申请日2012.02.21
公开(公告)日2012.07.25
IPC分类号G01N15/04
摘要
本发明公开了一种基于Zeta电位半定量评价重金属废水污泥沉降性能的方法。重金属废水处理所得污泥通常具有表面电性，而污泥的稳定性和沉降性能与表面电性有直接关系。污泥的表面电性可通过Zeta电位测量得到。因此，采用测量Zeta电位可对重金属废水污泥沉降性能进行半定量评价，此方法简单快速，对污泥尺寸和结构等性质要求低，可靠性强。
权利要求书
1.一种基于Zeta电位半定量评价重金属废水污泥沉降性能的方法，其特征在于，步骤 如下：
1)取悬浮污泥混合液，抽吸过滤，烘干，称得干污泥质量，干污泥质量与体积之比为污 泥浓度;当污泥浓度在0.1g/L～10g/L范围内时，直接测量悬浮污泥混合液的Zeta电位值;当 污泥浓度超过10g/L时，稀释后，用同样方法测污泥浓度直至污泥浓度在0.1g/L～10g/L范围 内，再测量Zeta电位值;
2)根据所测得的Zeta电位值，半定量评价污泥沉降性能：
Zeta电位值为-35～-20mV时，污泥沉降体积流量Q污泥为0～0.05mL/min;Zeta电位值为 -20～-5mV时，污泥沉降体积流量Q污泥为0.05～8.5mL/min;Zeta电位值为-5～+5mV时，污 泥沉降体积流量Q污泥为8.5～14.2mL/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Q污泥表示污泥自由沉降时，单位时间内通 过容器某一横截面的污泥体积。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，Q污泥表示污泥自由沉降时，单位时间内通 过直径为4.5cm的圆形横截面的污泥体积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，取200mL重金属废水悬浮污泥混合液， 置于直径4.5cm的200mL量筒中，静置10min，污泥自由沉降，记下10min时污泥和上清液 分界面的体积刻度，则
-Q污泥，污泥沉降体积流量，mL/min;
-V0，污泥悬浮混合液原始体积，此处为200mL;
-V10，污泥悬浮混合液沉降10min后的污泥体积，mL;
-T，污泥沉降时间，此处为10min
。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，Q污泥与Zeta电位值符合以下曲 线公式y=exp(2.63837+0.02641x-0.01467x2)，y表示Q污泥;x表示Zeta电位值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤1)中取100mL悬浮污泥混合液，抽吸过滤，通过孔径为0.45μm的滤膜后，在 103～105℃烘干至两次重量差≤0.4mg，称得干污泥质量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤1)测定Zeta电位值时，取污泥浓度在0.1g/L～10g/L范围内的悬浮污泥混合液20mL， 用Zeta电位仪进行测量，共测3次，其平均值即为污泥悬浮混合液的Zeta电位值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的悬浮污泥混合液取自重金 属废水处理流程的任何过程。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的稀释采用样品自然沉降， 直接使用上层溶液的稀释方法。
说明书
一种基于Zeta电位半定量评价重金属废水污泥沉降性能的方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及一种基于Zeta电位半定量评价重金属废水污泥沉降性能 的方法。
背景技术
污泥沉降性能是评价污泥质量的重要性能指标之一。重金属废水处理所得污泥颗粒/絮体 具有表面电性，通常带负电。污泥颗粒/絮体表面电荷越大，颗粒/絮体间由于电荷的排斥力， 污泥越稳定地悬浮于溶液中，即沉降性能越差。反之，污泥颗粒/絮体表面电荷越小，表明污 泥颗粒/絮体脱稳聚结成团，沉降性能越好。Zeta电位值反映了污泥颗粒/絮体表面电荷量，因 此可用于评价污泥的沉降性能。
目前用于评价污泥沉降性能的方法主要是采用测量污泥沉降速度的方法，具体有沉降法 和拍照法。《环境科学与技术》杂志2008年第2期中“净水厂污泥沉降和浓缩试验研究”一文 介绍了采用沉降法测量污泥沉降速度。通过模拟废水处理流程，将所得污泥静置于具有刻度 的量筒中，记录泥水界面不同时刻高度。用泥水界面高度对时间作图。在沉降初期泥水界面 高度和时间成线性关系，直线斜率即可认为是污泥沉降速度。此方法由于需进行实验模拟废 水处理流程，因此耗时较长，无法即时监测外界条件变化较快时污泥的沉降情况。此外，由 于沉降初期泥水界面高度下降很快，难以保证精确读数，因此误差较大。
最近，国内外又提出一种拍照法测量单个絮体自由沉降的速度。中国专利公开号 101672861公开日2010年3月17日，发明创造的名称为“确定絮体/污泥颗粒物自由沉降速度 的方法及其系统”，该申请公开了一种拍摄水体中污泥颗粒/絮体自由沉降过程中不同时间点 连续图像来确定絮体/污泥颗粒物的沉降速度的方法和系统，此方法精度较高，所得参数结果 通过计算可以得到分形维数等其他参数。但该发明将絮体分离，只观察单个颗粒/絮体处于自 由沉降状态时的沉降情况。实际上，颗粒/絮体之间是相互作用，共同沉降的，因此该方法不 能准确评价污泥的整体沉降速度，且所需装置较复杂。
