对于以活性污泥法为主的城镇污水处理厂，污泥处理系统的建设投资约占污水处理厂总投资的20%~40%，污泥处理运营费约占污水处理厂总运营费的20%~30%，可见，污泥处理是污水处理的重要组成部分。已有研究和实践表明，即使是脱水后的泥饼，其含水率都高达80%左右，给后续的填埋或焚烧处置带来困难。因此，如何提高污泥的脱水性能一直是困扰污水处理厂的一个难题。为改善其脱水性能，污泥脱水前必须进行调理，通过调理改变污泥的组织结构，降低污泥的比阻(SRF)，从而改善污泥的脱水性能，便于后续处理处置。污泥化学调理效果可靠，设备简单，操作方便，被长期广泛采用。在化学调理中，无机盐类絮凝剂用量大，易产生二次污染。合成有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM具有用量少效率高絮凝速度快等优点，相关研究和应用较多，但其残留物不易被生物降解对微生物絮凝效果差。环糊精(CDs)是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT)作用于淀粉产生的一组以α-1，4糖苷键结合的环状低聚糖，具有非还原性、无毒性。一般常见的有α-CD、β-CD、γ-CD，分别由6、7、8个葡萄糖单元结合而成的锥筒状分子。其中β-CD最易制得，应用也最广泛。β-CD具有一个腔体为疏水性，外表面为亲水性的圆柱结构，具体结构见图1，环状结构内表面的诸多羟基都是吸附络合的活性基，因此，环糊精在环境污染治理领域的应用研究较多，但对环糊精在污泥调理方面的研究报道较少。
该研究以东北某城市污水处理厂产生的剩余污泥为研究对象，对比研究了PAM和β-CD对污泥调理后的脱水效果，以期为环糊精在污泥脱水中的应用提供参考。
1、材料与方法
1.1 污泥的来源及性质
污泥取自东北某城市污水处理厂浓缩池出口;曝气池混合液取自曝气池出口。曝气池混合液检测结果，见表1。
由表1可知，该污水处理厂的活性污泥浓度及污泥沉降比偏高，MLVSS/MLSS值为0.6，与正常值相比略小，SVI值在100~150之间。可见，污泥的沉降性能较差;浓缩池出口污泥的SRF值为5.92×1013m/kg，属于难过滤污泥。
1.2 主要试剂与仪器
试剂：β-CD(分析纯)，PAM(分析纯);仪器：六联电动搅拌器(JJ-4)，真空泵(JY7142)，电热鼓风干燥箱(101-0)。
1.3 实验方法
1.3.1 污泥调理
取250mL原污泥于1000mL烧杯中，加入一定量的调理剂，置于六联恒温(25℃)电动搅拌机上快速搅拌1min后，进行慢速搅拌5min，关闭搅拌机。调理完成后，取经过调理的污泥100mL，进行SRF测定。
1.3.2 SRF测定
在布氏漏斗上(直径65~80mm)放置滤纸，用水润湿，贴紧周底;将经过调理的污泥加入布氏漏斗中，开动真空泵，读取真空泵压力表的示数，开始起动秒表，并记下开始时计量管内的滤液;间隔一定时间记下计量瓶内相应的滤液量;过滤结束后，关闭阀门取下滤饼放入称量瓶内称重;将称重后的滤饼和称量瓶置于烘箱内105℃的烘干至恒重后称重。SRF的计算公式见式(1)。
式中，P为过滤压力，N/m2;A为过滤面积，m2;μ为滤液的动力黏度，Pa•s;ω为单位体积滤液所对应的滤饼干固体质量，kg/m3);b为过滤方程t/V=bV+a所代表的直线的斜率，s•m-6;t为过滤时间，s;V为滤液体积，m3。
2、结果与讨论
2.1 β-CD最佳调理条件的确定
2.1.1 搅拌强度对调理效果影响
混凝过程中的水利条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为混合和反应两个阶段。混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免结大的絮凝体被打碎。
①混合阶段搅拌速度的影响。在pH为7，温度为25℃，反应阶段慢速搅拌时间为5min(速度为30r/min)，混合阶段快速搅拌时间为1min的条件下，向活性污泥中加入15mL浓度为0.2%的β-CD混凝剂溶液，考察快速搅拌速度对污泥调理效果的影响，结果见图2。
