邢奕等：不同H值下胞外聚合物对污泥脱水性能及束缚水含量的影响 ·1389· 1.3实验方法 (6)污泥SEPS中有机物水解分析.离心后收集 1.3.1酸碱调理污泥 的上清液(SEPS层)经0.22μm滤膜，取1mL滤液置 取300mL污泥放入500mL的烧杯中，投加一定量 于液相色谱进样瓶中，采用高效液相色谱仪，定量测定 的H,SO,溶液(8molL)或NaOH溶液(8molL-l)调 小分子有机酸（甲酸、乙酸和丙酸）含量，通过液相色 节pH值，以搅拌强度l50r·min搅拌l0min,静置 谱图定性表征有机物水解情况 30 min. 色谱条件：流动相为7%CH,0H2-0.20molL1 1.3.2分析方法 KH2P0.(pH4.0)缓冲溶液(V/V),使用前用0.45μm (1)滤饼含水率的测定.取50mL调理后的污泥 滤膜过滤，超声波脱气l0min,流速为0.5mL·min, 倒入装有定量滤纸的布氏漏斗中（直径150mm),在真 柱温(40±1)℃，检测波长215m,进样量20uL,峰高 空压力为-0.055MPa的负压下进行抽滤脱水，待布 外标法定量网 氏漏斗30s内不再有滤液滤出停止抽滤，取下残留在 (7)污泥SES中有机官能团变化.污泥滤液用 滤纸上的滤饼称量，然后在105℃下干燥至恒重，计算 红外灯低温(45~55℃)烘干，并用KBr压片后用傅里 滤饼含水率.计算公式如下： 叶变换红外光谱仪测定 WC=(W,-W2)/W,×100%. (8)相关性分析.Pearson相关性采用SPSS18.0 式中，WC为滤饼含水率，W,为滤后污泥饼质量，W2为 软件分析 在105℃下烘干至恒重的滤饼质量. 2 结果与讨论 (2)毛细吸水时间(CST)测定.采用毛细吸水时 间测定仪，将少量污泥样品置于不锈钢漏斗内，开启仪2.1不同H值下污泥脱水性能的变化 器，至报警声响起时即可读取CST值 如图1所示，不同H值对污泥脱水性能的影响 (3)污泥束缚水含量.采用差示扫描量热(DSC) 存在差异.在酸性条件下，污泥的脱水性能明显好于 法测量污泥絮体颗粒中束缚水含量.取一定量脱 中性条件(pH7.23),污泥滤饼含水率和CST均随酸 水后的污泥滤饼样品放入NETZSCH404F3 Pegasus型 性增强呈先降低后升高趋势，并在pH3.03时，污泥滤 DSC分析仪，污泥样品以5℃·min的速率降温至 饼含水率和CST均降至最低：污泥滤饼含水率由 -30℃，然后再以同样的速率升温至室温.在样品冷 70.5%降至60.8%，降幅为9.7%：CST由165.4s降至 冻过程中，样品会向外释放热量，呈现一个明显的放热 25.4s,降幅为84.6%.不同的是，污泥pH值由4.10 峰，在升温阶段表现出一个明显的吸热峰.在极限温 降至3.03时，污泥滤饼含水率有较明显的降低，由 度-30℃下，束缚水不冻结，样品测定过程中释放的 65.5%降至60.8%，而CST下降的幅度则较小. 热量对应于自由水的含量.在105℃下干燥测定的总 1400 水量，与自由水量的差值即为束缚水含量.计算公式 95 -o-WC 90 △-CsST 1200 如下切： I1000 W。=W,-△H/△H。 85 800 式中：W。为束缚水与干污泥质量比：W为总水分与干 80 污泥质量比：△H为样品吸热量：△H。为冰的标准熔化 75 热，334.7kJkg. 70 400 (4)EPS提取采用离心和超声波法.取调理后 65 200 的污泥30mL,以3000r·min的转速离心15min后，收 60 40 55 集的上清液为黏液层胞外聚合物(S王PS):沉淀物稀 23456789101112 释到原体积(30mL),然后再以7400r·min转速离心 图1不同pH值下污泥脱水性能的变化 15min,收集的上清液经0.45um滤膜，过滤后其中的 Fig.I Sludge dewaterability at various pH values 有机物为松散结合的胞外聚合物(LB-EPS):所剩沉淀 物稀释到原体积(30mL),先超声波(20kHz,480W, 弱碱性(H值≤9)条件下，污泥滤饼含水率相比 10min)处理，再以15000rmin的转速离心20min,收 于中性条件下稍有降低，而CST呈上升趋势，但变化 集的上清液经0.45m滤膜，过滤后其中的有机物为 幅度较小.强碱性(pH值≥10)条件下，污泥滤饼含水 紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS). 率和CST均大幅上升，污泥脱水性能迅速恶化.pH (5)EPS含量.实验测定污泥EPS中蛋白质和多 12.01时，污泥滤饼含水率由69.8%上升至93.4%，升 糖含量.采用Folin-酚(Lowry)法网测定胞外蛋白质 高23.6%：CST由216.3s上升至1201.8s,升高 含量：采用蒽酮比色法网测定多糖含量. 455.6%.邢 奕等: 不同 pH 值下胞外聚合物对污泥脱水性能及束缚水含量的影响 1. 3 实验方法 1. 3. 1 酸碱调理污泥 取 300 mL 污泥放入500 mL 的烧杯中，投加一定量 的 H2 SO4溶液( 8 mol·L － 1 ) 或 NaOH 溶液( 8 mol·L － 1 ) 调 节 pH 值，以搅拌强度 150 r·min － 1 搅拌 10 min，静置 30 min． 