工程科学学报，第37卷，第9期：1239-1245,2015年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.9:1239-1245,September 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.09.019:http://journals.ustb.edu.cn 脱硫灰-FeCl,联合作用改善污泥的脱水性能 陈 巍，陈月，邢奕四，王志强，宋存义 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:xing_bkd@163.com 摘要以毛细吸水时间和滤饼含水率为评价指标，研究脱硫灰FCl,对污泥脱水性能的影响.通过污泥各层胞外聚合物含 量的变化以及红外光谱分析，探讨脱疏灰-FCl,调理污泥的作用机理.结果表明：脱硫灰和FCl,对污泥进行联合调理的处理 效果明显好于这两种调理剂单独投加的处理效果.在调理过程中，脱硫灰-FC将大量紧密结合的胞外聚合物剥落，部分转 化为结合度更低的上清液层胞外聚合物和松散结合的胞外聚合物，部分被F(OH),吸附而除去，有效降低毛细吸水时间和滤 饼含水率.Pearson相关性分析表明，紧密结合的胞外聚合物与毛细吸水时间和滤饼含水率均存在显著的正相关性，是影响污 泥脱水性能的重要因素.污泥滤液红外光谱分析表明，脱硫灰一FCl,使胞外聚合物剥落进入上清液的同时水解生成氨基酸、 脂肪酸等小分子有机物.脱硫灰和FeCL的最佳投加量分别为300mg'g·和60mg‘g,毛细吸水时间和滤饼含水率分别降至 14.3s和70.22%，相比于原泥分别降低98.48%和16.10%，脱水性能得到大幅改善. 关键词污泥处理：脱水：脱硫灰：氯化铁：固体废弃物处理 分类号X705 Combined effect of desulfurization ash-FeCl,on sludge dewatering performance CHEN Wei,CHEN Yue,XING Yi,WANG Zhi-giang,SONG Cun-yi School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:xing bkd@163.com ABSTRACT The effects of desulfurization ash and ferric chloride as conditioners on the sludge dewatering performance were investi- gated with the capillary suction time and the water content of the sludge cake as evaluating indicators.Extracellular polymeric substance measurements and Fourier transform infrared spectroscopy were used to analyze the sludge dewatering mechanism.The results show that a significantly better treatment effect can be obtained with desulfurization ash and ferric chloride together than just one conditioner.In the treatment process,a large amount of the tightly bound extracellular polymeric substance is spalled by desulfuriza- tion ash and ferric chloride,in which a part tums into a loosely bound extracellular polymeric substance and a slime extracellular polymeric substance,and the other part is removed by ferric hydroxide,which effectively decreases the water content of the sludge cake and the capillary suction time.Pearson correlation analysis results indicate that the tightly bound extracellular polymeric substance has significant correlation with the capillary suction time and the water content of the sludge cake,so it is an important factor affecting the sludge dewatering performance.Infrared spectrum analysis of the sludge filtrate reveals that hydrolysis happens when the extracellular polymeric substance enters into the sludge supernatant,and the contents of amino acid,aliphatic acid and other small molecule organic matter increase.When the dosages of desulfurization ash and ferric chloride are 300 mg'g and 60mg'g,respec- tively,the capillary sop time and the water content of the sludge cake decrease to the lowest.Their minimum values are 14.3 s and 收稿日期：2014-12-09 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51104009)：北京市科技新星计划资助项目(2111106054511043)：北京市优秀人才培养资助项目 (2012D009006000003):中央高校基本科研业务费资金资助项目(FRF-TP-一12011B)
