回收利用，用作饲料。淀粉衍生物在众多天然改性高分子絮凝剂中的研究开发更加受到人们的重视，再加上淀粉价格低廉、来源广泛、且产物完全可以生物降解的优点，能够在自然界中形成良好的循环。淀粉是由许多脱水葡萄糖单元经糖苷健连接而成的物质，并且每个脱水葡萄糖单元在2、3、6三个位置上各有个醇羟基，在淀粉分子中具备大量的活性基团。而淀粉衍生物是在一定条件下反应通过其分子中葡萄糖单元上羟基加上某些化学试剂一起制得的。近年来各类淀粉与丙烯酸、丙烯酸脂、丙烯酰胺、丙烯腈等的枝接共聚反应的研究已经广泛开展，其产品开发应用问题耶非常值得注意与聚丙烯酰胺相比，这类絮凝剂具有适应范围广、稳定性强、絮凝能力强等特点。甲壳素衍生物也是一种应用得比较广泛的一种天然有机高分子絮凝剂。在自然界中，甲壳素的含量仅次于纤维素，是自然界第二大天然有机高分子化合物，同时也是昆虫外骨骼和甲壳类动物(虾、蟹)的主要成分，国外早已经开始甲壳素的研究并取得了很大的进展。通过对甲壳素脱去乙酰基得到壳聚糖，进行适当的分子改造，能够合成一种性能良好的絮凝剂。这类物质分子中由于含有酰胺基、氨基及羟基，能够具有很强的絮凝吸附等功能。我国在学习国内外先进经验研究的基础上，将其更加广泛地应用到污泥处理方面，并且取得了重大成就，在一定程度上实现了商品化，进入到实用阶段。（2）合成高分子絮凝剂目前在国内外，合成高分子絮凝剂已经得到了广泛的研究与应用，但同时还存在难生物降解、有毒性、价格较高等等很多缺点。近几年，环境保护问题已经越来越被重视，而合成高分子絮凝剂由于存在各种对环境不利的特点并不为人们重视，需要加强对这些方面的研究。在合成高分子絮凝剂中，应用最为广泛的种类是聚丙烯酰胺(PAM)，聚丙烯酰胺有三种，阳离子型、非离子型和阴离子型，一般来说它们的相对分子量大多在150万到800万之间。聚丙烯酰胺能够吸附水质中的悬浮粒子产生，使离子之间产生交联，从而实现污泥絮凝沉降的效果，并且已经广泛应用于工业废水的处理，是一种使用较多和重要的高分子絮凝剂。但由于其存有一定量的残余单体丙烯酰胺，存在一定程度上的毒性，因而使其应用受到了限制。聚丙烯酰胺是其中一种合成高分子絮凝剂，由于聚丙烯酰胺的分子中具有阳性基团(一CONH：)，这种基团能够吸附分散于溶液中的悬浮粒子，因此能与吸附和架桥，有着极强的絮凝作用，在污泥处理领域有极强的应用性，已经成为也是个重要的研究方向。氮或胺的酰基衍生物是聚丙烯酰胺中的酰胺基团，由于酰胺基团中氮原子的未共用电子对与羟基双键中的JI电子形成共轭体系，降低氮原子的电子层密度，造成与之相连的氢原子也变得非常活泼，实现较强的凝絮作用。（3）水溶性两性高分子絮凝剂所谓的水溶性两性高分子，指的是在高分子链节上同时含有正、负这两种电荷基团的水溶性高分子。它的性能比仅含有一种电荷的水溶性阳离子或阴离子的聚合物更为独特。这种絮凝剂的优点是不仅有利于除去废水中的胶体和悬浮物，还能够有利于废水中的溶解物，比如有色物质及表面活性剂等等，这个特点是一般的絮凝剂所不能达到的范围。有关两性高分子絮凝剂的污泥处理应用实践证明：采用两性高分子絮凝剂对污泥进行处理，能够取得泥饼含水量少以及沉降性能良好的效果。此外，这种絮凝剂由于含有两性高分子内阴、阳基团，并且能够与金属离子发生螫合作用，在一定条件下比如在等电点时又能够将其释放出来，方便资源的回收利用，达到反复使用的效果，对重金属污染问题的治理有非常重要的意义。