关键词：活性污泥；生物表面活性剂；鼠李糖脂；复配；脱水性能

中图分类号：X703 文献标识码：A

研究表明生物表面活性剂除具有一般化学表面活性剂具有的降低表面张力、稳定乳化液和增加泡沫等作用外，还因为某些通过化学合成难以得到的结构基团而具有耐温性、抗盐性强，可耐酸耐碱等优点，且其对环境危害小，合成过程简单、能耗低＼[5＼]. 生物表面活性剂从20世纪中期开始快速应用，国内外已有了规模化生产.随着人们崇尚自然和环保意识的增强，生物表面活性剂将成为化学表面活性剂的理想替代品＼[6＼].

本实验中生物表面活性剂选用的是当前国内外研究较多的一类生物表面活性剂――鼠李糖脂.由于其结构中含有糖环及羧基，鼠李糖脂兼具非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂的特点＼[5＼].研究发现在一定条件下阴阳离子表面活性剂复配体系具有很高的表面活性＼[7＼].通过生物和化学表面活性剂的复配，一方面可以发挥两种不同类型表面活性剂的优点，另一方面用易生物降解的生物表面活性剂取代化学表面活性剂，可以降低脱水后污泥的环境毒性.因此本文除研究鼠李糖脂对污泥脱水性能的影响外，还考察了鼠李糖脂与阳离子化学表面活性剂溴化十六烷基三甲铵（CTAB）复配对污泥脱水性能的影响.

1实验部分

1.1 材料与仪器

污泥取自长沙市金霞污水处理厂的活性污泥，自然沉降2 h后撇去上清液，浓缩污泥经0.71 mm筛网过滤去除杂质，于4 ℃冰箱中保存备用，其特性如表1所示.为保证实验结果的可比性与可靠性，所有实验均在4～5 d内完成.

主要化学试剂：生物表面活性剂鼠李糖脂，购于湖州紫金生物科技有公司，纯度为50%.化学表面活性剂选用的是阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）.

将投加了表面活性剂的污泥在水浴恒温振荡器25 ℃条件下充分反应20 min.取100 mL污泥分别倒入布氏漏斗中，经0.055 MPa真空抽滤后，测泥饼含水率.本实验中，根据操作要求不同抽滤时间分别选用15 min和30 min.抽滤15 min后泥饼含水率作为脱水速率的评价指标；抽滤30 min至基本不会再有水滴出时的含水率，用于表征污泥脱水程度.抽滤完成后将泥饼取出置于蒸发皿中，105 ℃烘箱中烘6～8 h至质量恒定不变.再将烘干的干泥于干燥器中冷却后称重.根据质量差计算滤饼含水率.

将50 mL处理后的污泥泥样以及空白泥样分别移入离心管中，在转速为3 000 r・min-1离心15 min，30 min，45 min.然后将离心后污泥上清液倾倒掉，并将离心管倒置30 min.测离心管内污泥含固率.

毛细吸水时间（Capillary Sunction Time， CST）是反映污泥脱水性能的重要参数，一般CST愈大，污泥的脱水性能愈差，反之脱水性能愈好＼[8＼].

CST由CST仪测定. 测试开始前保持塑板、不锈钢内缩圆筒等干燥.在底部塑板放置Whatman17#滤纸，在滤纸上放置带有电触头的塑板，并将不锈钢内缩圆筒（直径18 mm）口径较小的一端朝下放入塑板圆孔中.旋转圆筒，缓缓轻压，让滤纸受力均匀. 开启CST测定仪，按下重启按钮，检查计数器读数为0.将原污泥样本或者调理过的污泥样本搅拌均匀后，立即加入CST圆筒中，当计时终止后，CST仪上显示的时间即为污泥的CST.每个样品至少测三遍，直至其所测数值相差不超过1 s后取平均值并记录.

