近些年来，随着我国城市化进程加快，市政污水处理量逐渐上升，污泥产量也随之日益增加[1]。污泥含水率高，含有大量有毒有害物质，量大面广致使堆放体积庞大，给后续污泥处理与运输带来不便，并大幅度提高了处理费用。因此，污泥脱水已成为污泥处理的重要环节，现已成为全球性亟待解决的重大环境问题[2]。细胞外聚合物质主要为高分子聚合物，对于污泥的沉淀性能、絮凝性能和脱水性能等方面发挥着重要作用[3]。研究发现EPS包括松散结合层EPS与紧密结合层EPS，进一步研究表明，LB-EPS含量与污泥絮凝性能、沉降性能和脱水性能关系密切，而TB-EPS含量对污泥特性影响不大或非主要影响因素[4,5,6]。然而污泥脱水性能则主要与可溶性EPS中蛋白质和碳水化合物含量相关[7]。因此，可通过分析可溶性EPS有机物质含量来评价污泥的脱水性能[8]。

目前，污泥脱水性能主要依赖于化学调理和机械脱水来实现，而化学调理主要通过添加不同调理剂来改变污泥絮体结构及其水分组成，从而改善污泥的脱水性能，其中无机调理剂主要有铁盐、铝盐、镁盐及其高分子聚合物等[9]。近年来，有关于污泥脱水性能的研究文献不断增多，其主要集中在芬顿试剂、铁盐、微波处理等方面，但对不同无机盐处理比较的研究较少[10,11,12,13]。本研究主要探讨不同无机盐对厌氧污泥脱水性能的影响，并对EPS中蛋白质和多糖含量进行分析，从而获得更高效、经济且显著提高污泥脱水性能的调理剂，以期为工程应用与生产提供理论依据。

1、材料与方法

1.1实验材料、试剂与仪器

实验用市政厌氧污泥取自安徽省某城市污水处理系统厌氧消化池。参照《CJ/T211-2005城市污水处理厂污泥检验方法》[14]测定污泥的基本性质，结果如表1所示。

实验试剂:FeCl3、PAC和AlCl3均为工业级;牛血清蛋白、考马斯亮蓝(国药集团化学试剂有限公司);其他试剂均为分析纯。

实验仪器:污泥比阻实验设备(上海同广科教);HJ-4A型数显恒温磁力搅拌器(江苏新瑞);AXTDL5M型台式低速冷冻离心机(江苏安信);UV-1100紫外分光光度计(上海美谱达);pHS-3Cb型pH计(上海雷磁);DDS-307A型电导率仪(上海雷磁);JC101型电热鼓风干燥箱(南通嘉程);FA2004B型电子天平(上海越平);H-10T型液压压力机(泰州明益);HH-4型数显恒温水浴锅(上海力辰);超声设备(合肥金尼克)。

表1市政初始厌氧污泥的基本性质

1.2实验方法

市政厌氧污泥预处理:将厌氧污泥经24目过筛去除杂质，筛后厌氧污泥含固率调至3%并置于4℃冷藏柜中贮存备用。

不同无机盐对厌氧污泥处理实验:分别称取500g预处理后的厌氧污泥于烧杯中，投加不同无机盐后，先280r/min快速搅拌3min，再60r/min慢速搅拌20min后静置30min，取出对其进行分析测试。

1.3测试方法

脱水性能测试:采用TTF评价市政厌氧污泥的脱水性能[15]。测定装置同污泥比阻实验装置。具体测试方法如下:将50g厌氧污泥加入装有中速定量滤纸的布氏漏斗中，在0.05MPa压力下抽滤，当抽滤液体积为25mL时记录所需时间，即为TTF。

污泥比阻测试[16]:取50g厌氧污泥倒入布氏漏斗(过滤面积为A)，在抽滤压强P为0.05MPa下定压抽滤，记录不同时间ti与抽滤液体积Vi，并计算得到ti/Vi与Vi的斜率b，待泥饼出现龟裂(或真空度破坏)，记录最终抽滤液体积V，称量抽滤后泥饼干污泥质量计算单位抽滤液干污泥质量C，并用黏度仪测试抽滤液黏度μ。根据公式计算出污泥比阻值SRF=2bPA2/μC。

真空抽滤泥饼含水率测试[17]:取100g厌氧污泥倒入真空抽滤装置，0.05MPa抽滤25min后，取出泥饼称量湿污泥质量m1,105℃烘干至恒重，冷却后称量干污泥质量m2，泥饼含水率η=(m1-m2)/m2×100%。

