對于以活性污泥法為主的城鎮污水處理廠(chǎng)，污泥處理系統的建設投資約占污水處理廠(chǎng)總投資的20%~40%，污泥處理運營(yíng)費約占污水處理廠(chǎng)總運營(yíng)費的20%~30%，可見(jiàn)，污泥處理是污水處理的重要組成部分。已有研究和實(shí)踐表明，即使是脫水后的泥餅，其含水率都高達80%左右，給后續的填埋或焚燒處置帶來(lái)困難。因此，如何提高污泥的脫水性能一直是困擾污水處理廠(chǎng)的一個(gè)難題。為改善其脫水性能，污泥脫水前必須進(jìn)行調理，通過(guò)調理改變污泥的組織結構，降低污泥的比阻(SRF)，從而改善污泥的脫水性能，便于后續處理處置。污泥化學(xué)調理效果可靠，設備簡(jiǎn)單，操作方便，被長(cháng)期廣泛采用。在化學(xué)調理中，無(wú)機鹽類(lèi)絮凝劑用量大，易產(chǎn)生二次污染。合成有機高分子絮凝劑聚丙烯酰胺PAM具有用量少效率高絮凝速度快等優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)研究和應用較多，但其殘留物不易被生物降解對微生物絮凝效果差。環(huán)糊精(CDs)是由環(huán)糊精葡萄糖基轉移酶(CGT)作用于淀粉產(chǎn)生的一組以α-1，4糖苷鍵結合的環(huán)狀低聚糖，具有非還原性、無(wú)毒性。一般常見(jiàn)的有α-CD、β-CD、γ-CD，分別由6、7、8個(gè)葡萄糖單元結合而成的錐筒狀分子。其中β-CD最易制得，應用也最廣泛。β-CD具有一個(gè)腔體為疏水性，外表面為親水性的圓柱結構，具體結構見(jiàn)圖1，環(huán)狀結構內表面的諸多羥基都是吸附絡(luò )合的活性基，因此，環(huán)糊精在環(huán)境污染治理領(lǐng)域的應用研究較多，但對環(huán)糊精在污泥調理方面的研究報道較少。

　　該研究以東北某城市污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的剩余污泥為研究對象，對比研究了PAM和β-CD對污泥調理后的脫水效果，以期為環(huán)糊精在污泥脫水中的應用提供參考。

　　1、材料與方法

　　1.1 污泥的來(lái)源及性質(zhì)

　　污泥取自東北某城市污水處理廠(chǎng)濃縮池出口;曝氣池混合液取自曝氣池出口。曝氣池混合液檢測結果，見(jiàn)表1。

　　由表1可知，該污水處理廠(chǎng)的活性污泥濃度及污泥沉降比偏高，MLVSS/MLSS值為0.6，與正常值相比略小，SVI值在100~150之間?？梢?jiàn)，污泥的沉降性能較差;濃縮池出口污泥的SRF值為5.92×10¹³m/kg，屬于難過(guò)濾污泥。

　　1.2 主要試劑與儀器

　　試劑：β-CD(分析純)，PAM(分析純);儀器：六聯(lián)電動(dòng)攪拌器(JJ-4)，真空泵(JY7142)，電熱鼓風(fēng)干燥箱(101-0)。

　　1.3 實(shí)驗方法

　　1.3.1 污泥調理

　　取250mL原污泥于1000mL燒杯中，加入一定量的調理劑，置于六聯(lián)恒溫(25℃)電動(dòng)攪拌機上快速攪拌1min后，進(jìn)行慢速攪拌5min，關(guān)閉攪拌機。調理完成后，取經(jīng)過(guò)調理的污泥100mL，進(jìn)行SRF測定。