工程科学学报，第 37 卷，第 9 期: 1239--1245，2015 年 9 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 9: 1239--1245，September 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 09． 019; http: / /journals． ustb． edu． cn 脱硫灰--FeCl3 联合作用改善污泥的脱水性能 陈 巍，陈 月，邢 奕，王志强，宋存义 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: xing_bkd@ 163． com 摘 要 以毛细吸水时间和滤饼含水率为评价指标，研究脱硫灰--FeCl3对污泥脱水性能的影响． 通过污泥各层胞外聚合物含 量的变化以及红外光谱分析，探讨脱硫灰--FeCl3调理污泥的作用机理． 结果表明: 脱硫灰和 FeCl3对污泥进行联合调理的处理 效果明显好于这两种调理剂单独投加的处理效果． 在调理过程中，脱硫灰--FeCl3将大量紧密结合的胞外聚合物剥落，部分转 化为结合度更低的上清液层胞外聚合物和松散结合的胞外聚合物，部分被 Fe( OH) 3吸附而除去，有效降低毛细吸水时间和滤 饼含水率． Pearson 相关性分析表明，紧密结合的胞外聚合物与毛细吸水时间和滤饼含水率均存在显著的正相关性，是影响污 泥脱水性能的重要因素． 污泥滤液红外光谱分析表明，脱硫灰--FeCl3使胞外聚合物剥落进入上清液的同时水解生成氨基酸、 脂肪酸等小分子有机物． 脱硫灰和 FeCl3的最佳投加量分别为 300 mg·g － 1 和 60 mg·g － 1 ，毛细吸水时间和滤饼含水率分别降至 14. 3 s 和 70. 22% ，相比于原泥分别降低 98. 48% 和 16. 10% ，脱水性能得到大幅改善． 关键词 污泥处理; 脱水; 脱硫灰; 氯化铁; 固体废弃物处理 分类号 X705 收稿日期: 2014--12--09 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51104009) ; 北京市科技新星计划资助项目( Z111106054511043) ; 北京市优秀人才培养资助项目 ( 2012D009006000003) ; 中央高校基本科研业务费资金资助项目( FＲF--TP--12--011B) Combined effect of desulfurization ash--FeCl3 on sludge dewatering performance CHEN Wei，CHEN Yue，XING Yi ，WANG Zhi-qiang，SONG Cun-yi School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: xing_bkd@ 163． com ABSTＲACT The effects of desulfurization ash and ferric chloride as conditioners on the sludge dewatering performance were investigated with the capillary suction time and the water content of the sludge cake as evaluating indicators． Extracellular polymeric substance measurements and Fourier transform infrared spectroscopy were used to analyze the sludge dewatering mechanism． The results show that a significantly better treatment effect can be obtained with desulfurization ash and ferric chloride together than just one conditioner． In the treatment process，a large amount of the tightly bound extracellular polymeric substance is spalled by desulfurization ash and ferric chloride，in which a part turns into a loosely bound extracellular polymeric substance and a slime extracellular polymeric substance，and the other part is removed by ferric hydroxide，which effectively decreases the water content of the sludge cake and the capillary suction time． Pearson correlation analysis results indicate that the tightly bound extracellular polymeric substance has significant correlation with the capillary suction time and the water content of the sludge cake，so it is an important factor affecting the sludge dewatering performance． Infrared spectrum analysis of the sludge filtrate reveals that hydrolysis happens when the extracellular polymeric substance enters into the sludge supernatant，and the contents of amino acid，aliphatic acid and other small molecule organic matter increase． When the dosages of desulfurization ash and ferric chloride are 300 mg·g － 1 and 60 mg·g － 1 ，respectively，the capillary sop time and the water content of the sludge cake decrease to the lowest． Their minimum values are 14. 3 s and
·1240. 工程科学学报，第37卷，第9期 70.22%,falling by 98.48%and 16.10%,respectively. KEY WORDS sludge disposal:dewatering:desulfurization ash:ferric chloride;solid waste disposal 近年来，我国污水处理规模逐渐扩大，导致了副产 组成.将无生物毒性的脱硫灰引入污泥调理，可以利 物污泥总量的急剧增加四，大量的污泥亟待合理处置. 用其主要成分CaO来改善污泥的脱水性能.脱硫灰单 有调查表明，城市污水处理厂中处理剩余污泥的费用 独调理污泥时投加量大，将导致最终的干污泥量大大 高达总运行费用的60%左右四，面临着如何实现低成 增加，一般需要与絮凝剂联合使用.FeCL,作为传统的 本、高效率处理污泥的巨大难题.由于污泥具有高亲 铁盐絮凝剂，具有成本低、效率高、适用范围广等优点 水性▣，常通过投加化学药剂（如絮凝剂）来改善污泥 污泥中存在的胞外聚合物中蕴含着大部分的结合 的脱水性能，以节约运输成本、缩小堆积场地以及减 水2，在污泥脱水中起着重要的作用，根据其与细 少污泥焚烧前干化部分的能耗.絮凝剂一般分为无机 胞相的结合程度，胞外聚合物可分为上清液层胞外聚 絮凝剂和有机高分子絮凝剂两种，常用来处理污泥的 合物、松散结合的胞外聚合物和紧密结合的胞外聚合 分别为聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM).虽 物3三个层组，然而调理过程中三个层组胞外聚合 然絮凝剂可以有效增进脱水性，但其不易降解、易发生 物的变化及其对污泥脱水性能的影响还少有报道. 二次污染等特性会在污泥处置后期成为负担 本研究将脱硫灰与FeCl,联合对污泥进行调理，以 国内外已有关于Ca0和FeCl,可以改善污泥脱水 毛细吸水时间(CST)和滤饼含水率(W。)为评价指标， 性能的一些研究D-,Denkert和Retter在消化污泥 研究脱硫灰-fCl,对污泥脱水性能的影响：同时分析 离心脱水之前向搅拌釜中加入生石灰，结果发现污泥 污泥胞外聚合物与脱水性能的关系以及红外光谱，探 脱水性能得到有效改善，污泥中有机物含量和滤饼含 讨脱硫灰-FeCl,调理污泥的作用机理. 水率下降，污泥化学调理、运输和填埋的总成本降低约 15%.杨斌等网发现生石灰与粉煤灰均以100gL投 1材料和方法 加量联合调理时，比阻降幅可以达到99.4%.龙腾锐 1.1实验材料 等回研究表明Fe3·投加质量浓度在80mgL'以内均 污泥为北京市清河污水处理厂的剩余污泥，并经 具有良好的絮凝作用，活性污泥体积指数均降低，污泥 重力浓缩至含水率约为97%，置于4℃下保存待用，其 的沉降性能得到改善.脱硫灰是半干法烟气脱硫的产 基本性质如表1所示.脱硫灰取自某钢厂脱硫车间， 物，是烧结烟气与脱硫剂反应后经过分离、除尘等工艺 其主要化学成分如表2所示.可以看出脱硫灰中Ca0 收集的灰尘o~0,主要由Ca0等钙基化合物和粉煤灰 的质量分数为53.04% 表1污泥性质 Table 1 Properties of the sludge 上清液层胞外 松散结合的胞外 紧密结合的胞外 pH值 含水率/% CST/s 聚合物/(mgL1) 聚合物/(mgLl) 聚合物/(mgL) S蛋白质 S-多糖 LB-蛋白质 LB-多糖 TB蛋白质 TB-多糖 7.03±0.17 97.01±0.15937.9±6.42077.8±83.2185.4±13.6427.6±25.426.3±1.72895.7±124.3607.0±36.8 表2脱硫灰的化学成分（质量分数） 1.3实验方法 Table 2 Chemical composition of the desulfurization ash% 1.3.1污泥调理 Ca0 Si02 AL203Fe203Mg0S03总计 取300mL污泥加入脱硫灰，在搅拌强度为 53.046.944.579.145.2519.8598.79 350rmin1下快速搅拌30s,静置10min左右，再加入 FeCl3,在350rmin下快速搅拌30s,50rmin1下慢 1.2实验仪器 速搅拌15min,静置30min.脱硫灰的投加量为50、 实验中用到的仪器有AB104-N电子分析天平、 100、200、300、400和500mg·g,FeCl,投加量分别为 TG16-W高速离心机、MY-3000-6智能型混凝搅拌 10、20、40、60、80和100mg·g(均为每g千污泥的投 仪、DGF25003C电热鼓风千燥箱、UV-3200PC紫外- 加量) 可见分光光度计、FE2型pH计、304毛细吸水时间测 1.3.2分析方法 定仪、SHB一Ⅲ循环水式多用真空泵、R-4O8傅里叶变 (1)粒径分布：采用激光粒径分析仪分析脱硫灰 换红外色谱仪、Coulter LS130激光粒径分析仪和 的粒径分布. DM2300X射线荧光光谱仪. (2)物相组成：采用X射线荧光光谱仪分析脱硫
工程科学学报，第 37 卷，第 9 期 70. 22% ，falling by 98. 48% and 16. 10% ，respectively． KEY WOＲDS sludge disposal; dewatering; desulfurization ash; ferric chloride; solid waste disposal 近年来，我国污水处理规模逐渐扩大，导致了副产 物污泥总量的急剧增加［1］，大量的污泥亟待合理处置． 有调查表明，城市污水处理厂中处理剩余污泥的费用 高达总运行费用的 60% 左右［2］，面临着如何实现低成 本、高效率处理污泥的巨大难题． 由于污泥具有高亲 水性［3］，常通过投加化学药剂( 如絮凝剂) 来改善污泥 的脱水性能［4］，以节约运输成本、缩小堆积场地以及减 少污泥焚烧前干化部分的能耗． 絮凝剂一般分为无机 絮凝剂和有机高分子絮凝剂两种，常用来处理污泥的 分别为聚合氯化铝( PAC) 和聚丙烯酰胺( PAM) ［5］． 虽 然絮凝剂可以有效增进脱水性，但其不易降解、易发生 二次污染等特性会在污泥处置后期成为负担［6］． 国内外已有关于 CaO 和 FeCl3可以改善污泥脱水 性能的一些研究［7--9］，Denkert 和 Ｒetter ［7］ 在消化污泥 离心脱水之前向搅拌釜中加入生石灰，结果发现污泥 脱水性能得到有效改善，污泥中有机物含量和滤饼含 水率下降，污泥化学调理、运输和填埋的总成本降低约 15% ． 杨斌等［8］发现生石灰与粉煤灰均以 100 g·L － 1 投 加量联合调理时，比阻降幅可以达到 99. 4% ． 龙腾锐 等［9］研究表明 Fe 3 + 投加质量浓度在 80 mg·L － 1 以内均 具有良好的絮凝作用，活性污泥体积指数均降低，污泥 的沉降性能得到改善． 脱硫灰是半干法烟气脱硫的产 物，是烧结烟气与脱硫剂反应后经过分离、除尘等工艺 收集的灰尘［10--11］，主要由 CaO 等钙基化合物和粉煤灰 组成． 将无生物毒性的脱硫灰引入污泥调理，可以利 用其主要成分 CaO 来改善污泥的脱水性能． 脱硫灰单 独调理污泥时投加量大，将导致最终的干污泥量大大 增加，一般需要与絮凝剂联合使用． FeCl3作为传统的 铁盐絮凝剂，具有成本低、效率高、适用范围广等优点． 污泥中存在的胞外聚合物中蕴含着大部分的结合 水［12--13］，在污泥脱水中起着重要的作用，根据其与细 胞相的结合程度，胞外聚合物可分为上清液层胞外聚 合物、松散结合的胞外聚合物和紧密结合的胞外聚合 物［13--14］三个层组，然而调理过程中三个层组胞外聚合 物的变化及其对污泥脱水性能的影响还少有报道． 本研究将脱硫灰与 FeCl3联合对污泥进行调理，以 毛细吸水时间( CST) 和滤饼含水率( WC ) 为评价指标， 研究脱硫灰--FeCl3对污泥脱水性能的影响; 同时分析 污泥胞外聚合物与脱水性能的关系以及红外光谱，探 讨脱硫灰--FeCl3调理污泥的作用机理． 1 材料和方法 1. 1 实验材料 污泥为北京市清河污水处理厂的剩余污泥，并经 重力浓缩至含水率约为 97% ，置于 4 ℃下保存待用，其 基本性质如表 1 所示． 脱硫灰取自某钢厂脱硫车间， 其主要化学成分如表 2 所示． 可以看出脱硫灰中 CaO 的质量分数为 53. 04% ． 表 1 污泥性质 Table 1 Properties of the sludge pH 值 含水率/% CST /s 上清液层胞外 聚合物/( mg·L － 1 ) 松散结合的胞外 聚合物/( mg·L － 1 ) 紧密结合的胞外 聚合物/( mg·L － 1 ) S-蛋白质 S-多糖 LB-蛋白质 LB-多糖 TB-蛋白质 TB-多糖 7. 03 ± 0. 17 97. 01 ± 0. 15 937. 9 ± 6. 4 2077. 8 ± 83. 2 185. 4 ± 13. 6 427. 6 ± 25. 4 26. 3 ± 1. 7 2895. 7 ± 124. 3 607. 0 ± 36. 8 表 2 脱硫灰的化学成分( 质量分数) Table 2 Chemical composition of the desulfurization ash % CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 总计 53. 