国内对这种絮凝剂还没有形成成熟稳定的产品供应市场，仅限于实验室合成以及对其进行性能研究的阶段。1.3.2生物絮凝剂生物絮凝剂制作的理论基础生物科学技术，即通过微生物发酵、提取、精制等过程的加工合作而得到的一种高效、新型、廉价的絮凝剂。在20世纪80年代后期，世界上研发出了第三类絮凝剂，也就是生物絮凝剂。生物絮凝剂主要成分有多糖、糖蛋白、纤维素、蛋白质和DNA以及有絮凝剂活性的菌体，是一种由微生物产生的具有絮凝剂活性的代谢产物，是一种无毒的生物高分子化合物。关于微生物絮凝剂的国外研究种类主要有PFl01絮凝剂、AJ7002微生物絮凝剂和NOC一1絮凝剂等8。目前还不是很清楚生物系絮凝剂絮凝机理，普遍被采用的解释是生物絮凝剂主要通过桥架作用和电中和作用，来实现颗粒和细胞聚合达到絮凝的效果9。目前在这一领域的研究工作一直处于遥遥领先的地位的国家是日本，日本学者在上个世纪70年代在研究酞酸酯生物降解过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液10。在生物絮凝剂的研究领域，我国的研究工作虽然取得了一定的成绩，但仍然处于起步阶段11。1.4 微波的基本情况微波是指频率为3x1023x10SMHz，并且波段位于电磁波谱的无线电波和红外辐射之间的电磁波，其波长在lmmlm之间。微波的频率比较高，微波还有一种叫法称作“超高频电磁波” 12。而在近几年很多科学家对微波有了一种新的利用方式，出现了新的研究方向，微波以一种能源的形式出现成为研究重点，对物体进行加热等。微波加热的原理是介质离子的迁移和改变偶极子的转动情况，加剧介质分子的热运动，促进相邻分子间的摩擦作用，实现使分子获得能量的目的，使其受热升温 13。经过多年对微波进行的研究，发现微波干燥是一种非常高效的干燥方法，而且低耗安全，并在此基础上进行了进一步的研究。曾有科学家研究不同干燥方法对污泥中重金属及有机物的固定作用，采用微波辐射和鼓风加热方法进行污泥干燥，并具体分析了微波是如何对污泥性能进行调理的14。由于脱水污泥性质比较复杂，而且极不均匀，容易在微波的作用下，容易实现污泥脱水的目的。通过对其干燥原理进行研究并找出规律，有利于污泥调理和脱水 15。在微波对物质的辐射过程中，由于受到交变电场的作用，物体内部的极化偶离子会激烈的振动，并且产生摩擦，迅速将吸收的微波能转化成热能。由于污泥是由各种不匀质物质组合而成的，其中各种物料的介质损耗和介电系数都不相同17。在利用微波加热对污泥进行脱水时，利用其不同的介电系数采用不同功率的微波，使得其随着微波干燥时间的变化和微波功率大小的变化使得污泥的性质发生改变 18。利用微波技术对污泥进行调理，已经成为目前使用相对广泛一项的污泥处理技术。但是作为一项新的污泥处理技术，还需要对微波处理处置污泥进行不断地深入研究19。当前有关微波处理污泥研究的报道基本上是在静态条件下，不能满足污泥的动态处理，在污泥处于连续流动态下的有关微波动态作用污泥的研究尚未见报道。此外，当前的微波反应设备也不够先进，致使微波法处理污泥技术要想广泛应用于实际的污泥的处理还存在着很大的困难，需要研究者和科学家进行进一步的研究，解决目前的难题20。1.5国内外污泥脱水技术为了改善污泥脱水的性能，对污泥进行浓缩或脱水处理，就要采用相应的技术来提高机械脱水设备的处理能力，它是污泥脱水过程中非常重要的工艺过程。