1 引言(Introduction)
城市污水處理廠每年產生的剩余污泥總量不斷增加，如何妥善處理處置好這些體積龐大、成分復雜、性質易變、含有大量病原菌和少量重金屬的剩余污泥一直都是困擾著我國環保事業的難題，而處理這一難題的關鍵技術是進行污泥脫水.
污泥調理是實現污泥脫水的第一步，而如何評價污泥調理的好壞是實現污泥高效脫水的關鍵.目前已有學者提出一些能夠反映出污泥脫水難易程度的指標，如污泥比阻(SRF)、污泥粘度、毛細吸水時間(CST)、污泥沉降性、可壓縮性、滲透性等，但有些指標在反映污泥脫水性能時較為模糊.影響污泥脫水效率的因素包括兩個方面：脫水速度和泥餅含水率，而常規的污泥性能描述指標沒有將其區分，如SRF、粘度大小是與脫水的過程(脫水速率)有關，還是與脫水的結果(泥餅含水率)有關并不明確，之前也還沒有針對這部分的具體研究.
因此，本研究通過從不同的污水處理廠選取不同來源和性質的污泥，將其含水率統一調整為97%，進行調理前和調理后兩組實驗對比，測出SRF、污泥粘度和脫水速率、泥餅含水率的具體數值，并且將所得的實驗結果進行擬合，研究它們之間的線性關系和規律，為今后的污泥脫水研究提供參考.
2 材料與方法(Materials and methods)
??????? 2.1 實驗材料
??????? 2.1.1 污泥樣品
為了提高實驗結果的普遍規律性，所用污水分別取自不同污水處理的不同工藝單元，包括無錫市新城污水處理廠(甲廠)、蘆村污水處理廠(乙廠)、太湖新城污水處理廠(丙廠)和碩放污水處理廠(丁廠)的不同工藝單元(表 1).取回的污泥放在4 ℃冰柜中保存(有效期3 d)，使用前將污泥搖勻，所有指標均測試3次，再將測得的數值取平均值，測量結果如表 1所示.
2.1.2 實驗藥品和材料
本實驗采用的藥品和主要儀器包括FeCl3 · 6H2O(質量分數10%)、CPAM(陽離子聚丙烯酰胺，質量分數1‰)、pH計(METTLER TOLEDO)、智能型混凝攪拌器、馬弗爐、粘度計(DV3T，美國BROOKFIELD)、污泥比阻測定儀、eppendff離心機.
2.2 試驗方法
2.2.1 污泥初始指標測定
污泥含水率、污泥總固體(TS)和污泥揮發性固體(VS)的測定采用重量法;pH值測定參照國標法 2.2.2 污泥調理方法
取200 mL污泥倒入250 mL燒杯中，加入1 mL的FeCl3中速攪拌(80 r · min-1)2 min，然后加入3 mL CPAM快速攪拌(150 r · min-1)30 s，充分混合后再慢速攪拌(60 r · min-1)3 min.
2.2.3 污泥粘度測定
為了保證每個樣品的粘度值具有可比性，本實驗在進行粘度測定時制定了以下實驗方案：采取25 ℃恒溫測試將溫度變化控制在了±0.3%以內，取樣時統一取70 mL污泥樣品放入測樣筒中并選擇相同的轉子和相同的轉速.由于每個樣品的粘度值都不一樣，而測量污泥的粘度值需使測量的扭矩值在一定的范圍內(10%~90%)時所測得的粘度值才可信，經過反復實驗操作，最終選定用61號轉子140 r · min-1轉速測定污泥的粘度，且實驗中測量每個污泥樣品轉速均從130 r · min-1均勻遞增到150 r · min-1，經實驗測得的污泥粘度的扭矩值均在可信的范圍內. 2.2.4 污泥比阻測定 參照標準布氏漏斗裝置測定法(Liu et al., 2012).
3 結果與討論(Results and discussion)
3.1 污泥比阻與脫水速率的關系
污泥比阻(SRF)與污泥脫水速率的線性擬合趨勢如圖 1所示.在較大的污泥SRF值變化范圍內，污泥的SRF值與其脫水速率都表現出明顯的呈負線性關系，且擬合性比較好，調理前后污泥的擬合度(R2)值分別達到0.914和0.839.結果表明，通過監測比阻值來判斷污泥壓濾脫水過程中的脫水速率是可行的，且SRF越大脫水速率越慢.同時，由圖 1可知，化學調理可以大大降低污泥粘度，進而有效地提高了污泥脫水效率.
