全国设市城市、 县累计建成城镇污水处理厂3198座，处理能力达到 1.38亿m3/d。按照污泥产量约为污水处理量的0.3% ~0.5%[1]计算，将来我国的污泥年产量将会达 到2.52亿t(以含水率97%计）。污泥具有含水率 髙，存储、运输、处置困难等特点，且污泥中含有大量的病原菌、重金属等有毒有害物质，如果不能妥善处 理，还会造成二次污染。
脱水性能是污泥处理处置中非常重要的环节， 降低污泥含水率，能够有效的减少污泥体积，为后续 的填埋、焚烧等最终处理处置方式带来方便。污泥 属于难脱水物质，实践中常通过投加混凝剂、聚电解 质等物质来改善其脱水性能。聚丙烯酰胺（PAM) 是城市生活污水处理厂污泥脱水处理中非常重要的 絮凝剂，但近年研究发现，聚丙烯酰胺（PAM )能有 效改善污泥的脱水性能，可用作污泥脱水的调理剂， 只能提高脱水的速度[4_5]，不能增加脱水的程度。 表面活性剂能够改变污泥絮体结构和性质，使污泥 中更多的水分转化为便于脱除的自由水[6_7]。因 此，本实验将聚丙烯酰胺与表面活性剂联合作用对 污泥进行调理，综合两者的优点，以达到污泥的脱水 速度、脱水程度都提髙的目的。
1试验部分1.1材料与仪器污泥取自武汉市某污水处理厂污泥调节池，采 样后置于冰箱冷藏保存。为了保证实验的可比性， 实验污泥均在采样后5d内用完。污泥含水率91% ~93%,pH6.6-7.40主要化学试剂：P离子表面活性剂十二烷基苯 磺酸钠(SDS);阳离子表面活性剂十二烷基三甲基 氯化铵（DTAB);阳离子聚丙烯酰胺(PAM)。实验 前配置成浓度〇。 1 %溶液备用，所用水均为蒸馏水。
主要仪器：电子分析天平;DBJ>623型电子变逢 揽拌机;101型电热鼓风干燥箱;UV-紫外分光光度 计;Quanta2000描电镜（SEM); MS2000激光粒度 仪;2XZ-1型旋片式真空泵。
1.2试验方法1.2.1污泥比阻及泥饼含水率测定分别取100mL污泥放入6个250mL量筒中，在 一定条件下投人不同量的药刑，并将经调理的 100mL污泥混合样均匀倒人古氏漏斗内，静置 1 min，直至漏斗底部不再有滤液流出，开启真空栗， 至额定真空度(〇。〇5MPa)时，开始记录滤液体积，每隔15s记录1次，直至漏斗中污泥层出现裂缝，真空 被破坏为止，利用差量法测定滤纸上污泥的含固率。 1.2.2滤液中蛋白质含量的测定将经调理的l〇〇mL污泥，真空抽滤后取其滤 液，采用双缩脲法[16]，在紫外条件下测出吸光度，再 以牛血清蛋白为标准蛋白测定出滤液中胞外蛋白质 含量。在相同外界条件下进行标准曲线测定。
1.2.3污泥沉降性能的测定污泥的调理过程如1.2. 1,调理好污泥倒人 lOOmL量筒中，每隔一定时间记录一次污泥体积，共 计时30min。在同等条件下，比较污泥的沉降性能。 1.2.4污泥的微观结构观察处理后的污泥部分干燥后通过扫描电镜拍照， 待测污泥样品用去离子水稀释，并搅拌使污泥保持 悬浮状态，将污泥样品通过蠕动泵送入粒度分析仪 器的分析室进行测定，每个样品检测三次。
2结果与讨论2.1表面活性剂和PAM联合作用对污泥过滤性能 的彩响2.1.1对滤饼含水率的影响试验考察单独投加PAM调理污泥，通过真空抽 滤方式对调理污泥进行脱水，PAM投加量对滤饼含 水率的影响见图1。从图1可以看出，随着PAM投 加量的增加，滤饼的含水率不断的降低，当投加量为 0? 8mg/gDS(干污泥的质量)时，滤饼的含水率最低， 为74.42% ,而继续增加投加量时，滤饼含水率反而 又呈上升趋势。
阳离子型聚丙烯胺PAM含有阳离子基团，水解 后释放出阳离子，能中和污泥絮体中负电荷，压缩扩 散层，且PAM为长链髙分子结构物质，具有长链 “吸附架桥”作用，能够吸附、包卷和捕集污泥颗粒， 形成较大的污泥絮体[8]。污泥的脱水性能跟其污 泥絮体结构有很大关联，污泥颗粒越大，其脱水性能 越好，投加PAM增大了污泥絮体，同时减少了污泥 絮体之间的电荷排斥作用，从而使得污泥的脱水性 能得到改善。但过量的PAM又会因浓度过大而造 成其长链无法展开，起不到“吸附架桥”作用，反而 会造成污泥带上正电荷产生电荷排斥作用，而导致 脱水效果减弱W〇