目前国内外常用的污泥调理方法主要有物理调理法、化学调理法、生物调理法。1.5.1物理调理法目前大部分城市污水处理厂采用一定的工艺处理技术对污水进行处理，并且产生了大量的污泥。并且这种污泥具有体积庞大和含水率高的特点，给污泥的运输、贮存以及回收使用带来很大的困难以及对环境造成二次污染，因而对污泥进行脱水处理是现在国内外的相关部门要急需进行处理的问题。污泥是一种呈胶状结构的亲水性物质，并且受到胶体颗粒间的静电斥力、微粒的布朗运动和胶体颗粒表面的水化膜作用，污泥当中的细小颗粒很多都是分散悬浮于水中，并且大部分的污泥颗粒不易聚结而且难以沉降且脱水困难。在经济方面，在污水处理厂总运行费用中，我国目前的污泥处理费用已经达到20% 到50%，资金利用率很低，对污泥进行有效处理已经成为势在必行的问题。在污泥脱水处理的过程中，最关键的步骤是污泥调理，所谓的污泥调理是指通过克服电性排斥作用和水合作用，减少与水的亲和力，增强悬浮颗粒之间的凝聚力，进而达到改善污泥的物理化学性质，以及通过增大颗粒尺寸来对污泥的脱水性能进行改善，提高污泥的脱水性能，减少污泥的体积，以便能够以最少的成本完成污泥脱水处理过程21。目前国内外通用的污泥调理技术主要包括化学污泥调理、物理污泥调理、化学污泥调理和物理污泥调理联用、微生物絮凝污泥调理技术。传统物理调理方式主要包括加热和冷冻调理。加热调理方式的调理机理是通过破坏污泥细胞结构，使得污泥粒子间的间隙水游离，便于在机械脱水的过程中改善污泥脱水性能，提高污泥处理过程中的脱水程度22。冷冻融化调理也是通过充分破坏污泥絮体结构组成，大大降低污泥结合水含量。国内外目前对这两种技术进行了一定的研究，但是由于受到经济条件和气候条件等的限制，这两种技术在推广使用方面还面临着一定的困难。目前国内外使用最多的在物理调理方式是出超声波调理技术和微波调理技术23。1.5.1.1 超声波调理超声波调理方式是利用超声波破坏污泥的细胞结构，将其内部结合水释放出来，变成容易去除的自由水，提高可脱水程度24。殷绚做了相关的超声波实验，研究了不同的声强及不同的处理时间对污泥脱水性能的影响。结果表明，超声波声强较小并且处理时间较短的时候，更加有利于减少污泥的结合水含量，而反之效果会变得较差 25。超声波在水中产生的各种效应十分复杂，目前还不能对超声波调理污泥的机理给出一个合理的解释25。1.5.1.2 微波调理从本质上来说，用微波污泥调理方法来调理污泥，就是通过加热的方法来调理污泥，但是微波是均衡地穿透材料并且均匀加热，而并非是从物质表面开始进行加热，国外的科学家Ewa W.对微波处理方法对污泥脱水性能的影响程度进行了研究，研究结果表明，微波处理方法能够有效改善污泥的脱水性能。微波调理相对于传统的加热调理来说具有易于控制、加热速度快以及节省能量等特点，但是微波污染具有很亲切的穿透性而深度有限，所以在应用微波处理污泥的过程中要注意污泥量的控制。此外，微波在一定程度上对人体有害，在对污泥的调理过程中还要注意其密封性。1.5.2化学调理法一般的化学调理采用的药剂联用方法包括无机絮凝剂和有机絮凝剂联用、阳离子型聚合物和非离子型聚合物联用、表面活性剂和无机盐联用以及非传统化学调理剂调理污泥等方法。1.5.2.1 无机絮凝剂和有机絮凝剂联用单独使用无机絮凝剂也能加强絮体的结构，取得一定的调理效果，但是这种效果并不明显，需较多的药剂而且形成的絮体较小。