比阻（Specific Resistance to Filtration， SRF）是国内外广泛采用的衡量污泥过滤性能的综合指标.其物理意义是在单位过滤面积上单位泥饼干重所具有的阻力.比阻越大，说明污泥脱水性能越差，反之亦然.＼[9＼] 比阻计算公式＼[10＼]如下：

α=2PF2μ・bC

式中：P为过滤时的压力，本实验中设定为0.055 MPa；F为过滤面积， 本实验中过滤面直径为70 mm； μ为动力粘滞度；b，C为参数，要通过实验测定；C为滤过单位体积的滤液在过滤介质上所截留的滤饼干重；b为过滤方程t/V=bV+a所代表的直线的斜率，t为过滤时间，V为滤液体积.

取100 mL处理后的污泥及原污泥分别倒入100 mL量筒中，静置.每隔15 min记录一次污泥体积.

2结果和讨论

2.1生物表面活性剂对污泥脱水性能的影响

2.1.1鼠李糖脂对污泥脱水后含水率的影响

鼠李糖脂投加量/（g・g-1）

间（CST）的影响

从投加鼠李糖脂后污泥比阻和CST值的变化（如图2所示）可知，投加鼠李糖脂对污泥的脱水速率未起促进作用.

鼠李糖脂投加量/（g・g-1）

污泥表面高浓度的EPS有助于污泥絮体的形成，同时也能提高污泥的抗剪切能力，从而增强污泥的过滤性能＼[13＼].表面活性剂的加入会使污泥表面的EPS脱落和溶解＼[4＼]，因此过滤性能下降，CST与比阻值变大.

2.1.3鼠李糖脂投加量对污泥沉降性能的影响

图3为投加鼠李糖脂后污泥沉降体积随时间的变化趋势.从图中可以看到，鼠李糖脂的投加可以改善污泥的沉降性能，但投加量增加所引起的污泥沉降性能的改善不明显.这是由于一方面表面活性剂会使EPS从污泥表面脱落，从而改善了其沉降性能.但是另一方面，随着EPS的增加，污泥的相对疏水性逐步降低，导致污泥絮体的絮凝性能变差，污泥的沉降性能下降＼[14＼]

2.2生物表面活性剂与化学表面活性剂复配对污泥脱水的影响

CTAB注：所有加药方案中表面活性剂总投加量为0.10 g・g-1.表中比例为CTAB与鼠李糖脂复配投加量之比.

2.2.1生物表面活性剂与化学表面活性剂复配对污泥离心脱水的影响

经调理后的污泥在3000 r・min-1转速下分别离心15 min，30 min，45 min，去除上清液，测定污泥含水率，所得实验数据如图4所示.

实验编号

污泥过滤脱水的影响

实验编号

2.2.3生物表面活性剂与化学表面活性剂复配对

污泥沉降性能的影响

从图6鼠李糖脂与CTAB复配对污泥沉降性能的影响可以看到，加入表面活性剂能提高污泥的沉降性能.但相比于单独投加CTAB或者鼠李糖脂，两者复配使用对污泥沉降没有显著的改善作用.

2.2.4生物表面活性剂与化学表面活性剂复配对

污泥CST值的影响

由上述实验结果可以发现，阳离子化学表面活性剂CTAB不仅能使脱水后污泥含水率降低，也使污泥更易脱水.鼠李糖脂虽能明显降低污泥脱水后含水率，却会恶化污泥脱水的难易程度.相比于两者单独使用，CTAB与鼠李糖脂以适当的比例复配使用对污泥无论是脱水难易程度还是脱水后污泥含水率都有更好的效果.

基于生物表面活性剂的环境友好性，综合考虑鼠李糖脂与CTAB复配对污泥脱水性能的改善效果，复配的比例以鼠李糖脂占1/3或1/3以下为宜.

3结论

1）鼠李糖脂的投加能使污泥脱水后含水率降低，但也会使污泥脱水速率变慢.就脱水程度来说，鼠李糖脂最佳投加剂量为0.10 g・g-1（纯度为50%）.

3）生物表面活性剂取代化学表面活性可降低脱水后污泥的环境毒性.从环保的角度，鼠李糖脂与CTAB复配应用于污泥的脱水是很好的选择.