·1390. 工程科学学报，第37卷，第10期 以上结果与污泥中大量存在的EPS及酸、碱与 到非常重要的作用.蛋白质和多糖两者约占ES总量 EPS的相互作用有密切关系.EPS是活性污泥絮体的 的70%~80%B0,分析污泥中各EPS层组蛋白质和多 重要成分，占活性污泥干重的80%左右s-,EPS的 糖含量的变化有助于明确污泥脱水性能变化以及束缚 高亲水性使得污泥絮体中含有较多的束缚水，导致污 水释放的机理.污泥中蛋白质和多糖的分布及变化如 泥絮体不易压缩，脱水性能下降吻.pH值的改变影响 图3所示.可以明显看出，原污泥中蛋白质和多糖在 溶液中EPS的浓度和性质，从而影响污泥脱水性能 污泥各层EPS中的分布是不同的，主要分布在TB-EPS 2.2不同pH值下污泥滤饼中束缚水含量的变化 层中，分别占污泥总蛋白质和多糖的89.7%和 束缚水凭借分子间力结合在污泥絮体中，不能通 91.2%,而在LB-EPS层和SEPS层则分布较少 过机械方法脱除，对污泥脱水性能有重要影响，并且束 不同pH值下，污泥各EPS层组中蛋白质和多糖 缚水含量可直接用于衡量机械脱水的难易程度，束缚 含量发生了明显变化.酸性条件下，pH值≥3.03时， 水越多，机械脱水越难，反之则越容易网 污泥TB-EPS层中蛋白质和多糖的质量浓度随着酸性 不同pH值下污泥滤饼的组成分布及束缚水含量 增强不断减少，分别由4045mgL和744mg·L降至 如图2所示.可以看出，pH值介于3~7时，污泥滤饼 2236mgL和440mg·L,降幅分别达到44.7%和 中束缚水含量随污泥酸性增强明显减少，在pH3.01 40.9%;酸性继续增强，TB-EPS层中蛋白质和多糖含 时降至最低，束缚水与干污泥质量比由3.42快速降至 量的下降幅度变小并趋于平缓.与此相对应的是， 1.58,降幅达53.8%，酸性继续增强，束缚水含量不降 SEPS层和LB-EPS层中蛋白质和多糖的含量随酸性 反升，这可能是由于强酸条件下，污泥絮体及溶液中的 增强而增加，SEPS层中蛋白质和多糖的质量浓度分 EPS发生变性，导致EPS的水和能力增强，重新结合部 别由322mgL和50mgL-升至695mgL和180mg 分水分网：碱性条件下，pH值≤9.09时，束缚水含量 L,增幅分别为115.8%和260.0%：LB-EPS层中蛋 相比中性条件有所降低，碱性继续增强，束缚水含量大 白质和多糖的质量浓度分别由143mgL和21mg· 幅上升.束缚水含量的变化趋势与污泥脱水性能的变 L升至431mg·L和140mg·L,增幅分别为 化（图1）相吻合，说明污泥滤饼含水率的降低是污泥 201.4%和566.7%.碱性条件下，随着碱性的增强，污 中束缚水释放出来的结果.不同的是，pH值≥10.01 泥TB-EPS层中蛋白质和多糖含量不断减少，LB-EPS 时，污泥滤饼自由水的比例大幅上升，这可能是由于强 层中蛋白质和多糖的含量不断增加，变化趋势与酸性 碱性条件下污泥絮体颗粒变小，大量EPS释放进入溶 条件下类似.然而，SEPS层中蛋白质和多糖含量随碱 液导致污泥中电负性增强，污泥絮体间斥力增大，过滤 性增强大幅增加，SEPS层中蛋白质和多糖的质量浓 性能变差（图1），水分不易滤出，污泥滤饼含水率的也 度分别由322mgL和50mgL升至2921mgL和 相应升高网.以上结果表明，污泥滤饼含水率的降低 552mgL,增幅分别为807.5%和1004.0%，这可能 是束缚水含量减少和过滤性提高的共同结果 是由于强碱性条件破坏了细菌细胞壁，大量蛋白质和 国束缚水☑自由水图固体。一束缚水含量 多糖得到释放，导致SEPS层中EPS含量迅速增加 100 18 2.4EPS对污泥脱水性能以及束缚水含量的影响 90 2.4.1EPS对污泥滤饼含水率及CST的影响 80 各层EPS中蛋白质、多糖与WC、CST的相关性及 70 Pearson相关系数如图4和表2所示.