污泥性质分析方法

1SOUR

比耗氧速率（specific oxygen uptake rate，SOUR）根据MLVSS、测定时间t 和溶解氧变化率计算。测定异养菌和自养菌的耗氧速率，通过外加葡萄糖（COD 500mg/L）、淀粉（COD 500mg/L）、NH4Cl（20mgN/L）、和NaNO2(20mgN/L）。而内源呼吸速率则没有外加基质。25摄氏度

取50mL混合液，5000 r/min下离心5 min，去掉上清液，用蒸馏水将泥团重新悬浮至原体积，5000 r/min下离心5 min，再去掉上清液，如此连续操作3次后，

将泥团装入带密封塞的300 mL 溶解氧瓶中，然后用所配营养液补充溶液体积至300 mL 。在测量过程中，保证溶解氧仪探头与橡胶瓶塞紧密连接，并将密封的广口瓶置于磁力搅拌器上，磁力搅拌器可保证混合液中污泥呈悬浮状态[194]。根据MLVSS 和溶解氧变化率求得污泥的比好氧速率（Specific Oxygen Utilization Rate ，SOUR ）[195]

()()0/t SOUR DO DO t MLVSS =-⨯（2-12）

式中 DO0——测定读数初始时DO 值，mg/L ；

DOt ——测定读数结束时DO 值，mg/L 。

2 膜阻

膜污染通常由两部分组成：膜孔污染以及泥饼层污染。根据Darcy 公式，可以计算出过滤总阻力、膜孔污染阻力及泥饼层阻力。

t P J R μ∆= (2-29) t m c p R R R R =++ (2-30)

式中 J ——膜通量，L/(m 2·h)； P ∆——膜两侧压力差，kPa ；

μ——滤液动力学粘度，Pa·

s ； R t ——膜过滤总阻力，m -1；

R m ——膜自身阻力，m -1；

R c ——泥饼层阻力，m -1；

R p ——膜孔污染阻力，m -1。

根据Darcy 公式，测定不同通量条件下的过膜压力并进行回归，计算出膜自身阻力R m ；膜过滤结束时，结合此时的过膜压力，通量以及滤液粘度，计算出膜的总阻力R t ；将膜组件取出，用自来水冲洗掉表面泥饼层，测定清水通量及相应的过膜的压力，获得R m 和R p 之和；在此基础上，减去阻力R m ，得到膜孔污染阻力R p ；将总阻力R t 减去R m 和R p 得到泥饼层阻力R c 。

3 亲疏水性

接触角能够表征污泥混合液的相对疏水性，可以用于计算污泥的表面热力学性质，如表面张力、表面自由能等。使用水、甲 酰胺和二碘甲烷为测试液体测定（JC2000A 型，上海中晨科技有限公司）。将污泥混合液稀释，用0.45μm 醋酸纤维膜抽滤，用超纯水冲洗膜表面两次，将其放在1%琼脂板上，以保持污泥

水分。测定前，将膜粘到载玻片上，室温干燥20min 。然后，采用静滴技术，将超纯水、甲酰胺和二碘甲烷滴到膜片上，将滴片过程拍摄下来，用图像分析软件分析计算接触角。每个样品测定8次，取平均值[75]。

（1） 污泥样品的制备与接触角测定

将5~10 ml 污泥样品稀释于50~100 ml 蒸馏水中，然后在抽滤装置中用0.45滤膜边缓慢搅拌边进行抽滤，直至将液体抽干，污泥均匀的沉积于滤膜表面形成一层污泥层。将沉积污泥层连同滤膜粘在载玻片上，放置于50℃恒温箱中轻柔干燥2小时，取出进行接触角测定。本研究中采用接触角法测定污泥样品的表面能参数，包括Lewis 酸分量（+i γ）、Lewis 碱分量（-i γ）以及Lifshitz-van der Waals 分量（LW i γ）。检测液体为蒸馏水、丙三醇和二碘甲烷。

在已知检测液体的表面能（LW pl γ，+pl γ，-pl γ）以及污泥样品表面和检测液体

的接触角()θ，采用Young -Dupré公式（2-19）和（2-20）[199]计算获得污泥样品的表面能参数（LW i γ，+i γ，-i γ）。

+-

+=pl pl LW pl pl γγγγ2 （2-19）

)γγγγγγ(γpl i pl i LW pl LW i pl +

--+++=+2θ)cos 1( （2-20）

（2） 表面张力作用能的计算

污泥的相对亲疏水性可以用通过污泥絮体相互作用的单位面积总界面自由

能（IF 121G ∆）进行定量分析，它主要由单位面积界面自由能LW 分量（LW

y0G ∆）

和单位面积界面自由能的Lewis 酸碱分量（AB

y0G ∆）组成，其计算公式如下：

AB y0LW

y0IF 121G G G ∆+∆=∆ （2-21）

)γγ)(γγ2(ΔG LW 2LW 1LW 1LW 2LW y0--= （2-22）

)γγγγ(2)γγγ(γ2)γγγ(γ2ΔG 111121122112AB

y0+--++++----++--++-+=

（2-23）

式中 1，2——分别代表污泥絮体和水。

XDLO 理论描述了物质相互之间单位面积的作用能，包括酸碱作用能（AB ）、Lifshitz -van der waals 作用能（LW ）和静电排斥能（EL ）。本研究把污泥絮体间的相互作用看作面与面之间的作用[200]，计算式如下所示：

EL 121AB 121LW 121XDLVO 121E E E E ++= （2-24）

单位面积的LW 、EL 和AB 作用能可由式（2-25）至式（2-28）获得：

2LW 12112π2A )(h E -= （2-25） LW y02

0ΔG 12π2A -= （2-26）

)λ

h h exp(ΔG (h)E 0AB y 0AB 121-= （2-27） )sinh(kh)1coth(kh)(1k ξεε(h)E 210r EL 121+-= （2-28）式中 0h ——Born 排斥作用引起的最小作用距离(0.158 nm)；

r ε——流体介电常数；

0ε——真空电容率；

k ——Debye 长度的倒数；1debay

k -= T ——绝对温度；

g R ——气体常数；

F ——Faraday 常数；

s I ——离子强度；

1ξ——膜表面电势；

λ——AB 酸碱作用能衰减长度。

4 分形维数

分形维数用于将絮体结果定量化，用Matlab7.0进行图像分析，将RGB 图转换为二值图，提取污泥絮体并计算周界分形维数（DP ）、圆度（R ）、形状系数（FF ）和三维纵横比（AR ）。

取适量污泥混合液，经碱性美兰简单染色后利用显微镜（BX51，Olympus ）观察活性污泥絮体形态，并对其进行放大拍摄，获得污泥絮体的真彩图。本文中圆度、形状因子和三维纵横比等形态学参数的计算是借助软件Image Pro-Plus 6.0（Media Cybernetics ，INC ）对上述照片进行分析实现的。首先在Matlab 8.0环