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1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 污泥来源
Table 1 Basic properties of sludge
含水率/% | pH | Zeta电位/mV | CSTn/(s·L·g−1) | 电导率/(µS·m−1) | 黏度/(mPa·s) |
98 | 6.80~7.25 | −9.51 | 2.325 | 1 052 | 65 |
1.1.2 炭材料相关参数
Table 2 Related parameters of carbon materials
炭材料 | 灰分/% | 水分/% | 筛孔尺寸/μm |
活性炭 | 3~6 | <10 | 45 |
石墨 | 0.6 | 0.4 | 37.4 |
1.2 活性炭改性实验
1.2.1 改性方式对活性炭比表面积和孔容的影响
Table 3 Pore structure parameters of carbon materials
样品 | SBET/(m2·g−1) | Vt/(cm3·g−1) | da/nm | Vmicro/(cm3·g−1) |
AC-0 | 783.825 4 | 0.111 0 | 14.435 2 | 0.126 1 |
AC-1 | 784.564 3 | 0.144 9 | 20.662 7 | 0.109 4 |
AC-5 | 1 403.178 0 | 0.188 5 | 19.891 2 | 0.178 0 |
石墨 | 11.683 2 | 0.036 9 | 19.179 9 | 0 |
1.2.2 改性方式对活性炭微观形貌的影响
Fig. 1 Microstructure of carbon materials

1.3 污泥理化性质测定及胞外聚合物提取
1.3.1 炭材料调理污泥
1.3.2 炭材料调理污泥的物理性质分析方法
1.3.3 胞外聚合物(EPS)的提取
1.3.4 胞外聚合物(EPS)的分析和测定
2 结果与讨论
2.1 炭材料吸附动力学实验
Fig. 2 Time variation of S-EPS adsorption capacity of different carbon materials(0.14 g·g−1)
Fig. 2 Time variation of S-EPS adsorption capacity of different carbon materials(0.14 g·g−1)

2.2 不同炭材料对污泥脱水性的影响
Fig. 3 Effect of different carbon materials on sludge dewatering performance

2.3 不同炭材料对污泥絮体形貌的影响
2.3.1 不同炭材料对污泥絮体粒径的影响
Fig. 4 Effect of different carbon materials on sludge floc

2.3.2 不同炭材料对污泥Zeta电位的影响
Fig. 5 Effect of different carbon dosage on Zeta potential of sludge

2.4 不同炭材料对污泥EPS分布的影响
Fig. 6 Effect of different carbon materials on sludge EPS distribution

