城市污水处理厂每年产生的剩余污泥总量不断增加，如何妥善处理处置好这些体积庞大、成分复杂、性质易变、含有大量病原菌和少量重金属的剩余污泥一直都是困扰着我国环保事业的难题(张超等，2011；戴晓虎，2012)，而处理这一难题的关键技术是进行污泥脱水.

污泥调理是实现污泥脱水的第一步，而如何评价污泥调理的好坏是实现污泥高效脱水的关键.目前已有学者提出一些能够反映出污泥脱水难易程度的指标，如污泥比阻(SRF)、污泥粘度、毛细吸水时间(CST)、污泥沉降性、可压缩性、渗透性等(Zhao et al., 2001;Rebhun et al., 1989;Lo et al., 2001; Ning et al., 2013; Örmeci et al., 2007)，但有些指标在反映污泥脱水性能时较为模糊.影响污泥脱水效率的因素包括两个方面：脱水速度和泥饼含水率，而常规的污泥性能描述指标没有将其区分，如SRF、粘度大小是与脱水的过程(脱水速率)有关，还是与脱水的结果(泥饼含水率)有关并不明确，之前也还没有针对这部分的具体研究.

因此，本研究通过从不同的污水处理厂选取不同来源和性质的污泥，将其含水率统一调整为97%，进行调理前和调理后两组实验对比，测出SRF、污泥粘度和脱水速率、泥饼含水率的具体数值，并且将所得的实验结果进行拟合，研究它们之间的线性关系和规律，为今后的污泥脱水研究提供参考.

为了提高实验结果的普遍规律性，所用污泥分别取自不同污水处理的不同工艺单元，包括无锡市新城污水处理厂(甲厂)、芦村污水处理厂(乙厂)、太湖新城污水处理厂(丙厂)和硕放污水处理厂(丁厂)的不同工艺单元(表 1).取回的污泥放在4 ℃冰柜中保存(有效期3 d)，使用前将污泥摇匀，所有指标均测试3次，再将测得的数值取平均值，测量结果如表 1所示.

表1(Table 1)

表1 污泥的基本性质 Table 1 Characteristics of raw sludge

表1 污泥的基本性质 Table 1 Characteristics of raw sludge 污泥编号 污水厂 工艺单元 含水率 pH TS/(g · L-1) VS/(g · L-1) 污泥粘度/cp 污泥1 甲厂 SBR池 99.31% 6.93±0.20 5.6±0.3 2.9±0.2 2.73±0.20 污泥2 乙厂 二沉池 98.62% 6.83±0.20 13.3±0.3 8.7±0.2 4.56±0.20 污泥3 乙厂 浓缩池 97.03% 6.88±0.20 29.2±0.3 15.9±0.2 75.13±0.20 污泥4 丁厂 硝化池 98.19% 6.78±0.20 17.8±0.3 9.9±0.2 15.60±0.20 污泥5 丁厂 储泥池 97.22% 6.93±0.20 28.4±0.3 15.1±0.2 95.14±0.20 污泥6 丁厂 厌氧池 97.11% 6.67±0.02 29.0±0.3 15.5±0.2 87.25±0.20 污泥7 丙厂 二沉池 97.63% 6.97±0.20 22.0±0.3 13.0±0.2 74.37±0.20 污泥8 丙厂 浓缩池 96.82% 6.73±0.20 37.2±0.3 21.2±0.2 98.03±0.20 污泥9 丙厂 混合污泥a 97.09% 6.94±0.20 28.1±0.3 15.9±0.2 110.90±0.20 污泥10 丙厂 混合污泥b 97.10% 6.86±0.20 28.1±0.3 15.8±0.2 92.96±0.20 污泥11 丙厂 混合污泥c 96.76% 6.84±0.20 31.4±0.3 17.4±0.2 120.80±0.20 污泥12 甲厂 热碱预处理 93.90% 10.00±0.20 57.7±0.3 31.9±0.2 95.30±0.20 污泥13 乙厂 热碱预处理 93.11% 10.00±0.20 71.3±0.3 36.8±0.2 81.13±0.20 污泥14 丙厂 热碱预处理 92.53% 10.00±0.20 77.2±0.3 38.2±0.2 84.08±0.20 注：a.初沉池和二沉池的混合污泥，b.二沉池和浓缩池的混合污泥，c.初沉池、二沉池和浓缩池的混合污泥.实验中热碱处理污泥是将一定量的干污泥溶解于蒸馏水中，pH值调为10后，在90 ℃下热处理2 h；污泥12、13和14的污泥浓度分别为60、70和75 g · L-1.

