教程 || 污泥理化性质与脱水性能之间的关联机制

污泥是由水体中的菌胶团聚集形成的结构松散、形状不规、带有负电荷的一种稳定胶体悬浮溶液。絮凝调理后絮体沉降过程是小的污泥颗粒聚集形成较大的颗粒，从而改变絮体的尺寸，对污泥脱水效果影响重大。此外，作为污泥组分中的重要部分，胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances， EPS）主要由有机物和微生物细胞组成，其含量和结构影响着污泥沉降性、脱水性和稳定性。在污泥体系中，EPS总量主要依赖于提取方法、水质和操作条件。因此，选择合适的提取方法，深入的研究EPS，不仅能够综合处理污泥、污水，也可以进行优化控制研究。

图1 污泥的化学组成

物理性质与污泥脱水性能的关系

（1）电荷

污泥中羧基、氨基和磷酸基等基团水解电离，使得絮体表面的负电荷产生静电斥力，避免污泥絮凝和脱稳。污泥胶体电荷特性用Zeta电位表征，城市污水处理厂的污泥胶体Zeta电位值在-30至-10 mV之间。Zeta电位值的高低影响着污泥胶体颗粒凝聚和沉降的优劣，污泥负电性越强，絮体越稳定，脱水性越差。因此，在污泥调理脱水的过程中主要是通过电中和、压缩双电层作用降低污泥静电斥力，使污泥胶体脱稳，导致固液分离。

（2）粒径分布

污泥脱水过程中絮体经过压缩形成滤饼层，而絮体大小影响泥饼的污泥表面积、絮体空隙率和滤饼层过滤阻力。因此，絮体特性影响污泥脱水的关键因素。通常，污泥中细小的颗粒所占比重越大，造成单位固体浓度污泥的粘度增大、与水结合的能力增强，恶化污泥脱水。在污泥离心脱水系统中，污泥絮体强度过低会给脱水过程造成困难，污泥絮体一旦破碎，破碎产生的细小颗粒堵塞滤饼形成的空隙结果，使污泥脱水性能恶化。

（3）絮体强度

絮体强度过低往往会给污泥脱水带来困难。采用离心机对污泥过程中，污泥受高强度机械剪切力作用，絮体易发生形变，影响脱水效果。脱水过滤时絮体如果破碎，细小的絮体将进入滤饼层中堵塞孔隙结构，污泥脱水恶化。

污泥浓度

污泥中颗粒浓度影响着体系中的作用力、粘度、沉降性等。郑冰玉等人研究不同总悬浮固体（Total Suspended Solids，TSS）下污泥脱水性的变化，结果显示在常温下随着TSS的增大，污泥的毛细管吸收时间（Capillary Suction Time，CST）先增大后逐渐平缓，即污泥的脱水性能受TSS的影响恶化较强烈。

化学性质与污泥脱水性能的关系

（1）EPS含量与污泥脱水性能的关系

最早的研究中，污泥絮体的化学组成是影响污泥脱水性的关键因素，而其中EPS对污泥脱水性的影响最为显著。而后，研究者们进一步认识到每种污泥脱水性最佳时对应着特定的EPS含量，同时EPS含量也决定着污泥的表面电荷密度、Zeta电位、脱水泥饼干固体的含量和絮体结构的稳定性等。

（2）EPS组成与污泥脱水性能的关系

在此认识的基础上，EPS组成影响说也被提出，认为EPS蛋白质和多糖的比例影响着污泥的脱水性。相比多糖，EPS中蛋白质的组分对污泥脱水性的影响更为显著，大部分研究结果表明高结合蛋白质的含量有利于污泥的脱水性，但也有相反趋势的研究数据，因此该方向还处于探索和发展的阶段。

图2 污泥絮体分层组分的认识历程

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