胞外聚合物(EPS)提取与测试:采用热提取法进行实验[18]，具体测试方法如下:取预处理后厌氧污泥10g于离心管中2500g离心15min，所得上清液即为黏液层EPS(SB-EPS);将离心管剩余污泥放入5mL0.05%NaCl溶液重新分散，并超声2min后150r/min振荡10min，再超声2min，最后5000g离心25min，所得上清液即为松散层EPS(LB-EPS);剩余污泥再放入5mL0.05%NaCl溶液重新分散，超声15min后在60℃水浴加热30min，并在12000g下离心30min，所得上清液即为紧密层EPS(TB-EPS)，离心液经0.45μm滤膜过滤后待用。采用考马斯亮蓝显色法测定EPS中蛋白质含量;采用苯酚硫酸法测定EPS中多糖含量[10]。

2、结果与分析

2.1不同无机盐对污泥脱水性能的影响

市政厌氧污泥经不同浓度无机盐调理后污泥TTF变化情况如图1所示。初始厌氧污泥TTF为4.85min，经不同浓度无机盐调理后污泥TTF均有不同程度下降，表明厌氧污泥的脱水性能均得到改善，其中FeCl3和AlCl3调理后污泥TTF下降最显著，无机盐浓度越高，达到最佳脱水性能的时间越短。不同浓度FeCl3、AlCl3和PAC调理后，污泥TTF呈现先下降后平缓趋势，当投加量为60mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，FeCl3、AlCl3和PAC调理后污泥TTF下降分别开始平缓，其污泥TTF分别对应为0.92、0.97和2.44min，较初始厌氧污泥TTF分别缩短81.03%、80.00%和49.69%。综上，不同无机盐调理厌氧污泥后，FeCl3和AlCl3调理后污泥脱水性能均能得到优良改善，PAC改善效果不显著。

2.2不同无机盐条件下污泥比阻与含水率的对比

不同无机盐调理下污泥比阻与含水率变化情况如图2所示。初始厌氧污泥含水率和污泥比阻分别为83.76%和2.41×109m/kg，经不同浓度无机盐调理后污泥含水率和污泥比阻均有不同程度下降，表明厌氧污泥的脱水性能均得到改善，其中FeCl3和AlCl3调理后污泥改善程度最显著，污泥含水率和污泥比阻较低。

由图2-a可看出，随着FeCl3投加量的增加，泥饼含水率与污泥比阻均呈现先下降后上升趋势，当投加量低于60mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，泥饼含水率与污泥比阻随着投加量的增加而下降，含水率从83.76%下降到63.34%，污泥比阻从2.41×109m/kg下降到0.99×109m/kg，相较于初始污泥比阻下降了58.99%;当投加量高于60mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，泥饼含水率与污泥比阻随着投加量的增加而上升，含水率从63.34%回升到66.87%，污泥比阻从0.99×109m/kg回升到1.10×109m/kg;当投加量为60mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，泥饼含水率与污泥比阻均达到最低(分别为63.34%和0.99×109m/kg)，表明FeCl3的投加可显著改善污泥的脱水性能。从图2-b可看出，随着AlCl3投加量的增加，泥饼含水率与污泥比阻均呈现先逐渐下降后平缓趋势，当投加量为80mg/g(无机盐与干污泥质量比)时污泥含水率达到最低(62.35%)，污泥比阻也达到最低(0.47×109m/kg)，相较于初始污泥比阻下降了80.29%，表明AlCl3的投加能显著改善污泥的脱水性能。从图2-c可看出，随着PAC投加量的增加，泥饼含水率与污泥比阻均呈现先逐渐下降后平缓趋势，当投加量高于60mg/g(无机盐与干污泥质量比)时污泥含水率趋于平稳，其中当投加量为80mg/g(无机盐与干污泥质量比)时污泥含水率最低(66.89%);当投加量低于80mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，污泥比阻由初始的2.41×109m/kg减少到1.35×109m/kg，相较于初始污泥比阻下降了44.01%;当投加量高于80mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，污泥比阻趋于平稳;当投加量为100mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，污泥比阻达到最低(1.34×109m/kg)，表明PAC的投加可一定程度改善污泥的脱水性能，但相比较FeCl3和AlCl3,PAC在调理污泥脱水过程中改善程度不显著。

2.3不同无机盐调理下污泥中有机物质含量的对比

污泥脱水性能与其胞外聚合物中蛋白质和碳水化合物的含量有关[7]，且其蛋白质和碳水化合物的含量越高，污泥的絮凝和沉降性能越好，从而污泥的脱水性能越优[19,20]。不同无机盐调理后厌氧污泥中可分离的各组分EPS的多糖和蛋白质含量如图3、图4、图5所示。