而单独使用有机絮凝剂虽然能够形成较大的絮体，并且有用药量小的特点，但是絮体整体强度不够，不利于下续污泥脱水处理工作的进行。如果将这两种絮凝剂结合使用，不仅能够取得用药量比单独使用一种絮凝剂时减少的效果，还能够形成大而坚固的絮体，从而取得更好的污泥脱水效果27。郭亚萍等人在对三氯化铁、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇对城市生活污泥的脱水性能的影响的实验中发现，如果以4:1的比例投入三氯化铁与聚乙烯醇，都会比单独使用一种絮凝剂的效果优越。研究数据显示，当复合絮凝剂用量达到干泥量的l% 时，其体积可缩小为原体积的2%，污泥中含水率会由94% 下降到7l%，透光率达到98%，且具有很高的滤液澄清度。与此类似的实验还有很多，Zhao Y.O.和黄志斌等研究者进行了有机絮凝剂同石膏联用调理污泥的实验，通过测量和计算有关参数，发现Ca2 + 单独作用时并不能显著提高污泥脱水性能，如果将聚丙烯酰胺（PAM）和不同含量的Ca2 +混合调理，就会在一定程度上影响对污泥的脱水性能和流变行为28。很多实验都证明，联合使用无机絮凝剂和有机絮凝剂，能够解决使用一种絮凝剂所存在的缺点，有一定的效果和经济效益。1.5.2.2 阳离子型聚合物和非离子型聚合物联用Lee C .H. 和Liu J . C .对阳离子型有机絮凝剂和非离子型有机絮凝剂联合使用调理污泥的调理效果进行了研究。研究结果表明，单独使用一种絮凝剂已经存在了很多的隐患，容易出现由于过大的投加量而导致脱水效果急剧下降的问题，而联合使用两种调理方式避免单一调理方式的采用就可以避免这种情况的发生。阳离子型有机絮凝剂和非离子型有机絮凝剂的联合使用还能在一定程度上加强絮体的强度。其作用机理是通过先在污泥中加入阳离子型聚合物，让其吸附在污泥表面进而形成初级絮体；之后再在其中加入非离子型聚合物，通过范德华力和水合力的作用，使其吸附在初级絮体上进而形成更大的絮体，取得很好的絮凝效果。1.5.2.3 表面活性剂和无机盐联用采用表面活性剂和无机盐联用对污泥进行调理也能够取得不错的调理效果。陈银广等对表面活性剂、石灰水和FeC13的联用对污泥脱水性能的影响进行了实验研究。实验结果表明，添加表面活性剂以后，污泥经过滤脱水后的含水率明显降低。在采用离心脱水的处理措施时，在表面活性剂的加入量与污泥干重比为0. 109 时，脱水污泥的体积比能够降低大约11左右。而对于过滤脱水的处理措施，当用加入量为污泥干重的0.08表面活性剂时，并与FeCl3和Ca0 同时调理时，比只用FeCl3和Ca0 进行污泥调理的含水率约降低6。表面活性剂能降低脱水污泥的含水率是与其能加快污泥的沉降速度及促进污泥表面的蛋白质和DNA 释放、减少污泥颗粒间的间隙水有关。1.5.2.4非传统化学调理剂调理污泥国外的科学家Nurdan B首次采用了芬顿试剂来对污泥进行调理。采用结果表明，芬顿试剂中含有越多的Fe2 + 和H202的浓度，就越能够影响污泥脱水的性能。当H202质量浓度为6 g / L和Fe2 + 质量浓度为5 g / L时，能够达到最小的污泥的CST 值和SRF 值，分别为15 .7 S 和6 .149X 109 m/ kg，在这种情况下，污泥的脱水性能是最好的。此外，Young Park K. 