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本课题对北京市四个污水处理厂的剩余污泥进行了历时8个月的调查研究,污水厂的处理工艺分别为厌氧-缺氧-好氧脱氮除磷工艺(A2O)、膜生物反应器(MBR)、氧化沟和传统活性污泥法。采用超声-离心法将污泥分为溶解性胞外聚合物(slime)、疏松型胞外聚合物(LB-EPS)、紧密型胞外聚合物(TB-EPS)和细胞相(pellet)四层,结合三维荧光(EEM)技术深入研究污泥胞外聚合物(EPS)组成。通过长期监测污泥的物理化学性质,观察了污泥特性动态变化特征,剖析了污水处理工艺与污泥特性之间的联系,探索了污泥物化性质之间的相互关系,并且研究了物化性质对脱水性的影响。此外,本课题还研究了阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝(PAC)和氯化铁的调理过程,分析了几种混凝剂调理机制的异同,以期对污泥调理技术提供理论支撑。 污泥样品的荧光光谱图中都存在225/330 nm和275/330 nm两个峰,分别代表芳香类蛋白质和微生物代谢产物(SMP);由荧光区域整合(FRI)结果可知,污泥主要由SMP、蛋白类物质组成,类腐殖质物质所占比例也比较高。污泥性质在夏季发生显著变化:脱水性达到最佳,6月各污水厂污泥的毛细吸水时间(CST)最低,均值为1.929 s·L/g; EPS浓度降至最低,可能是环境压力和微生物种群变化共同作用的结果;蛋白类物质含量减少,减少的幅度大于SMP等物质。从5月至12月,污泥的VSS/TSS、pH都呈现下降的趋势,污泥中多糖、蛋白质、腐殖酸的含量以及各荧光物质所占比例都有变化,但变化规律比较复杂。 本研究中,污水处理工艺对污泥特性影响不大,只有粒径和VSS/TSS与处理工艺有一些联系。污泥粒径分布受到pH的影响,酸性条件下污泥粒径较大;VSS/TSS与pH呈负相关(R=-0.41,p<0.05),可能与微生物代谢活动有关。蛋白质与多糖的含量呈负相关,与腐殖酸含量呈正相关,多糖与腐殖酸的含量的关系不显著,蛋白质与多糖的负相关可能与裂解酶有关。分析FRI结果发现,SMP与其它有机组分都有很好的正相关性。此外,DOC与粒径、zeta电位等表观性质有较好的相关性,表明有机组成会影响污泥表观性质。 污泥脱水过程中,微小颗粒可能起到了重要的作用。脱水性(以CST衡量)与d0.1(R=0.48,p<0.05)及d0.5(R=0.40,p<0.05)都有较好的相关性,但与d0.9的相关性较差。此外,CST与slime层DOC的相关性较好(R=0.583,p<0.01),与pellet层DOC有一定相关性(R=0.449,p<0.05),与L、T层DOC的相关性不显著。与CST相关性较好的还包括slime层蛋白质含量(R=0.719,p<0.01),LB-EPS层多糖含量(R=0.464,p<0.01),slime层DOC(R=0.583,p<0.01)。脱水性是有机负荷率、污水有机物组成、剪切力水平等多种复杂条件共同作用的结果,所以脱水性与单一的物化指标(如污泥粒径、EPS等)之间很难找到显著的相关性。 PAC和氯化铁的投加量远高于PAM,而且二者的调理效果比PAM差。PAM调理形成的污泥粒径非常大,最高达到845.561μm,是污泥原始粒径的8.6倍,远大于PAC或氯化铁调理后的污泥粒径。当使用PAM和PAC调理时,各层有机物含量变化不大,氯化铁调理可有效减少污泥slime层有机物。PAM分子量相同时,阳离子度越高,调理效果越好。投加混凝剂后slime、LB-EPS和TB-EPS中有机物含量都降低,有效提高了污泥的脱水性能。