04 6. 94 4. 57 9. 14 5. 25 19. 85 98. 79 1. 2 实验仪器 实验中用到的仪器有 AB104--N 电子分析天平、 TG16--W 高速离心机、MY--3000--6 智能型混凝搅拌 仪、DGF 2500 3C 电热鼓风干燥箱、UV--3200PC 紫外-- 可见分光光度计、FE2 型 pH 计、304 毛细吸水时间测 定仪、SHB--Ⅲ循环水式多用真空泵、IＲ--408 傅里叶变 换红 外 色 谱 仪、Coulter LS130 激光粒径分析仪和 DM2300X 射线荧光光谱仪． 1. 3 实验方法 1. 3. 1 污泥调理 取 300 mL 污 泥 加 入 脱 硫 灰，在 搅 拌 强 度 为 350 r·min － 1 下快速搅拌 30 s，静置 10 min 左右，再加入 FeCl3，在 350 r·min － 1 下快速搅拌 30 s，50 r·min － 1 下慢 速搅拌 15 min，静置 30 min． 脱硫灰的投加量为 50、 100、200、300、400 和 500 mg·g － 1 ，FeCl3 投加量分别为 10、20、40、60、80 和 100 mg·g － 1 ( 均为每 g 干污泥的投 加量) ． 1. 3. 2 分析方法 ( 1) 粒径分布: 采用激光粒径分析仪分析脱硫灰 的粒径分布． ( 2) 物相组成: 采用 X 射线荧光光谱仪分析脱硫 ·1240·
陈巍等：脱硫灰-FeCl,联合作用改善污泥的脱水性能 ·1241· 灰中物相组成. 干，并用KB:压片后用傅里叶变换红外光谱仪测定. (3)浸出特性：将脱硫灰经pH4.5的HAc-NaAc 基于化合物在红外光谱区的特征吸收，可以对待测物 缓冲溶液浸出，对得到的浸出液进行分析. 质进行定性表征阁 (4)滤饼含水率：取50mL调理后的污泥置于装 有定量滤纸的布氏漏斗中（中150mm),在0.06MPa真 2结果与讨论 空度下进行抽滤脱水，以30s内无滤液流下为脱水终 2.1脱硫灰性质分析 点，计算公式为 为了研究脱硫灰调理污泥的可行性和安全性，对 We=(W-W2)/W,×100%. (1) 其粒径分布以及浸出特性进行分析，结果分别如图1 式中，W为滤饼含水率，W,为脱水后湿泥饼质量(g), 和表3所示.可以看出，脱硫灰的粒径分布在0.2~ W,为脱水后湿泥饼在105℃下烘干至恒重的干泥饼质 35μm之间，且在9~11m分布最多，再由累计频数可 量(g). 知脱硫灰颗粒较小，因而比表面积较大、活性较强，并 (5)CST:采用毛细吸水时间测定仪，将污泥样品 且脱硫灰浸出液中重金属浸出值均低于规定浓度，可 置于不锈钢漏斗内，开启仪器，至报警声响起时，即可 判断其不属于危险固体废弃物.通过以上分析可知， 读取CST值. 脱疏灰是一种颗粒细小、没有危险性的固体粉末物质， (6)胞外聚合物的提取：取30mL调理后的污泥， 适合作为污泥脱水的调理剂. 以3000r"min离心l5min后收集上清液，其中有机物 2 100 为上清液层胞外聚合物：沉淀物稀释到原体积，以 ■粒度范围 一累积频率 7500rmin离心15min后收集上清液，并用0.45μm 15 75 滤膜过滤，其中的有机物为松散结合的胞外聚合物；沉 授10 50 淀物稀释到原体积，在20kHz、480W的条件下进行超 声波处理10min,再以15000r·min离心20min后收 25 集上清液，并用0.45μm滤膜过滤，其中有机物为紧密 结合的胞外聚合物的 0.20.30.50.81.22.03.55.0791114172125303545 (7)胞外聚合物的测定：蛋白质采用Folin酚 粒径m 法a,多糖采用蒽酮比色法团 图1脱硫灰的粒径分布 (8)红外光谱分析：污泥滤液低温(40~50℃)烘 Fig.I Particle size distribution of the desulfurization ash 表3脱硫灰的浸出特性 Table 3 Leaching characteristics of the desulfurization ash 浸出液质量浓度/(mgL-) 样品及标准 Cu Zn Pb Cd Cr i Hg As 脱硫灰中重金属浸出值 0.230.260.370.0350.180.400.0210.19 污水综合排放标准(GB8978一19961) 0.5 2.0 1.0 0.1 1.5 1.0 0.05 0.5 危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别(GB5085.3一2007) 100 100 5 1 15 55 0.1 5 2.2脱硫灰-feCL,调理对CST和Wc的影响 区域1中投加量组合包括脱疏灰/FeCl,为300/60 脱硫灰-FeCl.调理前后CST和W,的变化如图2 和300/80mg"g,区域2中投加量组合包括脱硫灰/ 所示.可以看出原污泥的CST和W分别高达937.9s FeCl,为300/60、300/80和300/100mgg.其中，脱硫 和83.69%.脱硫灰单独调理时，随着脱硫灰投加量的 灰/FeCl,为300/60mg'g时，CST和We最低且分别为 增加，污泥CST和W均呈先下降后上升的趋势，最低 14.3s和70.22%，此时脱硫灰和FeCl,的投加量也比 值分别为244.9s和75.77%（脱硫灰投加量为 较少，故取最佳投加量组合脱硫灰/FeCl,为300/ 300mg"g).FeCl,单独调理时，随着FeC,投加量的增 加，污泥CST和W均呈持续下降趋势，最低值分别为 60 mgg-. 62.2s和76.85%(FeCl投加量为100mgg).脱硫 2.3脱硫灰-FeCl,调理对胞外聚合物的影响 灰和FCL,对污泥进行联合调理时，处理效果明显好于 胞外聚合物主要由蛋白质和多糖组成，二者共占 这两种调理剂单独投加的处理效果.随着脱疏灰和 胞外聚合物总质量的75%~89%阿，分析污泥中各胞 FeCl,投加量的增加，CST下降至20s左右，We下降至 外聚合物层组蛋白质和多糖含量的变化有助于明确污 70%左右，分别如图中区域1和区域2所示 泥脱水性能的变化机理
陈 巍等: 脱硫灰--FeCl3联合作用改善污泥的脱水性能 灰中物相组成． ( 3) 浸出特性: 将脱硫灰经 pH 4. 5 的 HAc-NaAc 缓冲溶液浸出，对得到的浸出液进行分析． ( 4) 滤饼含水率: 取 50 mL 调理后的污泥置于装 有定量滤纸的布氏漏斗中( 150 mm) ，在 0. 06 MPa 真 空度下进行抽滤脱水，以 30 s 内无滤液流下为脱水终 点，计算公式为 WC = ( W1 － W2 ) /W1 × 100% ． ( 1) 式中，WC为滤饼含水率，W1为脱水后湿泥饼质量( g) ， W2为脱水后湿泥饼在 105 ℃下烘干至恒重的干泥饼质 量( g) ． ( 5) CST: 采用毛细吸水时间测定仪，将污泥样品 置于不锈钢漏斗内，开启仪器，至报警声响起时，即可 读取 CST 值． ( 6) 胞外聚合物的提取: 取 30 mL 调理后的污泥， 以 3000 r·min － 1 离心 15 min 后收集上清液，其中有机物 为上清 液 层 胞 外 聚 合 物; 沉淀物稀释到原体积，以 7500 r·min － 1 离心 15 min 后收集上清液，并用 0. 45 μm 滤膜过滤，其中的有机物为松散结合的胞外聚合物; 沉 淀物稀释到原体积，在 20 kHz、480 W 的条件下进行超 声波处理 10 min，再以 15000 r·min － 1 离心 20 min 后收 集上清液，并用 0. 