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--> --> --> 污泥作为城市污水处理厂的主要废物，因其含有大量病原微生物、寄生虫卵、重金属以及大量难降解的有机物[1]，所以，污泥最终的处理处置技术广受关注。截至2017年12月，我国建成污水处理厂5 072座，年产生含水率80%的污泥超过5×107 t，如果这些污泥得不到妥善处置，将对环境和生态造成严重危害。目前，对于污泥的处置多采用填埋和堆肥，填埋处理要求污泥的含水率达到60%以下[2]，而我国大多数污水处理厂不能达标，所以，须在污泥脱水之前对污泥进行调理，改变污泥的组织结构，减小污泥的黏性，实现污泥高效脱水[3]。有研究[4]发现，污泥难以脱水的主要原因是由于胞外聚合物(EPS)的存在，将EPS絮体破解，释放内部水分，才能实现污泥高效脱水。EPS是细菌分泌于体外的一些高分子聚合物，主要成分是多糖、蛋白质和核酸等高分子物质。此外，随着我国造纸行业的发展，造纸污泥的量也在逐年增加。造纸污泥是制浆造纸过程中产生的固体废物，富含碳酸钙、高岭土等无机物和纤维素、半纤维素、木素等有机物，并且还存在部分成分复杂的污染物，如果处理不当，将对环境造成严重危害[5]。
目前，Fenton法和酸处理法用于污泥调理，但对pH的要求较为苛刻[6]。高级氧化法中的过硫酸盐经过渡金属、紫外以及热活化产生的硫酸根自由基(
基于上述研究基础，本研究采用Fe2+活化过硫酸盐联合造纸初沉污泥对市政污泥进行调理，探究不同调理方式对市政污泥的各项指标的影响，以期解决市政污泥高含水率、难以脱水的难题。
1.1. 污泥来源及性质
实验污泥取自某污水处理厂的浓缩池污泥(原泥)，污泥性质如表1所示。骨架构建所用的造纸污泥取自某造纸废水处理厂初沉污泥，有机质(VSS/TSS)为44.25%。1.2. 实验药品及仪器设备
实验药品：过硫酸钾(K2S2O8)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、氢氧化钠(NaOH)、氯化钠(NaCl)、苯酚(C6H5OH)、考马斯亮蓝(C47H48N3NaO7S3)，抗坏血酸(C6H8O6)，钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)，所用药品均为分析纯，浓硫酸(98%)。实验仪器设备：毛细吸水时间测定装置(HDFC-10A型，北京恒奥德仪器仪表有限公司)、污泥比阻测定装置(KL-WBC-1型，武汉科林高教学设备有限公司)、黏度计(NDJ-8SN型，上海平轩科学仪器有限公司)、恒温干燥箱(WGL-125B型，天津泰斯特仪器有限公司)、紫外分光光度计(SP-UV1100型，上海奥析科学仪器有限公司)、搅拌器(JJ-4型，国华电器有限公司)、雷磁pH计(PHS-3C型，上海仪电科学仪器有限公司)、马弗炉(KSL-1200X型，上海虔钧科学仪器有限公司)，手提式压力蒸汽灭菌锅(DSX-280B型，济南欧迪医疗器械有限公司)，化学需氧量(COD)快速测定仪(5B-6C型，上海沛升仪器设备有限公司)等。
1.3. 实验方法
将取回的污泥放置在4 °C冰箱中保存。实验取200 mL待测污泥于500 mL烧杯中，置于机械搅拌器上搅拌5 min，加入过硫酸钾继续搅拌10 min，继续加入硫酸亚铁继续搅拌5 min，最后加入100 mL造纸初沉污泥继续搅拌10 min，量取100 mL污泥进行污泥比阻的测定，量取10 mL调理后的污泥进行毛细吸水时间测定。污泥脱水实验在各个条件下进行3次，以保证实验的可靠性。1.4. 脱水效果性能评价