　　1.3.2 SRF測定

　　在布氏漏斗上(直徑65~80mm)放置濾紙，用水潤濕，貼緊周底;將經(jīng)過(guò)調理的污泥加入布氏漏斗中，開(kāi)動(dòng)真空泵，讀取真空泵壓力表的示數，開(kāi)始起動(dòng)秒表，并記下開(kāi)始時(shí)計量管內的濾液;間隔一定時(shí)間記下計量瓶?jì)认鄳臑V液量;過(guò)濾結束后，關(guān)閉閥門(mén)取下濾餅放入稱(chēng)量瓶?jì)确Q(chēng)重;將稱(chēng)重后的濾餅和稱(chēng)量瓶置于烘箱內105℃的烘干至恒重后稱(chēng)重。SRF的計算公式見(jiàn)式(1)。

　　式中，P為過(guò)濾壓力，N/m2;A為過(guò)濾面積，m2;μ為濾液的動(dòng)力黏度，Pa?s;ω為單位體積濾液所對應的濾餅干固體質(zhì)量，kg/m3);b為過(guò)濾方程t/V=bV+a所代表的直線(xiàn)的斜率，s?m-6;t為過(guò)濾時(shí)間，s;V為濾液體積，m3。

　　2、結果與討論

　　2.1 β-CD最佳調理條件的確定

　　2.1.1 攪拌強度對調理效果影響

　　混凝過(guò)程中的水利條件對絮凝體的形成影響極大。整個(gè)混凝過(guò)程可以分為混合和反應兩個(gè)階段?；旌想A段的要求是使藥劑迅速均勻地擴散到全部水中以創(chuàng )造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩并借顆粒的布朗運動(dòng)和紊動(dòng)水流進(jìn)行凝聚。反應階段的要求是使混凝劑的微粒通過(guò)絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝體。反應階段的攪拌強度或水流速度應隨著(zhù)絮凝體的結大而逐漸降低，以免結大的絮凝體被打碎。

　?、倩旌想A段攪拌速度的影響。在pH為7，溫度為25℃，反應階段慢速攪拌時(shí)間為5min(速度為30r/min)，混合階段快速攪拌時(shí)間為1min的條件下，向活性污泥中加入15mL濃度為0.2%的β-CD混凝劑溶液，考察快速攪拌速度對污泥調理效果的影響，結果見(jiàn)圖2。

　　由圖2可見(jiàn)，SRF隨著(zhù)攪拌速度的加快先降低后升高。攪拌速度從120r/min增加到150r/min，污泥比阻降低了35.4%，而攪拌速度繼續增加至160r/min時(shí)，SRF反而開(kāi)始升高。這是因為有機混凝劑在水中的形態(tài)不像無(wú)機鹽混凝劑那樣受時(shí)間的影響，混合的作用主要是使實(shí)際在水中均勻地分散，混合反應可以在很短的時(shí)間內完成，不宜進(jìn)行過(guò)劇烈的攪拌；如果攪拌不充分，則藥劑分散程度不夠。

　?、诜磻A段攪拌速度的影響。在pH為7，溫度為25℃，混合階段快速攪拌時(shí)間為1min(速度為150r/min)，反應階段慢速攪拌時(shí)間為5min的條件下，向活性污泥中加入15mL濃度為0.2%的β-CD混凝劑溶液，考察慢速攪拌速度對污泥調理效果的影響，結果見(jiàn)圖3。

　　由圖3可見(jiàn)，攪拌速度從30增加到50r/min，SRF降低了63.16%，而攪拌速度從50增加到70r/min，SRF反而升高了76.10%。這是因為在反應階段，如果攪拌強度適宜，則β-CD的架橋網(wǎng)捕作用發(fā)揮充分，進(jìn)而有利于β-CD與活性污泥的菌膠團顆粒之間通過(guò)吸附螯合反應所形成穩定的絮體穩定;若攪拌強度不夠，則反應不徹底，難以形成穩定的絮體;若攪拌過(guò)于激烈就可能打碎已經(jīng)形成的穩定絮體或影響其架橋作用，從而減弱其絮凝效果。

