1．目的及意义
随着我国经济的发展，城市化进程逐渐加快，城市人口也因此不断增多。人口增长使得城市污水排放量、工业污水排放量不断增多，污水处理过程中污泥的产量也不断增大。预计至2020年，城镇污水处理厂的剩余污泥(以含水率80%计)总产量将超过6000万吨[1]。
污泥是废水处理后的终端产物，含有大量病菌、金属等有害物质[2]，并且颗粒小、有机物质含量高、含水率高[3]，使得污泥处理处置问题引起人们广泛关注。
处理污泥主要是对污泥进行减量、减容和无效化处理。国内外目前普遍采用的污泥处理方法是污泥脱水，所占比率在70%以上[4]。
污泥脱水就是将污泥的含水率降低到80%（我国“十二五”规划规定城市污水处理厂污泥含水率必须低于60%才能外运）以下，这样便于污泥的最终处置与利用。在污泥脱水前需要对污泥进行污泥调理，从而改善污泥的脱水性能，调理后的污泥，其脱水压力大大减小，脱水后的污泥含水率大大降低[5]。污泥调理的方法有：物理、化学和物理化学三种。化学调理就是向污泥中投加各种脱水絮凝剂，使污泥中细小颗粒形成大的絮凝体并释放吸附水，从而提高污泥脱水性能[6]。一种良好的污泥脱水絮凝剂，须在提高污泥脱水性能状况下，不造成环境的二次污染，不增加污泥的容积与重量。因此，污泥脱水絮凝剂的研究与发展是很值得关注的。[7]
凝絮剂可以分为无机凝絮剂和有机凝絮剂。目前应用较多的是有机高分子凝絮剂[8]。有机高分子絮凝剂可分为单体聚合型和天然有机高分子改性型。其中单体聚合型可按离解基团电离出的电荷类型分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型[9]。
对同一种污泥，使用有机絮凝剂与使用无机絮凝剂相比，所需的投加量小于无机絮凝剂，节约成本[10]。此外，有机絮凝剂形成的絮体大，结构紧密，脱水效果更好，更易于后续步骤处理污泥[11]。
然而随着现代城市污水和工业废水排放量不断增加，污泥的组成和性质也变得愈加复杂，单一的阳离子型、阴离子型和非离子型凝絮剂的使用受到一定的限制[12]。两性型凝絮剂由于聚合物分子链上同时含有正负电荷基团，拥有阳离子型和阴离子型有机高分子凝絮剂的共同特征，可以处理不同电荷的污染物[13]。而且经过研究发现，其pH值适用范围宽，在酸、碱性介质中均可使用[14]，特别是对于在污泥脱水的应用，不仅有电性中和以及吸附架桥的作用，而且还有分子间的“缠绕”包裹作用，能使处理后的污泥絮体粗大，泥饼含水率低，符合污水成分和性质复杂化的发展趋势[15]。
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2. 研究的基本内容与方案

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1.1 基本内容
污泥样本分析：
测定污泥样本的含水率、平均粒径、污泥比阻、pH值、有机物含量及种类。为避免污泥理化性质随时间变化，所有实验在3d以内进行。
污泥调理效果的评价模式：
有机高分子絮凝剂的脱水效果主要通过污泥沉降速度、过滤速度、泥饼含水率以及污泥比阻来表征。其中污泥沉降速度的测定方法是取100mL待脱水污泥于具塞量筒中，加入适量浓度的药剂，摇摆振荡使药剂与污泥均匀混合，然后使量筒竖直放置，记下污泥体积与时间的变化情况。
絮凝剂的性能对比：
分别取两种种阴离子型、阳离子型、两性型有机絮凝剂，固定投加量为50mg/L。取七份500ml混合均匀的污泥样品与反应容器中，分别加入六种絮凝剂，一份做空白对照组，在搅拌机中搅拌均匀，静置。之后分别取100ml样品测试其污泥沉降速度、过滤速度、泥饼含水率以及污泥比阻。测试完成后，记录数据，进行数据处理，选择针对高有机物含量污泥性能最佳的絮凝剂。
最佳投加量的确定
取上述实验中最优的絮凝剂，配置投加量为10、20、30、40、60、70mg/L，分别加入500ml混合均匀的污泥样品中搅拌均匀。额外准备一组污泥样品做空白对照样品做同样的操作，分别测试七组处理过后样品的污泥沉降速度、过滤速度、泥饼含水率以及污泥比阻，分析比较最佳絮凝剂投注量。
总结
通过上述实验测得的数据和实验现象，结合阅读文献，查阅资料，进行分析。总结阴离子、阳离子以及两性有机絮凝剂在高有机物含量污泥脱水中的作用机制，并且进行对比，说明效率最高絮凝剂效率较高的原因。
1.2 研究目标
本次设计目的旨在寻找适用于污泥样本的有机高分级聚合物及其最佳投加量，分析并讨论不同种类絮凝剂脱水性能的差异性，并寻找两性聚合物脱水机制。
1.3 技术方案
本次设计将首先对污泥的初试含水率、平均粒径、污泥比阻、pH值、有机物含量及种类进行测试，确定污泥的初始性质。之后将其使用六组高分子絮凝剂进行处理，测定处理后样品的污泥沉降速度、过滤速度、泥饼含水率以及污泥比阻，选取性能最优、性价比最高的絮凝剂。选取最优絮凝剂后，将其配置为不同投加量，分别加入到污泥样品中，测试该絮凝剂的最佳投加量。最后对实验结果和数据进行总结，得到具体结论。

3. 参考文献

[1]姜惠民,朱芬芬,梁远.市政污泥深度脱水药剂优化研究[J].环境工程学报.2014,8(2):697-701.

[2] 刘海丽,杜元新.水处理污泥处理处置研究进展[J].环境监控与预警.2010,2(6):50-53.

[3]CurversD,Usher S P,Kilcullen A R,et al.The influence of ionic strength and osmoticpressure on the dewatering behavior of sewage sludge[J].Chen Eng Sci,2009,64(10):2448-2454．

[4]王静,卢宗文,田顺,等.国内外污泥研究现状及进展.市政技术[J].2006,24(3):141-142.

[5]高廷耀,顾国维,周琪.水污染控制工程(第三版)[M].高等教育出版社,2010:388-389.

[6]欧少清,蒋铭明.高分子污泥脱水絮凝剂的研究进展[J].广东化工,2018,45(07):166-168.

[7]安杰,周立新.高分子絮凝剂研究进展[J].胶体与聚合物,2014,32(04):173-176.

[8]有机高分子絮凝剂在污泥脱水中的应用,高分子材料科学工程,2004,20（5）.60~62