酸性条件下， 5 60 TB-EPS层中蛋白质、多糖与WC和CST有较高的相关 4 性(R2=0.9255,R2=0.8845及R2=0.8631,R= 3 0.8711)并呈正相关(R>0.968、p<0.01,R>0.951、 30 p<0.01及R>0.941、p<0.01,R>0.945、p<0.01:其 20 中R值表示在样本中变量间的相关系数，p值是检验 10 值).LB-EPS层中蛋白质、多糖含量与WC、CST同样 0 6 10 有较高的相关性(R2=0.9187,R2=0.9174及R2= 图2污泥滤饼组成分布及束缚水含量 0.8670,R=0.7871)并呈负相关(R>-0.966、p< Fig.2 Composition distribution and bound water content of dewa- 0.01,R>-0.965、p<0.01及R>-0.943、p<0.01, tered sludge R>-0.907、p<0.01).相比于TB-EPS和LB-EPS, SEPS层中蛋白质、多糖含量与WC、CST具有更显著 2.3不同pH值下污泥中EPS含量的变化 的相关性(R2=0.9858,R2=0.9306及R2=0.9071, EPS蕴含污泥中大量的束缚水，在污泥脱水中起 R2=0.9536)并呈负相关(R>-0.994、p<0.01,R>工程科学学报，第 37 卷，第 10 期 以上结果与污泥中大量存在 的 EPS 及 酸、碱 与 EPS 的相互作用有密切关系． EPS 是活性污泥絮体的 重要成分，占活性污泥干重的 80% 左右［25--26］，EPS 的 高亲水性使得污泥絮体中含有较多的束缚水，导致污 泥絮体不易压缩，脱水性能下降［27］． pH 值的改变影响 溶液中 EPS 的浓度和性质，从而影响污泥脱水性能． 2. 2 不同 pH 值下污泥滤饼中束缚水含量的变化 束缚水凭借分子间力结合在污泥絮体中，不能通 过机械方法脱除，对污泥脱水性能有重要影响，并且束 缚水含量可直接用于衡量机械脱水的难易程度，束缚 水越多，机械脱水越难，反之则越容易［28］． 不同 pH 值下污泥滤饼的组成分布及束缚水含量 如图 2 所示． 可以看出，pH 值介于 3 ～ 7 时，污泥滤饼 中束缚水含量随污泥酸性增强明显减少，在 pH 3. 01 时降至最低，束缚水与干污泥质量比由 3. 42 快速降至 1. 58，降幅达 53. 8% ，酸性继续增强，束缚水含量不降 反升，这可能是由于强酸条件下，污泥絮体及溶液中的 EPS 发生变性，导致 EPS 的水和能力增强，重新结合部 分水分［29］; 碱性条件下，pH 值≤9. 09 时，束缚水含量 相比中性条件有所降低，碱性继续增强，束缚水含量大 幅上升． 束缚水含量的变化趋势与污泥脱水性能的变 化( 图 1) 相吻合，说明污泥滤饼含水率的降低是污泥 中束缚水释放出来的结果． 不同的是，pH 值≥10. 01 时，污泥滤饼自由水的比例大幅上升，这可能是由于强 碱性条件下污泥絮体颗粒变小，大量 EPS 释放进入溶 液导致污泥中电负性增强，污泥絮体间斥力增大，过滤 性能变差( 图 1) ，水分不易滤出，污泥滤饼含水率的也 相应升高［30］． 以上结果表明，污泥滤饼含水率的降低 是束缚水含量减少和过滤性提高的共同结果． 图 2 污泥滤饼组成分布及束缚水含量 Fig． 2 Composition distribution and bound water content of dewa￾tered sludge 2. 3 不同 pH 值下污泥中 EPS 含量的变化 EPS 蕴含污泥中大量的束缚水，在污泥脱水中起 到非常重要的作用． 蛋白质和多糖两者约占 EPS 总量 的 70% ～ 80%［31］，分析污泥中各 EPS 层组蛋白质和多 糖含量的变化有助于明确污泥脱水性能变化以及束缚 水释放的机理． 