生物酸化、次生矿物形成与生物絮凝耦合效应提高污泥脱水性能的作用与机理

污水处理厂产生大量的固体废弃物- - 污泥，生物沥浸技术是近年来发展起来的处理污泥的无害化、资源化新技术，本项目研究了生物沥浸技术处理污泥的过程中，产生的生物酸化效应、次生矿物形成效应和生物絮凝效应，并通过观测污泥的毛细吸附时间CST、比阻以及进行抽滤脱水效果的变化，研究了污泥中的结合水/自由水含量、污泥中磷、蛋白质、糖类物质的含量变化，观测污泥中胞外多聚物EPS组分变化，观测污泥的ζ电位、颗粒结构及颗粒粒径的变化，分析次生矿物中元素组成，确定其中的官能团，并进一步确定次生矿物的种类，研究了所用微生物嗜酸性硫杆菌产生絮凝剂的能力，较全面系统地阐述了生物沥浸技术处理污泥所产生的生物酸化、次生矿物形成以及生物絮凝的耦合效应对提高污泥沉降性能、脱水性能的机制，这有助于今后采取措施强化污泥浓缩与脱水的效率，对降低污泥处理成本、污泥减量减容具有极其重要学术意义和工程实用价值。

本项目采用生物沥浸技术处理城市污泥，研究生物酸化效应、次生矿物形成、微生物分泌的胞外多聚物EPS及其耦合作用对污泥脱水性能的影响，结果表明，生物酸化过程中，污泥pH降到2.90时污泥体积减少近50%，污泥Zeta电位逐渐升高，从-25.2 mV升至9.6 mV，促进了污泥脱水性能的提高；同时，生物沥浸中产生了施氏矿物晶体，对污泥的脱水性能提高有一定的积极作用，而用化学硫酸调理的污泥，絮体结构遭到破坏，污泥絮体颗粒变小。随着施氏矿物添加量的增加，污泥比阻快速减小，添加矿物量达到3.50 g/L时，污泥比阻降为35.78×1012 m/kg，比原始污泥降低约1/6；污泥沉降性能不断提高，且自然沉降后上清液浊度越来越低。通过显微照片的观察，施氏矿物具有吸附架桥作用，促进污泥絮体的团聚。试验证实生物沥浸过程施氏矿物的形成利于城市污泥脱水性能的提高。研究发现，生物沥浸前期污泥中EPS含量减少，而后期稍有上升。生物沥浸前期污泥中结合水的含量不断下降，在pH 2.6左右达到最低，生物沥浸能够有效降低污泥结合水的含量，从而提高了污泥的脱水效果。当污泥的浓度在2%-5%之间时，污泥的浓度越高，生物沥浸过程延长，且污泥的脱水性能下降。. 采用SAS岭回归分析可知，生物沥浸过程中，胞外多聚物EPS的 Slime层、总结合水、三价铁、A.t、异养菌、pH对城市污泥生物沥浸脱水性能提高的贡献率分别为19.67%、18.92%、15.10%、13.08%、12.58%、12.06%、8.58%。