45 μm 滤膜过滤，其中有机物为紧密 结合的胞外聚合物［15］． ( 7) 胞 外 聚 合 物 的 测 定: 蛋 白 质 采 用 Folin-酚 法［16］，多糖采用蒽酮比色法［17］． ( 8) 红外光谱分析: 污泥滤液低温( 40 ～ 50 ℃ ) 烘 干，并用 KBr 压片后用傅里叶变换红外光谱仪测定． 基于化合物在红外光谱区的特征吸收，可以对待测物 质进行定性表征［18］． 2 结果与讨论 2. 1 脱硫灰性质分析 为了研究脱硫灰调理污泥的可行性和安全性，对 其粒径分布以及浸出特性进行分析，结果分别如图 1 和表 3 所示． 可以看出，脱硫灰的粒径分布在0. 2 ～ 35 μm之间，且在 9 ～ 11 μm 分布最多，再由累计频数可 知脱硫灰颗粒较小，因而比表面积较大、活性较强，并 且脱硫灰浸出液中重金属浸出值均低于规定浓度，可 判断其不属于危险固体废弃物． 通过以上分析可知， 脱硫灰是一种颗粒细小、没有危险性的固体粉末物质， 适合作为污泥脱水的调理剂． 图 1 脱硫灰的粒径分布 Fig． 1 Particle size distribution of the desulfurization ash 表 3 脱硫灰的浸出特性 Table 3 Leaching characteristics of the desulfurization ash 样品及标准 浸出液质量浓度/( mg·L － 1 ) Cu Zn Pb Cd Cr Ni Hg As 脱硫灰中重金属浸出值 0. 23 0. 26 0. 37 0. 035 0. 18 0. 40 0. 021 0. 19 污水综合排放标准( GB8978—19961) 0. 5 2. 0 1. 0 0. 1 1. 5 1. 0 0. 05 0. 5 危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别( GB5085． 3—2007) 100 100 5 1 15 55 0. 1 5 2. 2 脱硫灰--FeCl3调理对 CST 和 WC的影响 脱硫灰--FeCl3 调理前后 CST 和 WC的变化如图 2 所示． 可以看出原污泥的 CST 和 WC分别高达 937. 9 s 和 83. 69% ． 脱硫灰单独调理时，随着脱硫灰投加量的 增加，污泥 CST 和 WC均呈先下降后上升的趋势，最低 值 分 别 为 244. 9 s 和 75. 77% ( 脱 硫 灰 投 加 量 为 300 mg·g － 1 ) ． FeCl3单独调理时，随着 FeCl3投加量的增 加，污泥 CST 和 WC均呈持续下降趋势，最低值分别为 62. 2 s 和 76. 85% ( FeCl3投加量为 100 mg·g － 1 ) ． 脱硫 灰和 FeCl3对污泥进行联合调理时，处理效果明显好于 这两种调理剂单独投加的处理效果． 随着脱硫灰和 FeCl3投加量的增加，CST 下降至 20 s 左右，WC下降至 70% 左右，分别如图中区域 1 和区域 2 所示． 区域 1 中投加量组合包括脱硫灰/FeCl3为 300 /60 和 300 /80 mg·g － 1 ，区域 2 中投加量组合包括脱硫灰/ FeCl3为 300 /60、300 /80 和 300 /100 mg·g － 1 ． 其中，脱硫 灰/FeCl3为 300 /60 mg·g － 1 时，CST 和 WC最低且分别为 14. 3 s 和 70. 22% ，此时脱硫灰和 FeCl3的投加量也比 较少，故取最佳投加量组合脱 硫 灰/FeCl3 为 300 / 60 mg·g － 1 ． 2. 3 脱硫灰--FeCl3调理对胞外聚合物的影响 胞外聚合物主要由蛋白质和多糖组成，二者共占 胞外聚合物总质量的 75% ～ 89%［19］，分析污泥中各胞 外聚合物层组蛋白质和多糖含量的变化有助于明确污 泥脱水性能的变化机理． ·1241·
1242· 工程科学学报，第37卷，第9期 CST W/% 860 83.5 720 84 (a 580 800 81.5b) 795 82 600 7.5 300 400 75.5 160 76 200 73.5 74 71.5 区域2 -200 K 200 FeCL,投加量mg~g 100 脱硫灰投加量gg 0 200 300 300 0 400 500100 脱硫灰投加量mgg) 500100 eCL,投拥量mgg) 图2脱硫灰-FC,联合调理对污泥脱水性能的影响.(a)CST:(b)W Fig.2 Effect of desulfurization ash-FeCl:conditioning on the sludge dewaterability:(a)CST:(b)Wo 2.3.1脱硫灰对胞外聚合物的影响 白质和多糖分别为200.4mgL1和15.7mgL1, FeCl,投加量为60mg"g,脱疏灰投加量为50~ 分别占蛋白质和多糖总提取量的5.33%和 500mg·g时，污泥中胞外聚合物含量变化如图3 2.34%:上清液层胞外聚合物层中蛋白质和多糖分 所示.可见，原污泥中蛋白质和多糖总提取量分别 别为663.8mgL和48.8mgL,分别占蛋白质 为3759.9mgL和671.5mgL.紧密结合的胞 和多糖总提取量的17.65%和7.27%.可以看出， 外聚合物中蛋白质和多糖分别为2895.7mgL和 蛋白质和多糖主要分布在紧密结合的胞外聚合物 607.0mg·L1,分别占蛋白质和多糖总提取量的 层中，上清液层胞外聚合物次之，而在松散结合的 77.02%和90.39%；松散结合的胞外聚合物中蛋 胞外聚合物层中分布最少. 4000 700 图紧密结合的胞外聚合物 图紧密结合的胞外聚合物 因松散结合的胞外聚合物 600 日松散结合的胞外聚合物 ☒上清液层胞外聚合物 ☑上清液层胞外聚合物 3000 图 500 400 图 2000 300 200 100 0 100 200 300 400 500 100 200 300 400 500 脱硫灰投加量mg·g) 脱硫灰投加量(mg·g少 图3不同脱硫灰投加量下胞外聚合物的变化.()蛋白质：(b)多糖 Fig.3 Variation of the extracellular polymeric substance under different dosages of desulfurization ash:(a)protein:(b)polysaccharide 随着脱硫灰投加量的增加，蛋白质和多糖总提取 的胞外聚合物，大部分则被Fe(OH),吸附而除去.脱 量均呈先下降后升高的趋势，并且在脱硫灰投加量达 硫灰呈碱性，可以通过提高pH值使微生物细胞破碎 到300mgg时分别降至2805.0mgL-和349.8mg· 释放出有机物圆，而溶解在水中的Fe3·形成羟基络合 L,降幅分别为25.40%和47.91%.当脱硫灰投加量 物胶体，通过静电吸附作用使有机物聚集沉淀.继 小于300mg"g时，紧密结合的胞外聚合物减少的同 续增加脱疏灰的投加量，更多微生物细胞遭到破坏，部 时上清液层胞外聚合物、松散结合的胞外聚合物增加， 分污泥本体中有机物被释放，而羟基络合物的吸附量 降幅大于增幅，蛋白质和多糖的总提取量均下降.这 逐渐达到饱和，剥落量大于沉淀量，上清液层胞外聚合 可能是由于紧密结合的胞外聚合物被剥落的同时部分 物、松散结合的胞外聚合物增幅变大，蛋白质和多糖的 转变为结合度更低的上清液层胞外聚合物和松散结合 总提取量开始上升