本实验采用的药品和主要仪器包括FeCl₃ · 6H₂O(质量分数10%)、CPAM(阳离子聚丙烯酰胺，质量分数1‰)、pH计(METTLER TOLEDO)、智能型混凝搅拌器、马弗炉、粘度计(DV3T，美国BROOKFIELD)、污泥比阻测定仪、eppendff离心机.

污泥含水率、污泥总固体(TS)和污泥挥发性固体(VS)的测定采用重量法；pH值测定参照国标法(魏复盛等，2002).

取200 mL污泥倒入250 mL烧杯中，加入1 mL的FeCl₃中速搅拌(80 r · min^-1)2 min，然后加入3 mL CPAM快速搅拌(150 r · min^-1)30 s，充分混合后再慢速搅拌(60 r · min^-1)3 min.

为了保证每个样品的粘度值具有可比性，本实验在进行粘度测定时制定了以下实验方案：采取25 ℃恒温测试将温度变化控制在了±0.3%以内(刘文鹏等，2007；张晓斌等，2014)，取样时统一取70 mL污泥样品放入测样筒中并选择相同的转子和相同的转速.由于每个样品的粘度值都不一样，而测量污泥的粘度值需使测量的扭矩值在一定的范围内(10%~90%)时所测得的粘度值才可信，经过反复实验操作，最终选定用61号转子140 r · min^-1转速测定污泥的粘度，且实验中测量每个污泥样品转速均从130 r · min^-1均匀递增到150 r · min^-1，经实验测得的污泥粘度的扭矩值均在可信的范围内. 2.2.4 污泥比阻测定 参照标准布氏漏斗装置测定法(Liu et al., 2012).

污泥比阻(SRF)与污泥脱水速率的线性拟合趋势如图 1所示.在较大的污泥SRF值变化范围内，污泥的SRF值与其脱水速率都表现出明显的呈负线性关系，且拟合性比较好，调理前后污泥的拟合度(R²)值分别达到0.914和0.839.结果表明，通过监测比阻值来判断污泥压滤脱水过程中的脱水速率是可行的，且SRF越大脱水速率越慢.同时，由图 1可知，化学调理可以大大降低污泥粘度，进而有效地提高了污泥脱水效率.

图1(Fig.1)

图1 污泥比阻与脱水速率的关系(a.调理前，b.调理后) Fig.1 Correlation between SRF and dehydration rate(a.Before conditioning，b.After conditioning)

前期研究发现，通过投加高分子絮凝剂的污泥调理方法，只能改善污泥的脱水速率，如果给予足够的脱水时间，加与不加絮凝剂得到的污泥泥饼含固率是接近的(Wang et al., 2012;Qi et al., 2011).因此，进一步考察污泥比阻与泥饼含水率的关系是必要的.如图 2所示，化学调理前，污泥比阻值较大，污泥比阻(SRF)与泥饼最终含水率线性关系不显著；调理后，所有污泥样品的比阻值都大大降低，且不同来源的污泥随着比阻的增加，最终所得泥饼的含水率也呈上升的趋势，但污泥比阻与泥饼含水率的相关性也不显著.影响污泥泥饼最终含水率的因素较多(Zhao et al., 2012)，比阻仅是其主要因素之一，因此，以污泥比阻来判断污泥泥饼最终含水率具有一定的局限性，其值只能作为辅助性或定性判别指标.