污泥中蛋白质和多糖的分布及变化如 图 3 所示． 可以明显看出，原污泥中蛋白质和多糖在 污泥各层 EPS 中的分布是不同的，主要分布在 TB-EPS 层中，分别占污泥总蛋白 质和多糖的 89. 7% 和 91. 2% ，而在 LB-EPS 层和 S-EPS 层则分布较少． 不同 pH 值下，污泥各 EPS 层组中蛋白质和多糖 含量发生了明显变化． 酸性条件下，pH 值≥3. 03 时， 污泥 TB-EPS 层中蛋白质和多糖的质量浓度随着酸性 增强不断减少，分别由 4045 mg·L － 1 和 744 mg·L － 1 降至 2236 mg·L － 1 和 440 mg·L － 1 ，降幅分别达到 44. 7% 和 40. 9% ; 酸性继续增强，TB-EPS 层中蛋白质和多糖含 量的下 降 幅 度 变 小 并 趋 于 平 缓． 与 此 相 对 应 的 是， S-EPS层和 LB-EPS 层中蛋白质和多糖的含量随酸性 增强而增加，S-EPS 层中蛋白质和多糖的质量浓度分 别由322 mg·L － 1 和50 mg·L － 1 升至695 mg·L － 1 和180 mg ·L － 1 ，增幅分别为 115. 8% 和 260. 0% ; LB-EPS 层中蛋 白质和多糖的质量浓度分别由 143 mg·L － 1 和 21 mg· L － 1 升 至 431 mg·L － 1 和 140 mg·L － 1 ，增 幅 分 别 为 201. 4% 和 566. 7% ． 碱性条件下，随着碱性的增强，污 泥 TB-EPS 层中蛋白质和多糖含量不断减少，LB-EPS 层中蛋白质和多糖的含量不断增加，变化趋势与酸性 条件下类似． 然而，S-EPS 层中蛋白质和多糖含量随碱 性增强大幅增加，S-EPS 层中蛋白质和多糖的质量浓 度分别由 322 mg·L － 1 和 50 mg·L － 1 升至 2921 mg·L － 1 和 552 mg·L － 1 ，增幅分别为 807. 5% 和 1004. 0% ，这可能 是由于强碱性条件破坏了细菌细胞壁，大量蛋白质和 多糖得到释放，导致 S-EPS 层中 EPS 含量迅速增加． 2. 4 EPS 对污泥脱水性能以及束缚水含量的影响 2. 4. 1 EPS 对污泥滤饼含水率及 CST 的影响 各层 EPS 中蛋白质、多糖与 WC、CST 的相关性及 Pearson 相关系 数 如 图 4 和 表 2 所 示． 酸 性 条 件 下， TB-EPS层中蛋白质、多糖与 WC 和 CST 有较高的相关 性( Ｒ2 = 0. 9255，Ｒ2 = 0. 8845 及 Ｒ2 = 0. 8631，Ｒ2 = 0. 8711) 并呈正相关( Ｒ ＞ 0. 968、p ＜ 0. 01，Ｒ ＞ 0. 951、 p ＜ 0. 01及 Ｒ ＞ 0. 941、p ＜ 0. 01，Ｒ ＞ 0. 945、p ＜ 0. 01; 其 中 Ｒ 值表示在样本中变量间的相关系数，p 值是检验 值) ． LB-EPS 层中蛋白质、多糖含量与 WC、CST 同样 有较高 的 相 关 性( Ｒ2 = 0. 9187，Ｒ2 = 0. 9174 及 Ｒ2 = 0. 8670，Ｒ2 = 0. 7871) 并 呈 负 相 关( Ｒ ＞ － 0. 966、p ＜ 0. 01，Ｒ ＞ － 0. 965、p ＜ 0. 01 及 Ｒ ＞ － 0. 943、p ＜ 0. 01， Ｒ ＞ － 0. 907、p ＜ 0. 01 ) ． 相 比 于 TB-EPS 和 LB-EPS， S-EPS层中蛋白质、多糖含量与 WC、CST 具有更显著 的相关性( Ｒ2 = 0. 9858，Ｒ2 = 0. 9306 及 Ｒ2 = 0. 9071， Ｒ2 = 0. 9536) 并呈负相关( Ｒ ＞ － 0. 994、p ＜ 0. 01，Ｒ ＞ ·1390·