也曾经用臭氧对活性污泥进行调理，并研究了这种调理方法的经济可行性。研究结果表明了在适当的条件下，用臭氧对活性污泥进行调理能够在一定程度是改善污泥的稳定性能和脱水性能。当每克DS 臭氧质量浓度为0.5 g DS 时，能够减少85的污泥体积和去除70的有机物。当臭氧质量浓度低于0.2 g时，反而会减低污泥的过滤性能，但是只要保证在低臭氧浓度下加入化学调理剂，就能够在一定程度上提高污泥的过滤性能。1.5.3 生物调理法生物调理法也是通过在污泥中加入具有污泥调理中能够其架桥作用的微生物细胞或者是微生物细胞的代谢产物，中和和聚集污泥中的细小悬浮颗粒来实现污泥的脱水性能改善的目标。生物调理法主要有微生物絮凝调质、厌氧消化和好氧消化等方法。国外针对生物调理法的研究也有很多，Novak通过在污泥稳定化的过程中添加酶来强化EPS(主要为蛋白质和多糖)及其它生物粘性物质和胶体的降解，从而减小了污泥脱水的阻力，提高了污泥脱水性能。Thomas等人将一种酶产品(具有糖酶、脂肪酶和蛋白酶活性)投加到厌氧消化后的污泥中反应16h后，结果表明酶的添加使得污泥的CST降低了50%23。张娜等人利用酱油曲霉产生的微生物絮凝剂对城市污水厂的浓缩污泥进行脱水研究，利用污泥比阻和单位时间产生的滤液体积作为评价的依据，也得到MBF的絮凝效果好于PAM和PAC的结论。很多实验表明，使用生物调理法，能够取得比较有优势的效果。1.5.4 物理调理和化学调理联用物理调理法指的是通过外加能量或应力来改变污泥性质，进而改变污泥的脱水性能的方法。一般的物理调理方法主要有热处理法、冷冻一融化处理法和超声波处理方法以及电渗析等等。郑州大学的尹小延对大豆蛋白污水化学污泥的脱水性能进行了研究，以及对微波辐射的功率及时间对污泥脱水性能的影响进行了考察。研究结果显示，进行适宜的微波辐射可以在一定程度上改善污泥的脱水性能29。此外，Glen等经过研究以后认为，冰晶生长和冷冻速率在一定程度上也影响污泥冷融脱水效果。 在1990年，Vesilind也对此进行了实验，实验结果显示冷融法处理污泥会随着不同冷冻速率而发生相应的变化，相对较高的冷冻速率来说，较低的冷冻速率更能提高污泥的脱水性能。而超声波处理技术是最近几年才新开发出来的技术，国外很多科学家对此已经进行了很多的研究，并证明出大功率的超声波有助于降低其含水率降解污泥30。Jean等人还对声能密度对污泥絮体尺寸的影响进行了研究，实验结果发现在0.11W/mL声能密度下，絮体尺寸减小了35%，尺寸经60min由31m减至20m；如果是在0.33W/mL的声能密度下在经过不到20min絮体尺寸减至14m。由于污泥在污水处理过程中具有很高的亲水性，以及很强的污泥水与污泥固体颗粒的结合力，需要在污泥脱水处理之前进行预先的处理，就是要采取化学的、物理的或者加热的方法对污水进行预处理，给之后的脱水工序提供方便，减少困难31。通过这种预处理，可以改变污泥粒子表面的物化性质和组分，一次来破坏污泥的胶体结构，并减小污泥粒子与水的亲和力，从而达到改善脱水性能的目的。很多实验证明，加热和冷冻调理等物理调理方法虽然具有很多的优点，但同时它也具有投资大以及能耗高等缺点，因此在世界各国并没有很广泛的应用。所谓的化学调理方法指的是通过在污泥中加入能够起到吸附架桥作用或者是电性中和作用的调理剂，来破坏污泥中悬浮细小颗粒的相对稳定性，通过将分散的细小颗粒通过一定的作用凝聚成大