1)污泥泥饼含水率：泥饼含水率是作为表征污泥调理效果好坏最为直观的参数，泥饼含水率越低，污泥调理效果越好。2)污泥比阻SRF：SRF是表征污泥过滤特性的综合指标，SRF越大，表示污泥脱水效果越差[10]，SRF按式(1)进行计算。
式中：RSRF为污泥比阻，1012 m·kg?1；P为过滤压力，Pa；A为过滤面积，m2；b为布氏抽滤实验的t/V对V作线性图的斜率，s·m?6；μ为滤液黏度，Pa·s；C为单位体积滤液产生的滤饼质量，kg。
3)毛细吸水时间CST：CST也是污泥脱水效果的表征指标，CST越大，污泥脱水效果越差[11]。
4)污泥EPS：污泥中EPS分为溶解型EPS(S-EPS)、松散结合型EPS(LB-EPS)、紧密结合型EPS(TB-EPS)，参照文献中的方法[12]提取EPS，测定蛋白质和多糖含量，蛋白质采用考马斯亮蓝法[13]，多糖采用苯酚硫酸法[14]，探究胞外聚合物的破解程度。
5)滤饼和滤液中总氮、总磷：由于脱氮除磷工艺过程中，氮和磷被微生物吸收合成细胞，通过排泥得到去除[15]，EPS破解后，氮、磷释放进入滤液中，造成滤液中总氮和总磷的含量增加。
2.1. 造纸污泥投加量对污泥泥饼含水率的影响
造纸污泥投加量对污泥泥饼含水率的影响如图1所示。由图1可以看出，未经调理的污泥泥饼含水率为74.52%，采用过硫酸盐联合造纸初沉污泥调理后，泥饼的含水量显著降低。随着初沉污泥与原泥混合比例的增加，泥饼的含水率先迅速降低，后又出现上升的趋势；当初沉污泥与原泥以1∶2的体积比混合时，泥饼的脱水效果达到最好，泥饼含水率降至69.57%。这是因为造纸初沉污泥中含有细小纤维、碳酸钙等物质[5]，一定量的细小纤维可以在污泥中起到骨架支撑的作用，使污泥在抽滤过程中保持多孔性，形成水通道，使污泥内部的水分高效脱出[16]。随着初沉污泥投加量的增加，细小纤维的含量增加，会在污泥脱水过程中阻塞水通道，不利于水分的脱出，所以初沉污泥与原泥最优的混合比例为1∶2。
2.2. 污泥初始pH对污泥泥饼含水率及EPS的影响
污泥初始pH对泥饼含水率的影响如图2所示。由图2可以看出，随着污泥初始pH的增加，泥饼含水率出现先降低后增加的趋势；当污泥初始pH=6时，泥饼的含水率由74.52%降至70.46%。在酸性条件下，随着pH的增大，泥饼的含水率下降。这是因为当pH<3时，硫酸根自由基的氧化性能受到抑制，使得泥饼含水率没有明显的降低。当3<pH<6时，EPS会在酸性条件下破解，形成细小的絮体，使内部的水分释放，在抽滤过程中过小的絮体可能会导致污泥系统崩溃，堵塞水通道，使内部的水分不能顺利脱出。当pH=6时，由于体系接近于中性环境，一方面由于硫酸根自由基的氧化性能，另一方面由于酸环境，污泥含水率可以显著降低。当污泥初始pH>7时，污泥系统处于碱性环境，体系中的Fe2+和Fe3+会形成低活性的氢氧化物沉淀[17]，导致能活化过硫酸盐的Fe2+量减少，限制了过硫酸盐的氧化效率。
2.3. 不同调理方式对污泥脱水效果的影响
不同调理方式对污泥泥饼含水率、SRF以及CST的影响如图3和图4所示。由图3和图4可以看出，未经调理的原泥经抽滤脱水后泥饼的含水率为74.52%，SRF为238.97×1012 m·kg?1，CST为199.8 s；采用亚铁活化过硫酸盐调理后，原泥泥饼的含水率降至70.41%，SRF下降至80.75×1012 m·kg?1；单独使用初沉污泥调理后，泥饼含水率降至72.09%，SRF降至189.70×1012 m·kg?1；经初沉污泥复合调理后污泥泥饼的含水率69.57%，污泥SRF下降至80.71×1012 m·kg?1，较原泥含水率降低6.64%，污泥比阻降低了66.23%。