3.2 污泥比阻與泥餅含水率的關系
前期研究發現，通過投加高分子絮凝劑的污泥調理方法，只能改善污泥的脫水速率，如果給予足夠的脫水時間，加與不加絮凝劑得到的污泥泥餅含固率是接近的.因此，進一步考察污泥比阻與泥餅含水率的關系是必要的.如圖 2所示，化學調理前，污泥比阻值較大，污泥比阻(SRF)與泥餅最終含水率線性關系不顯著;調理后，所有污泥樣品的比阻值都大大降低，且不同來源的污泥隨著比阻的增加，最終所得泥餅的含水率也呈上升的趨勢，但污泥比阻與泥餅含水率的相關性也不顯著.影響污泥泥餅最終含水率的因素較多，比阻僅是其主要因素之一，因此，以污泥比阻來判斷污泥泥餅最終含水率具有一定的局限性，其值只能作為輔助性或定性判別指標.
????????3.3 污泥粘度與脫水速率的關系
污泥屬于觸變性非牛頓流體，污泥表觀粘度的大小主要取決于污泥顆粒自身的運動性能及污泥顆粒之間的相互作用，它是表征流體流動性能的一個重要參數，因此，考察污泥粘度與污泥脫水速率及泥餅含水率的相關性是必要的.在化學調理前，污泥粘度與其脫水速率的變化趨勢如圖 3a所示，可見，污泥粘度與脫水速率線性擬合度較低，降低污泥粘度，可以提高污泥的脫水速率，但其擬合度不高(R2為0.647);此結論與前期相關報道一致，如黃志斌等(2003)和董玉婧等(2012)的研究表明，表觀粘度越大，脫水效果越差，表觀粘度越小，則脫水效果越好.調理后，污泥粘度與脫水速率變化趨勢如圖 3b所示，可見，化學調理能夠顯著地降低污泥的粘度;但在此粘度值范圍內，脫水速率呈散點分布，它們之間的線性關系較差.因此，試驗結果表明，在高粘度污泥體系中，污泥粘度是影響污泥脫水速率的關鍵因素，通過粘度值可以判斷污泥脫水速率的大小;然而，在低粘度污泥體系中，粘度不是影響污泥脫水速率的關鍵因素，它們之間的線性關系不顯著.
3.4 污泥粘度與泥餅含水率的關系
有研究表明，影響泥餅含水率的因素有很多，壓力是主要影響因素.污泥比阻可表征脫水速率的快慢，而不可用于表征泥餅含水率的大小.在相同的壓力條件下，化學調理前后，污 泥粘度與污泥泥餅最終含水率的關系如圖 4所示.
???????? 在粘度為0~120 cp的范圍內，污泥粘度與泥餅含水率表現出明顯的呈負線性關系，且擬合度較高，調理前后污泥的擬合度(R2)值分別達到0.936和0.843.試驗結果表明，通過監測污泥粘度值可以準確地判斷污泥脫水最終泥餅可以達到的最低含水率，且粘度越大，污泥脫水結束后，污泥泥餅可能達到的最低含水率越高;同時，由圖 4可知，化學調理對污泥泥餅含水率的影響不大.
4 結論(Conclusions)
1)污泥的脫水速率和污泥泥餅可能達到的最低含水率是反映污泥脫水能力的兩個主要性能，但描述污泥脫水性能的常規指標(如粘度、比阻等)對它們的表征存在差異性.
2)污泥比阻與污泥脫水速率具有較好的負線性關系，可以通過監測污泥比阻值來判斷污泥壓濾脫水過程中的脫水速率，且SRF越小，污泥脫水速率越快.但污泥比阻與污泥泥餅含水率的線性擬合度較低，以比阻來判斷泥餅最終含水率具有一定的局限性，其值只能作為輔助性或定性判別指標.具體參見
3)在同等的壓力條件下，污泥粘度與污泥泥餅含水率具有較好的負線性關系，可以通過監測污泥粘度的大小來判斷污泥脫水過程結束后污泥泥餅最終能夠達到的最低含水率.但以污泥粘度值來判斷污泥脫水速率存在一定的局限性，因為當污泥粘度較小時，粘度與污泥脫水速率才存在一定的線性關系，在高粘度污泥體系中，污泥粘度與污泥脫水速率的相關性不顯著.