2.5 不同炭材料对污泥EPS组分的影响
2.5.1 三维荧光分析
Table 4 EEM profile of different EPS fractions after different carbon materials treatment
AC-0投加量/% | 荧光强度(S-EPS) | 荧光强度(LB-EPS) | 荧光强度(TB-EPS) | |||||||||||
色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | |||
原泥 | 901.9 | 489.8 | 208.9 | 399.1 | 637.8 | 447.5 | 115.4 | 229.9 | 3 388 | 1 212 | 67.11 | 557.8 | ||
5 | 602.5 | 266.8 | 119.2 | 233.6 | 572.4 | 466.3 | 106.8 | 225.7 | 2 998 | 1 492 | 66.49 | 452.1 | ||
8 | 574.6 | 303.9 | 86.17 | 149.2 | 654.3 | 426.6 | 53.04 | 179.2 | 2 305 | 1 486 | 16.83 | 278.7 | ||
14 | 633.5 | 318 | 30.06 | 151.6 | 528.6 | 264.9 | 41.58 | 198.9 | 1 923 | 965.3 | 39.82 | 202.3 | ||
20 | 523.1 | 406.7 | 16.15 | 80.67 | 458.3 | 342.1 | 44.01 | 140 | 1 473 | 719.1 | 22.74 | 277.5 | ||
AC-1投加量/% | 荧光强度(S-EPS) | 荧光强度(LB-EPS) | 荧光强度(TB-EPS) | |||||||||||
色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | |||
原泥 | 901.9 | 489.8 | 208.9 | 399.1 | 637.8 | 447.5 | 115.4 | 229.9 | 3 388 | 1 212 | 67.11 | 557.8 | ||
5 | 636.2 | 421.7 | 66.78 | 105.6 | 526.4 | 477 | 79.28 | 135.9 | 3 670 | 1 517 | 77.83 | 413.5 | ||
8 | 642.7 | 344.8 | 56.64 | 95.83 | 490.9 | 162.2 | 61.92 | 193.8 | 2 947 | 1 258 | 60.04 | 469.9 | ||
14 | 393.3 | 278.4 | 47.69 | 116.6 | 307.8 | 259.8 | 41.86 | 207.2 | 2 075 | 879 | 43.5 | 231.9 | ||
20 | 379.9 | 267 | 22.32 | 96.27 | 464.1 | 231.7 | 43.92 | 183.1 | 1 441 | 662.3 | 11.93 | 184 | ||
AC-5投加量/% | 荧光强度(S-EPS) | 荧光强度(LB-EPS) | 荧光强度(TB-EPS) | |||||||||||
色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | |||
原泥 | 901.9 | 489.8 | 208.9 | 399.1 | 637.9 | 447.7 | 115.4 | 229.9 | 3 388.1 | 1 212.0 | 67.1 | 557.9 | ||
5 | 518.6 | 341.5 | 21.2 | 39.0 | 374.3 | 232.6 | 21.3 | 79.6 | 1 389.0 | 470.6 | 32.1 | 250.8 | ||
8 | 579.5 | 447.7 | 6.8 | 28.7 | 638.5 | 372.3 | 12.5 | 52.3 | 1 178.3 | 455.6 | 30.8 | 179.8 | ||
14 | 590.2 | 393.8 | 1.0 | 15.3 | 560.6 | 420.4 | 5.1 | 41.4 | 725.1 | 190.9 | 22.7 | 94.5 | ||
20 | 392.7 | 302.0 | 3.0 | 21.7 | 526.5 | 387.3 | 3.8 | 16.4 | 537.3 | 185.8 | 14.0 | 112.4 | ||
石墨投加量/% | 荧光强度(S-EPS) | 荧光强度(LB-EPS) | 荧光强度(TB-EPS) | |||||||||||
色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | 色氨酸蛋白 | 芳香类蛋白 | 腐殖酸 | 富里酸 | |||
原泥 | 902.3 | 490.9 | 208.6 | 399.1 | 637.8 | 447.4 | 115.3 | 230.1 | 3 388.0 | 1 214.6 | 67.1 | 555.4 | ||
5 | 876.2 | 457.6 | 226.4 | 205.4 | 394.5 | 365.2 | 35.1 | 92.8 | 2 753 | 900.9 | 60.1 | 397.2 | ||
8 | 891.4 | 343.9 | 220.2 | 322.4 | 384.8 | 376.5 | 54.2 | 60.4 | 2 747 | 810.2 | 48.5 | 387.5 | ||
14 | 963.1 | 240.1 | 257.1 | 301.4 | 636.2 | 317.3 | 44.9 | 96.1 | 2 335 | 792.5 | 54.7 | 321.0 | ||
20 | 793.0 | 288.1 | 227.6 | 341.0 | 441.9 | 311.7 | 57.5 | 113.6 | 2 246 | 829.7 | 57.2 | 338.2 |
Fig. 7 Influence of different carbon materials on EEM profile of different sludge EPS fractions
Fig. 7 Influence of different carbon materials on EEM profile of different sludge EPS fractions

2.5.2 高效体积排阻色谱分析
Fig. 8 Effects of different carbon materials on molecular weight distribution of EPS
Fig. 8 Effects of different carbon materials on molecular weight distribution of EPS