为进一步探讨投加PAM对污泥脱水速度的影 响，研究了不同时间下，真空抽滤后原泥和PAM调 理后污泥的滤饼含水率的变化情况，其结果见图2。
由图2可知，原泥和PAM调理后污泥滤饼含水 率均随着抽滤时间的增加而不断降低，最后趋于稳 定。在抽滤25min之后，原泥含水率基本稳定在 78%左右，而PAM调理后污泥则抽滤1 min之后，就 基本没有太大变化，含水率稳定在74%左右。这表 明，投加PAM能够显着的改善污泥的脱水速度，但 调理后污泥滤饼含水率最低为73.54% ,与原泥的 77.45%相比较，相差不大，说明PAM并不能明显的 提髙污泥的脱水程度。
为了提高污泥脱水程度，研究了表面活性剂和 聚丙烯酰胺(PAM)联合作用对污泥脱水性能的影 响，结果见表1。
由表1可知，投加适量的DTAB和PAM调理， 滤饼含水率随着DTAB投加量增加而降低，当 DTAB 和 PAM 投加量为 0? 08g/gDS 和 PAM 0? 8mg/ g DS时，滤饼含水率最低为65.41%，当DTAB投加 量超过〇? 〇8g/gDS，滤饼的含水率随着DTAB投加 量增加而增加。因此，DTAB和PAM联合作用最佳 投加量为 〇。 〇8g/g DS 和 PAM 0.8mg/g DS。
表1表面活性剂和PAM联用对滤饼含水率的影响Table 1 Influence of surfactant and polyacrylamidaon dewaterability of sludge表面活性剂 /g ? g'1含水率/%阳离子聚丙烯酰胺(PAM) 投加量/mg ? g_10.60.81.0十二烷基三0.0272.1970.1974.47甲基溴化铵0.0469.6569.6570.63(DTAB)0.0866.3165.4167.230.170.2271.4373.180.1272.5974.8576.562.1.2对比阻的影响污泥比阻(SRF)是表示污泥过滤性能的综合指 标。一般认为比阻在l〇9 -lO^V/g的污泥属于难 过滤的污泥，比阻在〇。 5 ~0.9xlO%Vg之间的污泥 属于中等过滤难度，比阻小于〇。 4X109sVg的污泥 容易过滤[1°]。污泥经过DTAB和PAM(0. 8mg/ gDS)联合作用及单独使用PAM调理时，污泥比阻 随DTAB和PAM投加量的变化见图3。
由图3可知，DTAB与PAM联合作用或者单独 使用PAM时，污泥比阻均呈先下降，后上升趋势。 联合作用条件下，DTAB和PAM投加量分别为0. 08g/gDS、0.08g/gDS时，污泥比阻达到最低4. 60x l〇8s2/g，继续增加DTAB投加量时，比阻又呈升高 趋势;仅用PAM时，在投加量为0. 8mg/g DS时，比 阻达到最低4. 80xl08sVg，当投加量>0. 8mg/g时， 污泥比阻又变大。
SRF的主要影响因素是污泥的分散程度，而污 泥分散程度又跟污泥颗粒大小和颗粒表面电荷有 关[11]。污泥颗粒越小，SRF也大，同时污泥颗粒过 小，也容易堵塞滤饼过滤孔隙，增大比阻;污泥颗粒 越小，污泥颗粒比表面积就越大，比表面带负电荷就 越多，污泥絮体颗体系中电荷斥力作用就越强，污泥 分散程度就越高，比阻就越大。
PAM通过“吸附架桥”增大了污泥絮体，减小污 泥分散度，“电中和”作用也减小了电荷排斥力，从 而能够降低比阻;当PAM投加过量时，因长链无法 展开，起不到“吸附架桥”作用，还会造成污泥颗粒 表面带上正电荷，造成污泥的分散程度高，比阻也随 之升高。
DTAB和PAM联合调理污泥时，DTAB和PAM 7JC解大量阳离子，中和污泥负电荷，降低污泥分散 度，结合PAM的“吸附架桥”和DTAB的“增溶”作 用改变了污泥絮体结构，释放出污泥絮体中的结合 水，提高了污泥脱水性能，从而使污泥比阻降低。但 是过量的DTAB,也会因它的“增溶”作用，使得大量 的胞外聚合物(EPS)释放出来，增加了溶液粘度，使 得污泥脱水困难，比阻上升。
2.2表面活性剂和PAM联合作用对污泥絮体的影 响2.2.1对蛋白质含量的影响污泥絮体是由微生物细胞、无机颗粒、胞外聚合 物(EPS)构成，微生物细胞在一定环境条件下在细 胞壁外产生的多聚合物，就是胞外聚合物，其中包括 糖类、蛋白质、核酸和脂类等，其中主要成分为蛋白 质，胞外聚合物质量占活性污泥质量的80%，污泥 干重的15%[12]。因此，可以跟滤液中蛋白质浓度 变化来调理对絮体的影响。