图2(Fig.2)

图2 污泥比阻与泥饼含水率的关系(a.调理前，b.调理后) Fig.2 Correlation of SRF and cake moisture content(a.Before conditioning，b.After conditioning)

污泥属于触变性非牛顿流体，污泥表观粘度的大小主要取决于污泥颗粒自身的运动性能及污泥颗粒之间的相互作用(唐晓明，2007;吴淼等，2008)，它是表征流体流动性能的一个重要参数，因此，考察污泥粘度与污泥脱水速率及泥饼含水率的相关性是必要的.在化学调理前，污泥粘度与其脱水速率的变化趋势如图 3a所示，可见，污泥粘度与脱水速率线性拟合度较低，降低污泥粘度，可以提高污泥的脱水速率，但其拟合度不高(R²为0.647)；此结论与前期相关报道一致，如黄志斌等(2003)和董玉婧等(2012)的研究表明，表观粘度越大，脱水效果越差，表观粘度越小，则脱水效果越好.调理后，污泥粘度与脱水速率变化趋势如图 3b所示，可见，化学调理能够显著地降低污泥的粘度；但在此粘度值范围内，脱水速率呈散点分布，它们之间的线性关系较差.因此，试验结果表明，在高粘度污泥体系中，污泥粘度是影响污泥脱水速率的关键因素，通过粘度值可以判断污泥脱水速率的大小；然而，在低粘度污泥体系中，粘度不是影响污泥脱水速率的关键因素，它们之间的线性关系不显著.

图3(Fig.3)

图3 污泥粘度与脱水速率的关系(a.调理前，b.调理后) Fig.3 Correlation between viscosity and dehydration rate(a.Before conditioning，b.After conditioning)

有研究表明，影响泥饼含水率的因素有很多，压力是主要影响因素(Chen et al., 2013).污泥比阻可表征脱水速率的快慢，而不可用于表征泥饼含水率的大小.在相同的压力条件下，化学调理前后，污 泥粘度与污泥泥饼最终含水率的关系如图 4所示.

图4(Fig.4)

图4 污泥粘度与泥饼含水率的关系(a.调理前，b.调理后) Fig.4 Correlation of viscosity and cake moisture content(a.Before conditioning，b.After conditioning)

在粘度为0~120 cp的范围内，污泥粘度与泥饼含水率表现出明显的呈负线性关系，且拟合度较高，调理前后污泥的拟合度(R²)值分别达到0.936和0.843.试验结果表明，通过监测污泥粘度值可以准确地判断污泥脱水最终泥饼可以达到的最低含水率，且粘度越大，污泥脱水结束后，污泥泥饼可能达到的最低含水率越高；同时，由图 4可知，化学调理对污泥泥饼含水率的影响不大.

1)污泥的脱水速率和污泥泥饼可能达到的最低含水率是反映污泥脱水能力的两个主要性能，但描述污泥脱水性能的常规指标(如粘度、比阻等)对它们的表征存在差异性.

2)污泥比阻与污泥脱水速率具有较好的负线性关系，可以通过监测污泥比阻值来判断污泥压滤脱水过程中的脱水速率，且SRF越小，污泥脱水速率越快.但污泥比阻与污泥泥饼含水率的线性拟合度较低，以比阻来判断泥饼最终含水率具有一定的局限性，其值只能作为辅助性或定性判别指标.

3)在同等的压力条件下，污泥粘度与污泥泥饼含水率具有较好的负线性关系，可以通过监测污泥粘度的大小来判断污泥脱水过程结束后污泥泥饼最终能够达到的最低含水率.但以污泥粘度值来判断污泥脱水速率存在一定的局限性，因为当污泥粘度较小时，粘度与污泥脱水速率才存在一定的线性关系，在高粘度污泥体系中，污泥粘度与污泥脱水速率的相关性不显著.