给水厂污泥由沉淀池排泥水和滤池反冲洗水组成，其水量一般约占给水厂总净水量的4%～7%。未经处理的给水污泥如果直接排放会影响河流流动和航运安全，造成水体的污染，也造成水资源和污泥资源的巨大浪费。

给水污泥含水率高，给其处理和处置带来很多困难，因此必须对污泥进行脱水调理，以达到减量的目的。污泥颗粒与表面的水合层形成稳定的胶体悬浮液，胶粒与水的亲和力很强，导致污泥中固体和水的分离难度增大。为解决上述问题，必须对污泥进行一定的调理，改善污泥的脱水性能。

虽然国内外对给水污泥的特性以及脱水性能已经有了不少研究，但是仍不够成熟、全面，未能形成有效的理论体系及应用指导。因此，对给水污泥特性和污泥调理的细致研究仍需继续进行。本次调研选择南通某水厂和大庆某水厂的污泥，通过对2种污泥特性的测定和比较分析，探索给水污泥组成、理化性质与污泥脱水性能之间的关系，探究药剂调理对污泥理化性质及脱水性能的影响，明确不同药剂对不同来源污泥的调理效果，以期为水厂减少污泥的排放量提供指导。

1 实验方法及仪器

1.1 水厂污泥采集

取样点均为污泥浓缩池，取样量为每一个点25～50L。采样瓶为充分清洗、烘干的塑料瓶。水样在4℃冷藏运输、保存。

1.2 污泥脱水性能测定

1.2.1 污泥比阻

污泥比阻是评判污泥脱水性能的一个重要指标，污泥比阻越小，过滤性能越好，脱水越容易进行。一般认为，污泥比阻在10×10⁸～100×10⁸s²/g之间时，污泥较难过滤。污泥比阻在5×108～9×10⁸s²/g之间时，污泥过滤性能居中，污泥比阻小于4×10⁸s²/g时较易过滤。

1.2.2 污泥沉降比和CST

取一定体积的污泥混合液置于量筒中，静置30min后测定污泥层与污泥混合液的体积比，即为污泥沉降比；毛细吸水时间（CST）采用Triton公司TYPE304B便携式CST测定仪测定。

1.3 污泥有机成分测定

1.3.1 固体有机物含量

将105℃烘干后的污泥固体置于马弗炉中（600℃）加热12h后计算固体中有机物的质量分数；有机物质量分数（%）=1-（W3-W1）/（W2-W1）。其中：W1为坩埚的质量；W2为坩埚+污泥固体的质量；W3为坩埚+残渣的质量。

1.3.2 溶解性有机物含量

上清液过0.45μm膜后，经Hach DRB200型COD消解仪消解后在DR2800型分光光度计上测定COD；TOC采用Torch燃烧自动进样分析仪（Teledyne Tekmar，USA）测定。

1.3.3 三维荧光分析

三维荧光光谱可以被划分为5个区域，各自代表酪氨酸类蛋白、色氨酸类蛋白、类腐殖质、富里酸类和溶解性微生物代谢产物类物质（SMP）。三维荧光光谱采用荧光光度计（Hitachi F-7000）测定。发射波长为220～550nm，激发波长为200～400nm，波长间距为10nm。扫描速度为12000nm/min。

1.4 其他指标

污泥粒径采用马尔文激光粒度仪（Mastersizer2000）测定；Zeta电位采用马尔文公司的Zetasizer2000测定。

1.5 调理实验

污泥混合液的体积为200mL，混凝剂选用液态聚合氯化铝PAC(Al2O3质量分数为10%），高效聚合氯化铝HPAC（Al2O3质量分数为10%）及阴离子型聚丙烯酰胺PAM（分子质量1200万～1500万Da）。PAC和HPAC的投加量分别为1.5、1.8、2.1、2.4、2.7和3.0g/L。PAM投加量分别为0.0123、0.025、0.05、0.1、0.15和0.2g/L。在六联搅拌器上设定程序进行混凝实验，混凝搅拌程序为：250r/min搅拌30s，200r/min搅拌90s，40r/min搅拌10min，沉淀30min。