用Zeta电位确定絮凝剂的种类和用量在不少文献中有所报道，如《大庆石油学院学报》 杂志2009年第1期中“基于污水悬浮颗粒Zeta电位的絮凝剂用量优化”一文。证明悬浮物稳 定性与Zeta电位有一定的关系。然而，报道中所采用Zeta电位评价方法都只能定性的比较污 泥的沉降性能，对污泥沉降速度等指标无法进行定量评价。
由于重金属废水污泥的稳定性和沉降性能与其表面电性有紧密的相互关系，因此我们通 过实验发明采用Zeta电位法来半定量评价污泥沉降性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于Zeta电位半定量评价处理重金 属废水污泥沉降性能的方法，该方法简单快速，无需复杂设备就可以准确评价沉降性能。
为实现上述目的，本发明是通过以下方式实现的：
一种基于Zeta电位半定量评价重金属废水污泥沉降性能的方法，步骤如下：
1)取悬浮污泥混合液，抽吸过滤，烘干，称得干污泥质量，干污泥质量与体积之比为污 泥浓度;当污泥浓度在0.1g/L～10g/L范围内时，直接测量悬浮污泥混合液的Zeta电位值;当 污泥浓度超过10g/L时，稀释后，用同样方法测污泥浓度直至污泥浓度在0.1g/L～10g/L范围 内，再测量Zeta电位值;
2)根据所测得的Zeta电位值，半定量评价污泥沉降性能：
Zeta电位值为-35～-20mV时，污泥沉降体积流量Q污泥(可用来表征污泥沉降性能)，为 0～0.05mL/min;Zeta电位值为-20～-5mV时，污泥沉降体积流量Q污泥为0.05～8.5mL/min; Zeta电位值为-5～+5mV时，污泥沉降体积流量Q污泥为8.5～14.2mL/min。
Q污泥表示污泥自由沉降时，单位时间内通过容器某一横截面的污泥体积。
比如单位时间内通过直径为4.5cm的圆形横截面的污泥体积：
取200mL重金属废水悬浮污泥混合液，置于直径4.5cm的200mL量筒中，静置10min， 污泥自由沉降，记下10min时污泥和上清液分界面的体积刻度，则
-Q污泥，污泥沉降体积流量，mL/min;
-V0，污泥悬浮混合液原始体积，此处为200mL;
-V10，污泥悬浮混合液沉降10min后的污泥体积，mL;
-T，污泥沉降时间，此处为10min
Q污泥与Zeta电位值符合以下曲线公式：y=exp(2.63789+0.02656x-0.01465x2)，y表示 Q污泥;x表示Zeta电位值。
步骤1)中取100mL悬浮污泥混合液，抽吸过滤，通过孔径为0.45μm的滤膜后，在 103～105℃下烘干至两次重量差≤0.4mg，称得干污泥质量。
步骤1)测定Zeta电位值时，取污泥浓度在0.1g/L～10g/L范围内的悬浮污泥混合液20mL， 用Zeta电位仪进行测量，共测3次，其平均值即为污泥悬浮混合液的Zeta电位值。
步骤1)所述的悬浮污泥混合液取自重金属废水处理流程的任何过程。
步骤1)所述的稀释采用样品自然沉降，直接使用上层溶液的稀释方法。由于加入外电 解质溶液会影响Zeta电位值，因此稀释方式对最终Zeta电位值的测量结果非常重要，稀释剂 与原溶剂应具有相同的性质。所以本发明采用样品自然沉降，使用上层溶液的稀释方法，消 除了外加稀释剂对污泥Zeta电位的影响。具体操作为：取100mL悬浮污泥混合液，在100mL 量筒中静置10min，上层溶液20mL即为稀释样。
本发明能采用Zeta电位法来半定量评价污泥沉降性能的依据如下：
取12组不同的对应已经测定Q污泥的重金属废水处理所得污泥悬浮混合液各100mL，静 置10min后，分别取20mL上层溶液测其Zeta电位值。
采用Origin8软件将Q污泥对Zeta电位作图并拟合，得拟合曲线，即Q污泥与Zeta电位值的 关系曲线。其表达式为y=exp(2.63837+0.02641x-0.01467x2)，y表示Q污泥;x表示Zeta电 位值;残差平方和较小(1.61)，相关系数达到0.978，远远满足99%置信水平，证明两者具 有极好的相关性，可用于半定量评价污泥沉降性能(如图1所示)。
曲线最高点在Zeta电位值为0附近，随着Zeta电位绝对值的增加Q污泥逐渐降低，在Zeta 电位值小于-25mV时，Q污泥趋近于0。证明Zeta电位更负时，污泥几乎不沉降，污泥颗粒/ 絮体由于相互作用斥力处于稳定悬浮状态。以上所述拟合曲线的特征与实际污泥随Zeta电位 变化的沉降特征相同。因此用此Q污泥与Zeta电位值的关系曲线来评价污泥的沉降性能是合理 的。
根据曲线的特点，将其划分为四个区域，每个区域的Zeta电位值、污泥沉降体积流量和 污泥沉降性能的特点如表1所示。其中，认为Zeta电位<-35mV时污泥不沉降，而重金属废 水污泥Zeta电位一般不会超过+5mV。将所测得污泥Zeta电位与表中数据对比，即可定性评 价污泥的沉降性能水平，并可得知污泥沉降体积流量所处的区间范围。表1和图1所示的曲 线为基于Zeta电位半定量评价污泥沉降性能的评价指标。
污泥沉降性能评价指标各级指标名称及特点
与现有技术相比，本发明的优点有所需设备简单，仅需一台Zeta电位仪和少量必要的玻 璃仪器;操作简单快速，污泥稀释方式确定后，整个检测评价过程用时为15～30min，能够适 应污水处理厂污水条件变化快时的情况，可及时根据所得沉降结果进行操作条件的调整;对 污泥样品的要求不高，只要是重金属废水的污泥，其浓度在可测范围即可，对于颗粒/絮体的 粒径等则没有特别要求;可以半定量的评价重金属废水污泥的沉降性能，尤其是对以电荷中 和作用占主导而形成的污泥，可靠性强。