由图3可看出，FeCl3调理后厌氧污泥中多糖和蛋白质的含量都呈现先增加后减少趋势。当投加量低于40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，调理后的厌氧污泥中多糖和蛋白质含量呈现上升趋势，其多糖含量从5.27mg/g迅速增加到8.29mg/g，较初始污泥增长了57.31%，蛋白质含量从1.26mg/g迅速增加到4.90mg/g;当投加量高于40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖和蛋白质含量呈现下降趋势，多糖含量从8.29mg/g降低到4.41mg/g，蛋白质含量从4.90mg/g降低到0.55mg/g;当投加量为40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖和蛋白质含量达到最高，含量分别为8.29mg/g和4.90mg/g。表明随着FeCl3的加入污泥中微生物细胞膜的渗透压发生改变，导致微生物击穿性破裂，胞内物质大量溢出，从而导致污泥中多糖和蛋白质含量不断上升;同时FeCl3投加量的增加导致污泥pH降低程度较大，而且还在超声和加热的作用下，多糖和蛋白质会有大部分水解，从而导致污泥中多糖和蛋白质含量不断下降。

从图4可看出，AlCl3调理后厌氧污泥中多糖和蛋白质的含量都呈现先增加后减少的趋势。当投加量低于20mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，调理后的厌氧污泥中多糖含量呈现上升趋势，含量从5.27mg/g迅速增加到8.13mg/g，较初始污泥增长了54.27%;当投加量低于20mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖含量呈现下降趋势，含量从8.13mg/g降低到3.73mg/g;当投加量为20mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖含量最高(8.13mg/g)。当投加量低于40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，调理后的厌氧污泥中蛋白质含量呈现上升趋势，含量从1.26mg/g迅速增加到2.62mg/g;当投加量低于40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其蛋白质含量呈现下降趋势，含量从2.62mg/g降低到0.90mg/g;当投加量为40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其蛋白质含量最高(2.62mg/g)。表明随着AlCl3的加入污泥中微生物细胞膜的渗透压发生改变，微生物细胞膜破裂，胞内物质大量溢出，从而导致污泥中多糖和蛋白质含量不断上升;同时AlCl3投加量的增加导致污泥pH降低程度较小，而且在超声和加热的作用下，多糖和蛋白质会有部分水解，从而导致污泥中多糖和蛋白质含量不断下降。

由图5可看出，PAC调理后厌氧污泥中多糖和蛋白质的含量都呈现先增加后减少趋势。当投加量低于20mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，调理后的厌氧污泥中多糖和蛋白质的含量均呈上升趋势，其多糖含量从5.27mg/g迅速增加到7.75mg/g，较初始污泥增长了47.06%，蛋白质含量从1.26mg/g迅速增加到3.07mg/g;当投加量高于20mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖和蛋白质的含量均呈下降趋势，多糖含量从7.75mg/g降低到5.05mg/g，蛋白质含量从3.07mg/g降低到1.59mg/g;当投加量为20mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖和蛋白质的含量最高，含量分别为7.75mg/g和3.07mg/g。表明随着PAC的加入污泥中微生物细胞膜的渗透压发生改变，微生物细胞膜破裂，胞内物质大量溢出，从而导致污泥中多糖和蛋白质含量不断上升;同时PAC投加量的增加导致污泥pH降低程度很小，而且在超声和加热的作用下，多糖和蛋白质会有小部分水解，从而导致污泥中多糖和蛋白质含量不断下降。

从调理后厌氧污泥中多糖与蛋白质含量的比较发现，FeCl3和AlCl3的投加对污泥的脱水性能有着显著促进作用，而PAC的投加对其促进作用不明显。

3、结论

(1)FeCl3和AlCl3均能显著改善厌氧污泥的脱水性能，当投加量为60mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，FeCl3和AlCl3处理后污泥TTF较初始厌氧污泥分别缩短81.03%和80.00%，而PAC改善效果不明显。

(2)经不同浓度无机盐调理后污泥含水率与污泥比阻均有不同程度下降，其脱水性能得到良好改善，其中FeCl3和AlCl3调理后污泥改善程度最显著，无机盐浓度越高，污泥含水率和污泥比阻越低。

(3)经FeCl3和AlCl3调理后污泥中多糖和蛋白质含量较高，当FeCl3投加量为40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖和蛋白质含量达到最高;当AlCl3投加量为20mg/g(无机盐与干污泥质量比)和40mg/g(无机盐与干污泥质量比)时，其多糖和蛋白质含量分别达到最高。

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