工程科学学报，第 37 卷，第 9 期 图 2 脱硫灰--FeCl3联合调理对污泥脱水性能的影响． ( a) CST; ( b) WC Fig． 2 Effect of desulfurization ash-FeCl3 conditioning on the sludge dewaterability: ( a) CST; ( b) WC 2. 3. 1 脱硫灰对胞外聚合物的影响 FeCl3投加量为 60 mg·g － 1 ，脱硫灰投加量为 50 ～ 500 mg·g － 1 时，污 泥 中 胞 外 聚 合 物 含 量 变 化 如 图 3 所示． 可见，原污泥中蛋白质和多糖总提取 量 分 别 为 3759. 9 mg·L － 1 和 671. 5 mg·L － 1 ． 紧密结合的胞 外聚合物中蛋白质和多糖分别为 2895. 7 mg·L － 1 和 607. 0 mg·L － 1 ，分 别 占 蛋 白 质 和 多 糖 总 提 取 量 的 77. 02% 和 90. 39% ; 松 散 结 合 的 胞 外 聚 合 物 中 蛋 白质和多糖 分 别 为 200. 4 mg·L － 1 和 15. 7 mg·L － 1 ， 分别 占 蛋 白 质 和 多 糖 总 提 取 量 的 5. 33% 和 2. 34% ; 上清液层胞外聚合物层中蛋白质和多糖分 别为 663. 8 mg·L － 1 和 48. 8 mg·L － 1 ，分 别 占 蛋 白 质 和多糖总提取量的 17. 65% 和 7. 27% ． 可 以 看 出， 蛋白质和多糖主要分布在紧密结合的胞外聚合物 层中，上清液 层 胞 外 聚 合 物 次 之，而 在 松 散 结 合 的 胞外聚合物层中分布最少． 图 3 不同脱硫灰投加量下胞外聚合物的变化． ( a) 蛋白质; ( b) 多糖 Fig． 3 Variation of the extracellular polymeric substance under different dosages of desulfurization ash: ( a) protein; ( b) polysaccharide 随着脱硫灰投加量的增加，蛋白质和多糖总提取 量均呈先下降后升高的趋势，并且在脱硫灰投加量达 到 300 mg·g － 1 时分别降至 2805. 0 mg·L － 1 和 349. 8 mg· L － 1 ，降幅分别为 25. 40% 和 47. 91% ． 当脱硫灰投加量 小于 300 mg·g － 1 时，紧密结合的胞外聚合物减少的同 时上清液层胞外聚合物、松散结合的胞外聚合物增加， 降幅大于增幅，蛋白质和多糖的总提取量均下降． 这 可能是由于紧密结合的胞外聚合物被剥落的同时部分 转变为结合度更低的上清液层胞外聚合物和松散结合 的胞外聚合物，大部分则被 Fe( OH) 3吸附而除去． 脱 硫灰呈碱性，可以通过提高 pH 值使微生物细胞破碎 释放出有机物［20］，而溶解在水中的 Fe 3 + 形成羟基络合 物胶体，通过静电吸附作用使有机物聚集沉淀［21］． 继 续增加脱硫灰的投加量，更多微生物细胞遭到破坏，部 分污泥本体中有机物被释放，而羟基络合物的吸附量 逐渐达到饱和，剥落量大于沉淀量，上清液层胞外聚合 物、松散结合的胞外聚合物增幅变大，蛋白质和多糖的 总提取量开始上升． ·1242·
陈巍等：脱硫灰-FeCl,联合作用改善污泥的脱水性能 ·1243· 2.3.2FeCl,对胞外聚合物的影响 取量均上升，分别升至4326.8mg·L-和771.15 脱硫灰投加量为300mg'g,FeCl,投加量为10~ mgL,相比原污泥分别升高了15.08%和14.83% 100mg·g时，污泥中胞外聚合物含量变化如图4所 当FeCl投加量由l0mg"g增加至60mg“g时，上 示.随着FeCl,投加量的增加，蛋白质和多糖总提取 清液中已有大量Fe(OH),存在，静电吸附作用增强， 量均呈先上升后下降的趋势，其中紧密结合的胞外 蛋白质和多糖的总提取量开始大幅度下降.继续增 聚合物持续减少，而上清液层胞外聚合物和松散结 加FeCL,投加量，蛋白质和多糖的总提取量的下降幅 合的胞外聚合物先增加后减少.这说明当FCl,投加 度趋缓，说明此时污泥上清液中能被Fe(OH),吸附 量较小（≤I0mg~g)时，FeCl,的静电吸附作用不足 的物质已全部吸附除去，胞外聚合物含量下降趋势 以使胞外聚合物聚集和沉淀，蛋白质和多糖的总提 变缓. 500 800 ☒紧密结合的胞外聚合物 ☒紧密结合的胞外聚合物 ⑧松散结合的胞外聚合物 700 回松散结合的胞外聚合物 ☑上清液层胞外聚合物 ☑上清液层胞外聚合物 600 50 400 2000 300 200 100 100 feCL,投加量mg'g FeCL,投加量(mg·g 图4不同FcCl投加量下胞外聚合物的变化.(a)蛋白质：(b)多糖 Fig.4 Variation of the extracellular polymeric substance under different dosages of FeCl:(a)protein:(b)polysaccharide 2.3.3胞外聚合物变化对CST和W的影响 CST的相关性不大，上清液层胞外聚合物、松散结合的 调理过程中脱疏灰和FCl,投加量的变化对污泥 胞外聚合物与W呈较显著负相关(P<0.05,P为检验 各层胞外聚合物影响显著，而胞外聚合物对污泥脱水 值)，而紧密结合的胞外聚合物与二者均呈显著正相 性能有重要影响.对各层胞外聚合物中蛋白质、多糖 关(P<0.01).不同FeCl,投加量下，上清液层胞外聚 的质量浓度与CST和W。分别进行相关性分析，Pearson 合物、松散结合的胞外聚合物与CST和W的相关性均 相关系数如表4所示.可以看出，不同脱硫灰投加量 不大，而紧密结合的胞外聚合物与二者均呈显著正相 下，上清液层胞外聚合物、松散结合的胞外聚合物与 关(P<0.01) 表4污泥各层胞外聚合物中蛋白质和多糖与CST和Wc的Pearson相关系数 Table 4 Pearson correlation coefficients of proteins and polysaccharides with CST and We 上清液层胞外聚合物 松散结合的胞外聚合物 紧密结合的胞外聚合物 实验条件 指标 蛋白质 多糖 蛋白质 多糖 蛋白质 多糖 CST -0.582 -0.599 -0.610 -0.575 0.933# 0.935# 不同脱硫灰投加量 Wc -0.858 -0.829 -0.803 -0.844 0.893# 0.902# CST -0.683 -0.457 -0.690 -0.358 0.962# 0.971# 不同FCl投加量 We -0.537 -0.290 -0.561 -0.186 0.990# 0.993# 注：#表示P<0.01:表示P<0.05 由以上分析可知，脱硫灰-FCl,调理污泥过程中， 剥落，进入结合度更低的松散结合的胞外聚合物和上 紧密结合的胞外聚合物与CST和W均存在显著的正 清液层胞外聚合物中，释放出内部结合水，有效降低了 相关性，说明紧密结合的胞外聚合物是影响污泥脱水 Wc,如图2(b)所示.由于脱硫灰剥落胞外聚合物的同 性能的重要因素，降低污泥中紧密结合的胞外聚合物 时对污泥絮体造成破坏，颗粒变得细小，不利于污泥沉 将有助于提高污泥脱水性能.脱硫灰与FCl,的协同 降，CST最低只能降至244.9s,如图2(a)所示.而 处理时，脱硫灰将污泥中部分紧密结合的胞外聚合物 FCl,通过吸附、架桥及絮体的卷扫作用，使污泥上清
