图 3 污泥束缚水含量与SRF的关系

图 3中，污泥A、B1、B2、C1、C2的束缚水含量与SRF均表现出正相关性，SRF随束缚水含量的增加而上升，相关系数R2依次为0.441 5、0.692 8、0.581 9、0.884 2、0.887 5。污泥的脱水效率不仅取决于脱水程度，也取决于脱水速度。束缚水含量高不仅使过滤后泥饼的含水率增加，同时还增大了污泥的过滤阻力。曝气池污泥的R2最小，浓缩池污泥的R2最大，二沉池污泥的R2则介于两者之间。这可能是因为曝气池污泥中束缚水含量本身较低，造成调理过程中束缚水含量变化对SRF的影响不敏感；而浓缩池污泥中束缚水含量较高，束缚水含量波动将对SRF产生较大影响，为降低束缚水含量需投加更多的调理剂，导致浓缩池污泥的PAC最优投加量远高于曝气池污泥的投加量。

2.3 污泥颗粒表面ZP与污泥比阻的关系
在化学调理前，曝气池污泥A的表面电荷量较小，二沉池污泥的表面电荷量是污泥A的2.2~2.5倍，而浓缩池污泥的表面电荷量较大，是污泥A的3.5~4.3倍。考察污泥颗粒表面ZP随PAC投加量的变化情况，见图 4。

图 4 污泥颗粒表面ZP随PAC投加量的变化

由图 4可见，不同来源污泥的ZP均随PAC投加量的增加而上升，污泥颗粒表面从负电性逐渐转变为正电性。当PAC剂量达到一定值时，ZP变为0，即处于电中性状态，颗粒之间受范德华引力作用而聚结沉降。其中污泥A、B1、B2的ZP在越过零电位后，出现先升高而后下降的现象。如曝气池污泥A在PAC剂量为0.095 g/g时，ZP由最初的-4.92 mV升至零电位，之后ZP继续上升，在PAC为0.318 g/g时达到6.57 mV，但再增加PAC剂量ZP反而下降。出现这种现象是因为随着溶液中离子强度的增大，颗粒双电层被压缩，ZP增大；如果PAC投加量过多，会造成胶粒电性反逆而出现再稳〔12〕。将SRF与对应的颗粒表面电荷量作图，并进行线性相关性分析。图 5为污泥颗粒表面电荷量与SRF的相关性。

图 5 污泥颗粒表面ZP与SRF的关系

图 5以ZP绝对值表示电荷量的大小，描述了不同来源污泥的表面电荷量与SRF的关系。污泥A、B1、B2、C1、C2的表面电荷量与SRF之间均呈正相关性，表面电荷量的增加导致SRF上升，污泥的脱水性能变差，其相关系数R2依次为0.253 5、0.597 5、0.606 9、0.896 2、0.951 0。这是由于污泥颗粒表面带有电荷，在聚结时因双电层重叠而产生静电排斥作用，使污泥絮体保持稳定，且表面电荷量增加，絮凝性越差〔13〕。

在污泥A、B1、B2、C1、C2各自的PAC最优投加量下，污泥颗粒表面的ZP分别为-2.45、1.88、1.31、1.26、-1.56 mV。其中曝气池污泥A在SRF最低时，颗粒表面仍带有较多的负电荷且R2很小，表明曝气池污泥的电荷量对污泥的脱水性能影响不明显；而浓缩池污泥颗粒表面的电荷量明显减少，颗粒表面已接近电中性状态，且R2＞0.9，表明浓缩池污泥的电荷量对污泥的脱水性能影响显著。A. I. Cole等〔14〕认为在厌氧消化污泥的化学调理中，调理效果主要取决于阳离子聚合物分子质量的大小，而与阳离子聚合物的电荷密度关系不大，且污泥颗粒表面处于电中性状态不是污泥有效调理的必要条件。然而，S. Krishnamurthy等〔15〕研究城市污水厂污泥的化学调理时发现，分别采用氯化铁和阳离子聚合物作为絮凝剂调理厌氧消化污泥，在药剂的最优投加量下ZP为零，污泥颗粒表面负电荷被完全中和。这与试验中浓缩池污泥基本相符。PAC电中和在化学调理中应发挥重要作用，为使带有较多负电荷的浓缩池污泥达到电中性状态，需要投加更多的PAC以提供足够正离子，这也造成浓缩池污泥的PAC最优投加量增大。所以，ZP下降导致表面电荷量增高，对SRF的影响增加，导致PAC投加量增加。

2.4 胞外聚合物与束缚水、ZP、最优投加量的关系
胞外聚合物（EPS）是细菌和其他微生物产生的用于自我保护和相互黏附的天然有机物，其主要组成为多糖、蛋白质及少量DNA、脂肪和腐殖酸等。EPS中的蛋白质和糖类会吸附一部分自由水，同时糖类和蛋白质中的羟基和羧基等带负电基团会影响污泥颗粒表面的ZP〔16〕。

对于5种不同来源的污泥，在化学调理前多糖和蛋白质含量大小顺序为曝气池污泥A<二沉池污泥（与污泥A相比其多糖为1.2倍，蛋白质为1.7倍）<浓缩池污泥（与污泥A相比多糖为1.7~1.8倍，蛋白质为2.0~2.5倍）。可见，不同来源污泥中EPS含量差异很大，导致污泥的束缚水含量和ZP也存在差异。

考察EPS对束缚水和ZP的影响，发现污泥的束缚水含量随EPS含量的增大而上升，ZP则随EPS含量的增大而下降。即EPS中的多糖和蛋白质与污泥中的束缚水含量表现出正相关性，与ZP之间表现出负相关性。这是由于：一方面污泥表面离子化聚合物的浓度和性质决定了污泥表面的电荷量，EPS含量过高会导致污泥表面电负性增强〔17〕；另一方面EPS从细胞表面伸展出来，会阻碍细胞之间的亲密接触，形成密实的凝胶，阻止束缚水从凝胶的微孔挤出，不利于束缚水含量下降〔18〕。

在多糖、蛋白质与束缚水含量的变化曲线中，多糖的斜率明显大于蛋白质的斜率，是蛋白质的4.1倍。在多糖、蛋白质与ZP的变化曲线中，多糖的斜率绝对值是蛋白质的4.8倍。可见，多糖含量的变化对束缚水和ZP的影响更大。朱睿等〔19〕研究浓缩污泥中胞外聚合物组分与脱水性的关系，指出多糖与CST有显著的线性关系，多糖可能是影响厌氧消化中浓缩污泥脱水性的主要因素。

胞外聚合物的多糖、蛋白质与PAC最优投加量之间存在线性关系：y=0.071 2x-0.322；y=0.012 5x-0.168 1，随着多糖、蛋白质含量的增加，PAC最优投加量增大，相关系数R2分别为0.98、0.78，且多糖斜率是蛋白质的5.7倍，表明PAC最优投加量对多糖含量的变化更敏感。总之，污泥的EPS在污泥化学调理中起着至关紧要的作用。