1.6 混凝剂Ferron表征

根据混凝剂与Ferron反应的动力学差异可将铝形态分为3种：短时间内立刻反应的是Ala，随后较长时间反应的是Alb，不反应的是Alc。

样品铝形态分析方法：移取5.5mL比色液置于25mL比色管中，加入纯水至刻度，用微量注射器将40μL样品注入比色液中，即刻即时，混合后迅速移入1cm比色皿中，在366nm处测定样品的吸光度，记录自加样后1和120min时的吸光度值。1min内反应的是Ala，1～120min内反应的是Alb，剩余的是Alc。实验结果表明：PAC中的3种铝形态比例分别为31.14%，25.34%以及33.52%，HPAC中的3种铝形态比例分别为27.94%、43.92%和28.14%。

2 结果与讨论

2.1 污泥特性数据对比

由上表的数据可以发现，2种污泥的粒径差别较小；Zeta电位具有较大差异，大庆某水厂污泥Zeta电位较低，接近于0mV，南通某水厂污泥的Zeta电位则较高，达到17.60mV。南通水厂污泥的过滤性能明显高于大庆水厂；在自然沉降条件下，大庆某水厂污泥的沉降性能明显低于南通某水厂污泥；CST的数据表明南通污泥CST值较小，较易脱水。综合分析污泥比阻、沉降比和毛细吸水时间的数据可以发现南通水厂污泥的过滤脱水性能明显优于大庆水厂污泥。

2.2 有机物对脱水性能的影响

有研究指出，排泥水中固体以无机成分为主，有机物含量较少，通常占总固体的15%～25%。而大庆水厂污泥的总有机物含量接近于15%，南通水厂污泥有机物含量低于10%。数据表明，这2个水厂的污泥上清液COD、TOC差异非常小，说明这2种污泥中可溶性有机物含量相当，因此大庆水厂污泥中的不溶性大分子有机物的含量明显大于南通水厂污泥。先前的研究表明，不溶性大分子有机物中，有很多亲水类有机物，其表面带有亲水基团，还有一些多孔结构的物质，其孔隙中吸附了大量的水分子，这些有机物亲水保水的性质直接制约着污泥的脱水性，成为污泥脱水的极大障碍。

2 种污泥上清液的三维荧光结果表明，南通水厂和大庆水厂污泥中有机物的种类基本一致，主要成分都是腐殖酸类物质。现有的研究指出，蛋白质的保水特性使得污泥脱水过程难以实现，实验中选择的2种污泥样品中蛋白质含量较低，因此不是影响这2种污泥脱水性能的主要因素。2种污泥中可溶性有机物均主要由腐殖酸组成，且大庆水厂污泥中的腐殖酸含量相对南通水厂污泥较多。腐殖酸具有亲水性，是一种亲水胶体，多孔结构，吸水能力强，故其浓度的高低必然会对污泥的调理过程产生影响。

综上分析，与南通水厂污泥相比，大庆水厂污泥的脱水性能较差，分析原因在于大庆水厂污泥中不溶性大分子有机物和腐殖酸含量较多。具有亲水特性的不溶性大分子有机物和腐殖酸是影响这两种污泥脱水性能的主要因素。

2.3 混凝剂调理对污泥特性的影响

2.3.1 南通某水厂污泥调理实验结果与分析

使用PAC和HPAC对南通某水厂污泥进行调理后，剩余TOC含量可分别降至0.8mg/L和2.9mg/L左右；使用PAM对其进行调理时，剩余TOC含量随着PAM投加量的增加而不断升高，当PAM投加量达到0.2g/L时，剩余TOC含量超过调理前TOC，分析原因在于体系中存在的过量PAM会导致有机物含量上升。虽然在达到相同调理效果，即污泥比阻相近时，PAC的投加量是PAM的十几倍，但在使用PAM对污泥进行调理的过程中应注意，投加过量的PAM不仅浪费药剂，还会导致体系TOC的上升，故在调理过程中要注意药剂的投加量。

经过这3种混凝剂的调理，污泥的过滤性及沉降性都得到不同程度的改善。随着PAC、HPAC和PAM投加量的增加，污泥比阻呈现逐渐下降的趋势，且在整个投加量范围内，三者对比阻的影响比较一致，调理效果相当。对于污泥沉降比的改善而言，PAC的调理效果弱。分析原因在于在相同的投加量下，HPAC比PAC具有更强的电中和能力。由于南通污泥的Zeta电位为+17.6mV，此时加入阴离子型的PAM可以中和污泥颗粒表面的正电荷，有效地对污泥进行调理。