陈 巍等: 脱硫灰--FeCl3联合作用改善污泥的脱水性能 2. 3. 2 FeCl3对胞外聚合物的影响 脱硫灰投加量为 300 mg·g － 1 ，FeCl3投加量为 10 ～ 100 mg·g － 1 时，污泥中胞外聚合物含量变化如图 4 所 示． 随着 FeCl3投加量的增加，蛋白质和多糖总提取 量均呈先上升后下降的趋势，其中紧密结合的胞外 聚合物持续减少，而上清液层胞外聚合物和松散结 合的胞外聚合物先增加后减少． 这说明当 FeCl3投加 量较小( ≤10 mg·g － 1 ) 时，FeCl3的静电吸附作用不足 以使胞外聚合物聚集和沉淀，蛋白质和多糖的总提 取量 均 上 升，分 别 升 至 4326. 8 mg·L － 1 和 771. 15 mg·L － 1 ，相比原污泥分别升高了 15. 08% 和 14. 83% ． 当 FeCl3投加量由 10 mg·g － 1 增加至 60 mg·g － 1 时，上 清液中已有大量Fe( OH) 3存在，静电吸附作用增强， 蛋白质和多糖的总提取量开始大幅度下降． 继续增 加 FeCl3投加量，蛋白质和多糖的总提取量的下降幅 度趋缓，说明此时污泥上清液中能被 Fe( OH) 3 吸附 的物质已全部吸附除去，胞外聚合物含量下降趋势 变缓． 图 4 不同 FeCl3投加量下胞外聚合物的变化． ( a) 蛋白质; ( b) 多糖 Fig． 4 Variation of the extracellular polymeric substance under different dosages of FeCl3 : ( a) protein; ( b) polysaccharide 2. 3. 3 胞外聚合物变化对 CST 和 WC的影响 调理过程中脱硫灰和 FeCl3投加量的变化对污泥 各层胞外聚合物影响显著，而胞外聚合物对污泥脱水 性能有重要影响． 对各层胞外聚合物中蛋白质、多糖 的质量浓度与 CST 和 WC分别进行相关性分析，Pearson 相关系数如表 4 所示． 可以看出，不同脱硫灰投加量 下，上清液层胞外聚合物、松散结合的胞外聚合物与 CST 的相关性不大，上清液层胞外聚合物、松散结合的 胞外聚合物与 WC呈较显著负相关( P ＜ 0. 05，P 为检验 值) ，而紧密结合的胞外聚合物与二者均呈显著正相 关( P ＜ 0. 01) ． 不同 FeCl3投加量下，上清液层胞外聚 合物、松散结合的胞外聚合物与 CST 和 WC的相关性均 不大，而紧密结合的胞外聚合物与二者均呈显著正相 关( P ＜ 0. 01) ． 表 4 污泥各层胞外聚合物中蛋白质和多糖与 CST 和 WC的 Pearson 相关系数 Table 4 Pearson correlation coefficients of proteins and polysaccharides with CST and WC 实验条件 指标 上清液层胞外聚合物 松散结合的胞外聚合物 紧密结合的胞外聚合物 蛋白质 多糖 蛋白质 多糖 蛋白质 多糖 不同脱硫灰投加量 CST － 0. 582 － 0. 599 － 0. 610 － 0. 575 0. 933＊＊ 0. 935＊＊ WC － 0. 858* － 0. 829* － 0. 803* － 0. 844* 0. 893＊＊ 0. 902＊＊ 不同 FeCl3投加量 CST － 0. 683 － 0. 457 － 0. 690 － 0. 358 0. 962＊＊ 0. 971＊＊ WC － 0. 537 － 0. 290 － 0. 561 － 0. 186 0. 990＊＊ 0. 993＊＊ 注: ＊＊ 表示 P ＜ 0. 01; * 表示 P ＜ 0. 05． 由以上分析可知，脱硫灰--FeCl3调理污泥过程中， 紧密结合的胞外聚合物与 CST 和 WC均存在显著的正 相关性，说明紧密结合的胞外聚合物是影响污泥脱水 性能的重要因素，降低污泥中紧密结合的胞外聚合物 将有助于提高污泥脱水性能． 脱硫灰与 FeCl3的协同 处理时，脱硫灰将污泥中部分紧密结合的胞外聚合物 剥落，进入结合度更低的松散结合的胞外聚合物和上 清液层胞外聚合物中，释放出内部结合水，有效降低了 WC，如图 2( b) 所示． 由于脱硫灰剥落胞外聚合物的同 时对污泥絮体造成破坏，颗粒变得细小，不利于污泥沉 降，CST 最低 只 能 降 至 244. 9 s，如 图 2 ( a) 所 示． 而 FeCl3通过吸附、架桥及絮体的卷扫作用，使污泥上清 ·1243·
·1244· 工程科学学报，第37卷，第9期 液中蛋白质和多糖含量减少，污泥颗粒重新形成絮体 子间氢键的伸缩振动引起；在1622cm'附近范围出 结构，有利于污泥的絮凝沉降.因此，协同处理可以进 现的吸收峰是由于C一0伸缩振动引起的：在 一步改善污泥的脱水性能. 1555cm附近范围出现的吸收峰是由于N一H的弯 2.4红外光谱分析 曲振动引起的，表明存在酰胺（蛋白质肽键）：在 污泥上清液的傅里叶红外光谱图如图5所示. 1410cm'附近范围出现的吸收峰证明C00~(羧基) 可以看出原污泥分别在3405、1622、1555、1410和 的存在：在1115cm附近范围出现的吸收峰是由于 1115cm'处出现较为明显的吸收峰.在3405cm附 位于吡喃环上C一0一C伸缩振动引起的，表明多糖 近范围内出现的吸收峰是由于O一H以及多糖上分 的存在 b 100 100 80 60 脱硫灰投加量 一原污泥 40 100 mg.g 300 mg.g FcCl投加量 500 mgg" 20 一原污泥 20 mgg 1410115 16221410 3405 i5551115 3405 00mg165 60mg·g 4000350030002500200015001000500 4000350030002500200015001000500 波数/cm 波数/cm 图5污泥上清液的傅里叶红外光谱图.(a)不同脱硫灰投加量：(b)不同FC1,投加量注 Fig.5 Fourier transform infrared spectra of the sludge supernatant:(a)different desulfurization ash dosages:(b)different FeCl dosages 红外图谱中吸收峰的峰强增加表明官能团含量增 Pearson相关性分析表明紧密结合的胞外聚合物与 多.由图5(a)可见：FeCl投加量为60mgg时，随着 CST和W均存在显著的正相关性，说明紧密结合的胞 脱硫灰投加量的增加，酰胺、多糖(3405、1622、1555和 外聚合物是影响污泥脱水性能的重要因素 1115cm)的含量增加，说明大量蛋白质和多糖在脱 (3)污泥滤液的红外光谱图表明，脱硫灰-FCL, 硫灰的作用下进入污泥上清液中，这与脱硫灰使紧密 促进蛋白质和多糖的剥落与水解，同时使紧密结合的 结合的胞外聚合物剥落的同时部分转化为上清液层胞 胞外聚合物含量减少. 外聚合物和松散结合的胞外聚合物的结果吻合；羧基 (1410cm)含量的增加表明，pH值的提高还使胞外 参考文献 聚合物发生了水解四，生成了氨基酸、脂肪酸等小分 [Liu P,Liu H,Yao H,et al.Effect of Fenton and skeleton con- 子有机物.由图5(b)可以看出：脱硫灰投加量为 struction on sludge dewatering performance.Enriron Sci Technol, 300mgg时，投加FeCl,之后，主要特征峰的峰强与 2013,36(10):146 (刘鹏，刘欢，姚洪，等.芬顿试剂及骨架构建体对污泥脱水 原污泥相比有所增加：但随着FeCl,投加量的增加，多 性能的影响.