由图2可见，SRF随着搅拌速度的加快先降低后升高。搅拌速度从120r/min增加到150r/min，污泥比阻降低了35.4%，而搅拌速度继续增加至160r/min时，SRF反而开始升高。这是因为有机混凝剂在水中的形态不像无机盐混凝剂那样受时间的影响，混合的作用主要是使实际在水中均匀地分散，混合反应可以在很短的时间内完成，不宜进行过剧烈的搅拌；如果搅拌不充分，则药剂分散程度不够。
②反应阶段搅拌速度的影响。在pH为7，温度为25℃，混合阶段快速搅拌时间为1min(速度为150r/min)，反应阶段慢速搅拌时间为5min的条件下，向活性污泥中加入15mL浓度为0.2%的β-CD混凝剂溶液，考察慢速搅拌速度对污泥调理效果的影响，结果见图3。
由图3可见，搅拌速度从30增加到50r/min，SRF降低了63.16%，而搅拌速度从50增加到70r/min，SRF反而升高了76.10%。这是因为在反应阶段，如果搅拌强度适宜，则β-CD的架桥网捕作用发挥充分，进而有利于β-CD与活性污泥的菌胶团颗粒之间通过吸附螯合反应所形成稳定的絮体稳定;若搅拌强度不够，则反应不彻底，难以形成稳定的絮体;若搅拌过于激烈就可能打碎已经形成的稳定絮体或影响其架桥作用，从而减弱其絮凝效果。
2.1.2 pH对污泥脱水性能的影响
在温度为25℃，混合阶段快速搅拌时间为1min(速度为150r/min)，反应阶段慢速搅拌时间为5min(速度为50r/min)的条件下，向活性污泥中加入15mL浓度为0.2%的β-CD混凝剂溶液，考察污泥初始pH对污泥调理效果的影响，结果见图4。
由图4可见，SRF随着pH的增加而先快速降低后缓慢增加。这是由于β-CD外表面的羟基不饱和，其与活性污泥颗粒的吸附实际上是表面络合配位作用。吸附在表面后，仍会从溶液中吸取羟基，继续其水解沉淀过程，直至饱和成为氢氧化物凝胶，因此，溶液酸性条件不利于絮体的生成。而碱度过大，生成的絮体颗粒过大，过滤时泥饼的阻力增大，SRF也会略有升高。当pH为7时，SRF最小。2.2β-CD和PAM的调理效果对比在pH为7，温度为25℃，混合阶段快速搅拌时间为1min(速度为150r/min)，反应阶段慢速搅拌时间为5min(速度为50r/min)的条件下，对比研究PAM和β-CD投加量对污泥调理效果的影响，结果见图5、6。
由图5可见，β-CD的投加量为8.52mg/g•干污泥时，SRF为2.95×1013m/kg，与原始污泥相比，SRF降低了50.17%;当投加量继续增加到30.66mg/g•干污泥时，SRF降低至0.53×1013m/kg，与原始污泥相比，SRF降低了91.05%;投加量达到39.18mg/g•干污泥时，SRF反而增加到0.78×1013m/kg。这是由于β-CD表面为羟基，污泥泥粒表面带负电荷，所以β-CD的混凝机理以吸附架桥为主，如果投加量过小，则絮体形成的少且不密实;随着絮凝剂用量的增加，吸附量随之增大，有利于架桥，粒径增大;调理剂用量的增加虽有利于架桥，但投加量过多，易出现胶体保护现象。
由图5和图6的对比分析可见，使用PAM对活性污泥进行调理时，其最佳投加量为10.22mg/g•干污泥，此时，SRF为0.45×1013m/kg;在最佳投加量时，该活性污泥均可由不易脱水污泥转变为脱水性能中等的污泥。在两种调理剂投加量相同时，PAM的调理效果略优于β-CD。但PAM的残留单体有毒，且不易生物降解。研究结果表明，β-CD是一种较好的污泥调理剂，而且在后续研究和应用中可通过基团修饰、改性或与其他调理剂复配使用，进一步改善污泥脱水性能，应用前景广阔。
3、结论
(1)用β-CD对活性污泥进行调理，在温度为25℃，pH为7，150r/min快速搅拌时间1min，50r/min慢速搅拌5min，投加量为30.66mg/g•干污泥时，对活性污泥的调理效果最佳。
(2)在相同调理条件下，β-CD和PAM的最佳投加量分别为30.66mg/g•干污泥和10.22mg/g•干污泥，PAM的调理效果略优于β-CD。
(3)β-CD无毒易得，可将不易脱水污泥转变为脱水性能中等的污泥，是一种较好的污泥调理剂，有望在改善污泥脱水性能方面得到广泛应用。(来源：黑龙江省环境科学研究院)