　　2.1.2 pH對污泥脫水性能的影響

　　在溫度為25℃，混合階段快速攪拌時(shí)間為1min(速度為150r/min)，反應階段慢速攪拌時(shí)間為5min(速度為50r/min)的條件下，向活性污泥中加入15mL濃度為0.2%的β-CD混凝劑溶液，考察污泥初始pH對污泥調理效果的影響，結果見(jiàn)圖4。

　　由圖4可見(jiàn)，SRF隨著(zhù)pH的增加而先快速降低后緩慢增加。這是由于β-CD外表面的羥基不飽和，其與活性污泥顆粒的吸附實(shí)際上是表面絡(luò )合配位作用。吸附在表面后，仍會(huì )從溶液中吸取羥基，繼續其水解沉淀過(guò)程，直至飽和成為氫氧化物凝膠，因此，溶液酸性條件不利于絮體的生成。而堿度過(guò)大，生成的絮體顆粒過(guò)大，過(guò)濾時(shí)泥餅的阻力增大，SRF也會(huì )略有升高。當pH為7時(shí)，SRF最小。2.2β-CD和PAM的調理效果對比在pH為7，溫度為25℃，混合階段快速攪拌時(shí)間為1min(速度為150r/min)，反應階段慢速攪拌時(shí)間為5min(速度為50r/min)的條件下，對比研究PAM和β-CD投加量對污泥調理效果的影響，結果見(jiàn)圖5、6。

　　由圖5可見(jiàn)，β-CD的投加量為8.52mg/g?干污泥時(shí)，SRF為2.95×10¹³m/kg，與原始污泥相比，SRF降低了50.17%;當投加量繼續增加到30.66mg/g?干污泥時(shí)，SRF降低至0.53×10¹³m/kg，與原始污泥相比，SRF降低了91.05%;投加量達到39.18mg/g?干污泥時(shí)，SRF反而增加到0.78×10¹³m/kg。這是由于β-CD表面為羥基，污泥泥粒表面帶負電荷，所以β-CD的混凝機理以吸附架橋為主，如果投加量過(guò)小，則絮體形成的少且不密實(shí);隨著(zhù)絮凝劑用量的增加，吸附量隨之增大，有利于架橋，粒徑增大;調理劑用量的增加雖有利于架橋，但投加量過(guò)多，易出現膠體保護現象。

　　由圖5和圖6的對比分析可見(jiàn)，使用PAM對活性污泥進(jìn)行調理時(shí)，其最佳投加量為10.22mg/g?干污泥，此時(shí)，SRF為0.45×10¹³m/kg;在最佳投加量時(shí)，該活性污泥均可由不易脫水污泥轉變?yōu)槊撍阅苤械鹊奈勰?。在兩種調理劑投加量相同時(shí)，PAM的調理效果略?xún)?yōu)于β-CD。但PAM的殘留單體有毒，且不易生物降解。研究結果表明，β-CD是一種較好的污泥調理劑，而且在后續研究和應用中可通過(guò)基團修飾、改性或與其他調理劑復配使用，進(jìn)一步改善污泥脫水性能，應用前景廣闊。

　　3、結論

　　(1)用β-CD對活性污泥進(jìn)行調理，在溫度為25℃，pH為7，150r/min快速攪拌時(shí)間1min，50r/min慢速攪拌5min，投加量為30.66mg/g?干污泥時(shí)，對活性污泥的調理效果最佳。

　　(2)在相同調理條件下，β-CD和PAM的最佳投加量分別為30.66mg/g?干污泥和10.22mg/g?干污泥，PAM的調理效果略?xún)?yōu)于β-CD。

　　(3)β-CD無(wú)毒易得，可將不易脫水污泥轉變?yōu)槊撍阅苤械鹊奈勰?，是一種較好的污泥調理劑，有望在改善污泥脫水性能方面得到廣泛應用。(來(lái)源：黑龍江省環(huán)境科學(xué)研究院)