从图4可以看出，单独投加PAM时，滤液中蛋 白质的浓度随着PAM投加量的增加而升高，滤液的 浓度不断升高，说明污泥的絮体结构发生了改变。 DTAB和PAM联合作用时，蛋白质的浓度随PAM 投加量的增加而升高。PAM通过“吸附架桥”增大 了污泥絮体，松散絮体被聚集起来，形成更加致密絮 体结构，絮体表面少许蛋白质进人滤液中。DTAB 具有“两亲”和“增溶”的性质，DTAB与絮体表面蛋 白质相接合，通过撹拌作用，絮体表面蛋白质脱离絮 体，絮体结构改变，EPS被破坏，同时在DTAB的“增 溶”特性下，大量EPS溶人滤液中，污泥絮体中的结 合水释放出来，溶液中的蛋白质含量也不断的提髙; 当继续投加PAM时，又因其“吸附架桥”作用使被2.2.2对污泥粒径的影响经过调理后的污泥絮体粒径的分布情况见表 2。从表 2 可以看出，PAM 0. 8mg/gDS 和 DTAB0. 08g/gDS+PAM0. 8mg/gDS联合调理后污泥，污泥絮 体面‘粒径：PAM>DTAB+PAM>原泥。
表2调理后污泥与原泥的粒度分布 Tab. 2 Size distribution of sludge before and after conditioning |xm粒度分布 ^10^20^50^80^90原泥/jun29.114 31.456 65.535 98.342 169.257PAM 调36.645 45.678 89.486 207.871 267.485 DTAB+PAM 调理/urn 30.424 41.547 79.567 143.468 193.252注。为污泥样品中体积累积百分比为10%时颗粒的最大直径(余同）。
污泥絮体是由微生物细胞、无机颗粒、胞外高分 子（EPS)和高价阳离子之间物理化学作用的结果， 其中EPS对污泥絮体的稳定性有着重要的作 用[&15]，絮体表面的EPS改变直接影响污泥絮体粒 径变化。PAM通过“吸附架桥”增大了污泥絮体，大 量污泥絮体被吸附到一起，形成大颗粒，表2粒径数 据也证实了这一点。DTAB和PAM联合调理污泥 时，结合PAM的“吸附架桥”和DTAB的“增溶”作 用改变了污泥絮体结构，释放出污泥絮体中的结合 水，污泥絮体结构被破坏，导致污泥粒径变小。
为了解DTAB和PAM调理前后对污泥絮体颗 粒的影响，将经过处理后的污泥进行SEM扫描，结 果见图5。从图5中可以看出，经过DTAB和PAM 联合作用后，污泥絮体比PAM调理后要细小、破碎。 这与激光粒度仪的分析结果一致。
图5污泥的扫描电镜 Fig. 5 SEM image of sludge2.3表面活性剂和PAM联合作用对污泥沉降性能 的影响污泥沉降性能的好坏是影响整个污泥处理过程 的重要因素。实验以30min内沉降污泥的体积为指 标来评定污泥的沉降性能。从图6可以看出，投加 DTAB 0.08g/gDS 和 PAM 0_ 8mg/gDS 调理后污泥的 沉降性稍好一点，而只单独投加PAM 0. 8mg/gDS调 理污泥的沉降性能却是较差的。
污泥絮体粒径和EPS能够影响污泥的沉降性 能[16_17]。在沉降初始阶段，污泥的粒径增大能提高 的沉降效果，但是EPS中游离结合水的含量越多， 污泥的沉降脱水性能愈差[18]。PAM通过“吸附架 桥”增大了污泥絮体，提高污泥的沉降性能。DTAB 和PAM联合调理污泥时，PAM的“吸附架桥”和 DTAB的“增溶”作用改变了污泥絮体结构，释放出 污泥絮体中的结合水，因此联合作用时对污泥沉降 性能要比单独使用PAM时要好。
3结 论(1)DTAB、PAM 投加量为 0. 08g/gDS 和 0? 8mg/gDS时，污泥滤饼的含水率达到最低值65.
41% 0(2)DTAB和PAM联合调理污泥相比较单独使用PAM时，不仅能提高污泥脱水速度，还能够改善污泥脱水程度。
(3)扫描电镜和粒径分析表明，DTAB和PAM联合调理污泥比单独使用PAM调理污泥，污泥絮体粒径变小，EPS结构被破坏，释放结合水，从而能够使得污泥的脱水性能得到提高。
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