经过PAC、HPAC和PAM调理后，污泥的毛细吸水时间分别由调理前的59.4s降至9s、2.5s和7s，表明经过这3种混凝剂的调理，污泥脱水性能得到了很大幅度的提升。与污泥沉降比调理结果类似，使用PAC进行调理后的污泥具有较高的毛细吸水时间。且在整个投加量范围内，HPAC均表现出较优的调理效果，分析原因在于HPAC中Alb含量较高，故其具有较高的电中和能力，在相同的投加量条件下具有较高的调理效果。

污泥调理实验的结果表明：HPAC对南通水厂的污泥调理过程具有较优的调理效果，在水厂的实际应用中，使用HPAC可以在保证改善脱水性能的基础上降低成本，且无机混凝剂形成的絮体结实，易于后续高压脱水机械处理。

2.3.2 大庆某水厂污泥调理实验结果与分析

随着PAC和和HPAC投加量的增加，剩余TOC含量呈现逐渐下降的趋势。而经PAM调理后，剩余TOC含量在整个投加量范围内均大于原始TOC，说明PAM对降低该污泥上清液的TOC含量没有效果，且过量的PAM残留会造成体系TOC含量的上升。实验结果表明：对于大庆某水厂污泥，PAC对于TOC具有较优的去除效果，HPAC次之，PAM没有去除效果，甚至会增加TOC。

该水厂污泥调理前的污泥比阻为32.9×10⁸s²/g，过滤性能较差，随着3种药剂投加量的增加，过滤性能不断提高。相比之下，PAM改善其脱水性能较为理想，使得比阻可降至13×10⁸s²/g左右，HPAC次之，PAC调理效果较弱。调理剂对污泥沉降比和毛细吸水时间的改善效果极其相似。在PAC和HPAC的整个投加量范围内，污泥沉降比和毛细吸水时间均没有明显降低的趋势，调理效果不佳；PAM投加量在小于0.1g/L时，调理效果与PAC、HPAC相差无几，当其投加量增加到0.15g/L时，污泥沉降比下降较为明显，调理效果显著提升。

调理实验效果表明，对于该水厂污泥，PAC与HPAC在提高污泥脱水性能方面效果欠佳，而使用阴离子型PAM虽然会增加体系中TOC含量，但可以使得污泥的过滤脱水性能得到提高。分析原因在于该污泥的Zeta电位处于0mV左右，胶体颗粒间的排斥势能小，使用PAM进行调理时，其较强的吸附架桥能力也能够有效地使污泥颗粒凝聚沉降。在实际应用中应注意的是PAM形成的絮体大但松散，需配合低压脱水机械进行脱水。

3 结论

给水厂污泥含水率较高，如果直接排放会对环境造成较大的压力。本实验对2种不同来源的给水厂污泥进行特性测定及调理实验，分析并得到如下结论：

（1）污泥固体以无机成分为主，有机物含量较少，属于典型的无机污泥。2种污泥的粒径相差较小，而Zeta电位差异很大。污泥比阻、污泥沉降比、毛细吸水时间的数据均能反映出南通水厂污泥的脱水性能远远大于大庆水厂污泥。

（2）有机物对于这2种污泥的影响主要体现在亲水性有机物对污泥脱水性能的影像上，亲水性有机物的保水特性增加了污泥固液分离的难度。与南通水厂污泥相比，大庆水厂污泥中含有较多的不溶性大分子有机物和腐殖酸，其脱水性能较差。

（3）南通水厂污泥中有机物含量较低且过滤、脱水性能良好，经过HPAC调理后剩余TOC含量较高，但可以获得较优的混凝脱水效果；PAM在去除TOC和改善污泥脱水性能两个方面效果较好，且投加量较低。

（4）对于大庆水厂污泥而言，污泥中亲水性有机物较多，脱水性能较差，PAC和HPAC在提高污泥脱水性能方面效果欠佳，而使用阴离子型PAM虽然会增加体系中TOC含量，但可以使得污泥的过滤脱水性能提升幅度更大，具有较为明显的优势。