环境科学与技术，2013,36(10)：146) 糖(3405cm1和1115cm)含量减少，而酰胺、羧基 2] Low E W,Chase H A.Reducing production of excess biomass (1622、1555和1410cm)的含量变化不显著，这与不 during wastewater treatment.Water Res,1999,33(5):1119 同FeCL,投加量下上清液层胞外聚合物含量的变化规 B]Li DZ,He P J.The sludge properties,floc structure and dispos- 律相一致. al.Sci Technol Rev,2004,9:26 (李笃中，何品品。污泥性质、胶羽结构与处置.科技导报， 3结论 2004,9:26) 4]Lu W,Zhang D F,Hu K L,et al.The effect and mechanism of (1)脱硫灰和FeCl,联合调理污泥，效果明显好于 cationic surface active agent on sludge dewatering.Eniron Chem, 这两种调理剂单独投加的处理效果.当脱硫灰和 2008,27(4):444 FeCl,的投加量分别为300mg'g和60mg"g,CST和 (鹿雯，张登峰，胡开林，等。阳离子表面活性剂对污泥脱水 W。分别降至14.3s和70.22%，相比于原泥分别降低 性能的影响和作用机理.环境化学，2008,27(4)：444) 98.48%和16.10%. [5]Ye H L,Ye JS,ZhongZJ.et al.Research on sludge dewatering performance of microbial flocculant.Entiron Chem,2009,28 (2)脱硫灰促进紧密结合的胞外聚合物的剥落， (3):414 FeCl,将上清液中胞外聚合物通过静电吸附作用除去 (叶何兰，叶锦韶，钟子嘉，等.微生物絮凝剂的污泥脱水性
工程科学学报，第 37 卷，第 9 期 液中蛋白质和多糖含量减少，污泥颗粒重新形成絮体 结构，有利于污泥的絮凝沉降． 因此，协同处理可以进 一步改善污泥的脱水性能． 2. 4 红外光谱分析 污泥上清液的傅里叶红外 光 谱 图 如 图 5 所 示． 可以 看 出 原 污 泥 分 别 在 3405、1622、1555、1410 和 1115 cm － 1 处出现较为明显的吸收峰． 在 3405 cm － 1 附 近范围内出现的吸收峰是由于 O—H 以及多糖上分 子间氢键的伸缩振动引起; 在 1622 cm － 1 附近范围出 现的 吸 收 峰 是 由 于 C O 伸缩振动引起的; 在 1555 cm － 1 附近范围出现的吸收峰是由于 N—H 的弯 曲振动 引 起 的，表 明 存 在 酰 胺 ( 蛋 白 质 肽 键) ; 在 1410 cm － 1 附近范围出现的吸收峰证明 COO － ( 羧基) 的存在; 在1115 cm － 1 附近范围出现的吸收峰是由于 位于吡喃环上 C—O—C 伸缩振动引起的，表明多糖 的存在． 图 5 污泥上清液的傅里叶红外光谱图． ( a) 不同脱硫灰投加量; ( b) 不同 FeCl3投加量注 Fig． 5 Fourier transform infrared spectra of the sludge supernatant: ( a) different desulfurization ash dosages; ( b) different FeCl3 dosages 红外图谱中吸收峰的峰强增加表明官能团含量增 多． 由图 5( a) 可见: FeCl3投加量为 60 mg·g － 1 时，随着 脱硫灰投加量的增加，酰胺、多糖( 3405、1622、1555 和 1115 cm － 1 ) 的含量增加，说明大量蛋白质和多糖在脱 硫灰的作用下进入污泥上清液中，这与脱硫灰使紧密 结合的胞外聚合物剥落的同时部分转化为上清液层胞 外聚合物和松散结合的胞外聚合物的结果吻合; 羧基 ( 1410 cm － 1 ) 含量的增加表明，pH 值的提高还使胞外 聚合物发生了水解［22］，生成了氨基酸、脂肪酸等小分 子有机 物． 由 图 5 ( b) 可 以 看 出: 脱硫灰投加量为 300 mg·g － 1 时，投加 FeCl3 之后，主要特征峰的峰强与 原污泥相比有所增加; 但随着 FeCl3投加量的增加，多 糖( 3405 cm － 1 和 1115 cm － 1 ) 含量减少，而酰胺、羧基 ( 1622、1555 和 1410 cm － 1 ) 的含量变化不显著，这与不 同 FeCl3投加量下上清液层胞外聚合物含量的变化规 律相一致． 3 结论 ( 1) 脱硫灰和 FeCl3联合调理污泥，效果明显好于 这两种 调 理 剂 单 独 投 加 的 处 理 效 果． 当 脱 硫 灰 和 FeCl3的投加量分别为 300 mg·g － 1 和 60 mg·g － 1 ，CST 和 WC分别降至 14. 3 s 和 70. 22% ，相比于原泥分别降低 98. 48% 和 16. 10% ． ( 2) 脱硫灰促进紧密结合的胞外聚合物的剥落， FeCl3将上清液中胞外聚合物通过静电吸附作用除去． Pearson 相关 性 分 析 表 明 紧 密 结 合 的 胞 外 聚 合 物 与 CST 和 WC均存在显著的正相关性，说明紧密结合的胞 外聚合物是影响污泥脱水性能的重要因素． ( 3) 污泥滤液的红外光谱图表明，脱硫灰--FeCl3 促进蛋白质和多糖的剥落与水解，同时使紧密结合的 胞外聚合物含量减少． 参 考 文 献 ［1］ Liu P，Liu H，Yao H，et al． Effect of Fenton and skeleton construction on sludge dewatering performance． Environ Sci Technol， 2013，36( 10) : 146 ( 刘鹏，刘欢，姚洪，等． 芬顿试剂及骨架构建体对污泥脱水 性能的影响． 环境科学与技术，2013，36( 10) : 146) ［2］ Low E W，Chase H A． Ｒeducing production of excess biomass during wastewater treatment． Water Ｒes，1999，33( 5) : 1119 ［3］ Li D Z，He P J． The sludge properties，floc structure and disposal． Sci Technol Ｒev，2004，9: 26 ( 李笃中，何品晶． 污泥性质、胶羽结构与处置． 科技导报， 2004，9: 26) ［4］ Lu W，Zhang D F，Hu K L，et al． The effect and mechanism of cationic surface active agent on sludge dewatering． Environ Chem， 2008，27( 4) : 444 ( 鹿雯，张登峰，胡开林，等． 阳离子表面活性剂对污泥脱水 性能的影响和作用机理． 环境化学，2008，27( 4) : 444) ［5］ Ye H L，Ye J S，Zhong Z J，et al． Ｒesearch on sludge dewatering performance of microbial flocculant． Environ Chem，2009，28 ( 3) : 414 ( 叶何兰，叶锦韶，钟子嘉，等． 微生物絮凝剂的污泥脱水性 ·1244·
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