第2组较第1组的含水率、SRF和CST有所降低。这是因为初沉污泥中含有的细小纤维在污泥抽滤过程中形成了水通道，使水分有效脱出。污泥调理示意图如图5所示。第3组的含水率较第1、2组有所降低。这是因为亚铁活化过硫酸盐产生强氧化性的SO4?·将胞外聚合物氧化破解，细胞内部水分释放，降低泥饼含水率。第4组与第5组相比，泥饼的含水率以及SRF、CST指标较高。这可能是因为造纸污泥中的纤维粒径过大，不能起到骨架支撑的作用，不利于内部水分脱除。第5组将原泥与初沉污泥进行混合后再用过硫酸盐进行调理，SO4?·的强氧化性可以将纤维分解为小粒径，使其在污泥内部成功搭建骨架，胞外聚合物破解后将内部的水分释放，可以通过水通道将水分抽滤脱除，使泥饼的含水率进一步降低，这一现象与吴彦[16]的研究结果一致，当稻壳粉的粒径为109~150 μm时，泥饼的含水率降至最低。
2.4. 不同调理方式对污泥滤液COD的影响
不同调理方式对污泥滤液COD的影响如图6所示。由图6可以看出，原泥滤液COD为67.22 mg·L?1，经过硫酸盐调理之后滤液COD上升至114.4 mg·L?1。这是因为
2.5. 不同调理方式对污泥EPS的影响
不同调理方式对污泥EPS中蛋白质(PN)和多糖(PS)的影响如图7所示。由图7可以看出，原泥中PN和PS的分布关系为TB-EPS>LB-EPS>S-EPS，经调理后PN和PS的分布关系为S-EPS>LB-EPS>TB-EPS，其中变化最为显著的是第4组。由图7(a)可以看出，S-EPS中的PN由1.92 mg·g?1上升至14.074 mg·g?1，较原泥增加61.56%；PS由1.99 mg·g?1上升至20.48 mg·g?1，较原泥增加55.25%。同时，由图7(b)可以看出，经调理后污泥的S-EPS中的PN和PS明显增多，而TB-EPS和LB-EPS中的PN和PS也显著增多，这一结果与张昊[18]的研究相一致。
因为污泥中的EPS被SO4?·氧化破解，使细胞内部的PN和PS等物质释放，转化为溶解态，使得S-EPS中PN和PS含量增大。调理后PN和PS的含量较原泥有大幅降低，因为
2.6. 不同调理方式对滤饼和滤液中总氮、总磷的影响
不同调理方式对滤饼和滤液中总氮、总磷的影响如图8所示。由图8(a)可以看出，原泥泥饼中总氮的含量为295.75 mg·g?1，总磷的含量为85.00 mg·g?1。这是因为经脱氮除磷工艺后，将大部分的氮和磷固定在污泥当中，最终随污泥排出污水处理系统。由图8(b)可以看出，经过硫酸盐单独调理的污泥，泥饼中总磷的含量较原泥所占比例更大。这是因为污泥中存在Fe3+和Fe2+，会吸附泥饼中的磷，产生沉淀，截留在泥饼中造成泥饼中总磷所占比例增加，这一结果与阚丹等[19]的研究中混价铁氢氧化物对无机磷的吸附/沉淀相一致。
经初沉污泥复合调理后，泥饼中总氮所占比例下降，由原泥的94.60%下降至65.62%。这是因为2种污泥中的EPS被破解，将含有N元素的物质(蛋白质、核酸等)释放到滤液中，造成滤液中总氮的增加，而总磷由于Fe3+和Fe2+的存在并无显著变化。总氮和总磷分布关系的变化验证了
2)经过硫酸盐调理之后滤液COD由67.22 mg·L?1上升至114.4 mg·L?1，而经造纸污泥联合调理之后滤液COD上升至1,104.67 mg·L?1，较原泥滤液COD增加了16.5倍。
3)过硫酸盐可以有效破解EPS，使细胞内部水分释放，并通过初沉污泥骨架形成的水通道排出，从而有效降低泥饼的含水率，调理后泥饼中PN和PS的分布关系为S-EPS>LB-EPS>TB-EPS。
4)经调理后的污泥由于EPS的破解，使泥饼中总氮所占比例由原泥的94.60%下降至65.62%，而总磷由于Fe3+和Fe2+所产生的吸附/沉淀作用并无显著变化。
参考文献
