城市污水处理过程中产生了大量的剩余污泥,这些污泥具有含水率高、有机质含量高、化学性质不稳定等特点,其处理处置十分困难,污泥的处置成本占到污水处理厂运行成本的30~50%。而在污泥处理过程中,污泥的减量主要来自于污泥浓缩环节,因此,开发高效的污泥浓缩工艺对于降低污泥含水率、提高脱水设备的运行效率、降低脱水能耗具有十分重要的意义。本研究针对北京市北小河污水处理厂的膜生物反应器(MBR)污泥进行了物化特性的调研,同时实验研究了采用气浮浓缩技术降低污泥含水率的可行性。通过污泥特性的跟踪调研发现,MBR工艺污泥有其特殊性,和传统活性污泥工艺污泥相比,污泥浓度高、污泥粒径较小,胞外聚合物(EPS)含量较高,污泥沉降性能较差。此外,MBR工艺高污泥浓度导致污泥沉降比(SV)非常高,污泥沉降压缩空间非常有限。从重力沉降浓缩和机械浓缩的测试结果来看,二者的浓缩效率均较差,且重力浓缩存在污泥上浮的问题,故开发新型的污泥浓缩技术具有非常重要的现实意义。气浮实验的结果显示化学调质技术选择直接影响着污泥气浮浓缩的效果。原泥直接气浮浓缩、单一表面活性剂化学调质效果较差,泥水分离不佳。采用高分子絮凝剂PAM可以有效改善污泥的气浮浓缩效果,表面活性剂对污泥气浮效果影响不大。气浮浓缩可将含水率超过99%的北小河厂MBR工艺剩余污泥浓缩至含水率97%左右,气浮浓缩的效果远优于转鼓浓缩。从气浮浓缩的中试结果来看,较适宜运行参数为:固体负荷15kg/(m2·h),水力负荷1.5m3/(m2·h),回流比1,PAM投配率2‰(w/w干固体),溶气压力0.4MPa,气固比0.01。经过中试设备进行气浮浓缩后,污泥含水率降低至97%左右,浓缩效果明显。污泥松散型(LB-EPS)、紧密型(TB-EPS)两种胞外聚合物均大幅降低,对污泥脱水能力的提高作用明显,而加入PAM强化了这一作用。在未经化学调质的条件下,直接经过气浮浓缩后,污泥颗粒粒径未有明显变化,而在加入PAM预调质的条件下,絮凝效果明显,颗粒粒径明显增大。此外,北小河厂带式压滤机污泥脱水负荷和泥饼含水率呈线性关系。针对北小河厂的工况条件,污泥脱水负荷只有低于80 kg/(m·h)时,泥饼含水率才可能低于80%。最后,还研究了采用气液多相泵进行污泥直接气浮的可行性,结果显示该设备的使用相对于传统溶气气浮工艺,不仅减少设备数量,降低造价,提高效率,降低能耗和生产成本,还可以减少工作量。