1. 3. 2 分析方法 ( 1) 滤饼含水率的测定． 取 50 mL 调理后的污泥 倒入装有定量滤纸的布氏漏斗中( 直径 150 mm) ，在真 空压力为 － 0. 055 MPa 的负压下进行抽滤脱水，待布 氏漏斗 30 s 内不再有滤液滤出停止抽滤，取下残留在 滤纸上的滤饼称量，然后在 105 ℃ 下干燥至恒重，计算 滤饼含水率． 计算公式如下: WC = ( W1 － W2 ) /W1 × 100% ． 式中，WC 为滤饼含水率，W1为滤后污泥饼质量，W2为 在 105 ℃下烘干至恒重的滤饼质量． ( 2) 毛细吸水时间( CST) 测定． 采用毛细吸水时 间测定仪，将少量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． ( 3) 污泥束缚水含量． 采用差示扫描量热( DSC) 法［20］测量污泥絮体颗粒中束缚水含量． 取一定量脱 水后的污泥滤饼样品放入 NETZSCH 404 F3 Pegasus 型 DSC 分析仪，污 泥 样 品 以 5 ℃·min － 1 的 速 率 降 温 至 － 30 ℃，然后再以同样的速率升温至室温． 在样品冷 冻过程中，样品会向外释放热量，呈现一个明显的放热 峰，在升温阶段表现出一个明显的吸热峰． 在极限温 度 － 30 ℃下，束缚水不冻结，样品测定过程中释放的 热量对应于自由水的含量． 在 105 ℃ 下干燥测定的总 水量，与自由水量的差值即为束缚水含量． 计算公式 如下［7］: WB = WT － ΔH/ΔH0 式中: WB为束缚水与干污泥质量比; WT为总水分与干 污泥质量比; ΔH 为样品吸热量; ΔH0 为冰的标准熔化 热，334. 7 kJ·kg － 1 ． ( 4) EPS 提取采用离心和超声波法［21］． 取调理后 的污泥30 mL，以3000 r·min － 1 的转速离心15 min 后，收 集的上清液为黏液层胞外聚合物( S-EPS) ; 沉淀物稀 释到原体积( 30 mL) ，然后再以 7400 r·min － 1 转速离心 15 min，收集的上清液经 0. 45 μm 滤膜，过滤后其中的 有机物为松散结合的胞外聚合物( LB-EPS) ; 所剩沉淀 物稀释到原体积( 30 mL) ，先超声波( 20 kHz，480 W， 10 min) 处理，再以 15000 r·min － 1 的转速离心 20 min，收 集的上清液经 0. 45 μm 滤膜，过滤后其中的有机物为 紧密结合的胞外聚合物( TB-EPS) ． ( 5) EPS 含量． 实验测定污泥 EPS 中蛋白质和多 糖含量． 采用 Folin-酚( Lowry) 法［22］测定胞外蛋白质 含量; 采用蒽酮比色法［23］测定多糖含量． ( 6) 污泥 S-EPS 中有机物水解分析． 离心后收集 的上清液( S-EPS 层) 经 0. 22 μm 滤膜，取 1 mL 滤液置 于液相色谱进样瓶中，采用高效液相色谱仪，定量测定 小分子有机酸( 甲酸、乙酸和丙酸) 含量，通过液相色 谱图定性表征有机物水解情况． 色谱条件: 流动相为 7% CH3OH2 － 0. 20 mol·L － 1 KH2PO4 ( pH 4. 0) 缓冲溶液( V/V) ，使用前用 0. 45 μm 滤膜过滤，超声波脱气 10 min，流速为 0. 5 mL·min － 1 ， 柱温( 40 ± 1) ℃，检测波长 215 nm，进样量 20 μL，峰高 外标法定量［24］． ( 7) 污泥 S-EPS 中有机官能团变化． 污泥滤液用 红外灯低温( 45 ～ 55 ℃ ) 烘干，并用 KBr 压片后用傅里 叶变换红外光谱仪测定． ( 8) 相关性分析． Pearson 相关性采用 SPSS18. 0 软件分析． 2 结果与讨论 2. 1 不同 pH 值下污泥脱水性能的变化 如图 1 所示，不同 pH 值对污泥脱水性能的影响 存在差异． 在酸性条件下，污泥的脱水性能明显好于 中性条件( pH 7. 23) ，污泥滤饼含水率和 CST 均随酸 性增强呈先降低后升高趋势，并在 pH 3. 03 时，污泥滤 饼含水 率 和 CST 均 降 至 最 低: 污 泥 滤 饼 含 水 率 由 70. 5% 降至 60. 8% ，降幅为 9. 7% ; CST 由 165. 4 s 降至 25. 4 s，降幅为 84. 6% ． 不同的是，污泥 pH 值由 4. 10 降至 3. 03 时，污泥滤饼含水率有较明显的降低，由 65. 5% 降至 60. 8 % ，而 CST 下降的幅度则较小． 图 1 不同 pH 值下污泥脱水性能的变化 Fig． 1 Sludge dewaterability at various pH values 弱碱性( pH 值≤9) 条件下，污泥滤饼含水率相比 于中性条件下稍有降低，而 CST 呈上升趋势，但变化 幅度较小． 强碱性( pH 值≥10) 条件下，污泥滤饼含水 率和 CST 均大幅上升，污泥脱水性能迅速恶化． pH 12. 01 时，污泥滤饼含水率由 69. 8% 上升至 93. 4% ，升 高 23. 6% ; CST 由 216. 3 s 上 升 至 1201. 8 s，升 高 455. 6% ． ·1389·