单宁酸与硫酸铵协同调理污泥脱水：EPS重分布与疏水性增强的机制解析

针对城市污水处理厂剩余污泥(WAS)脱水效率低的问题，浙江大学团队创新性地采用单宁酸(TA)与硫酸铵((NH4)2SO4)协同调理技术。研究发现0.40 mmol/g VSS TA与26.20 mmol/g VSS (NH4)2SO4联用可显著降低比阻(SRF)至8.37×1012 m/kg，通过促进紧密结合态EPS蛋白向溶解态EPS转化、压缩水化层及提升疏水性物质比例，为污泥减量化与资源化提供新策略。

　　

随着中国城镇化进程加速，污水处理厂产生的剩余活性污泥(WAS)年产量已突破6000万吨，其中70%未得到妥善处理。这些富含水分（初始含水率96.24%）的污泥不仅占运营成本的50%以上，其强亲水性的胞外聚合物(EPS)更形成"分子海绵"效应——蛋白质(PN)占比达40%的EPS通过氢键网络束缚大量结合水，传统脱水技术对此束手无策。现有化学调理法如硫酸酸化虽能将含水率降至58%，却面临设备腐蚀、剂量敏感等问题；而天然多酚物质单宁酸(TA)虽能通过pH调控改善脱水，但其效果受限于酸性环境稳定性。

针对这一困境，浙江大学环境工程团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，创新性地将植物提取物TA与廉价无机盐(NH₄)₂SO₄联用，开发出绿色协同脱水体系。研究人员采集杭州七格污水厂二沉池污泥，通过响应面法优化试剂配比，结合三维荧光光谱、zeta电位分析仪和流变仪等多维表征手段，系统解析了协同作用机制。

关键实验技术
研究采用VSS(挥发性悬浮固体)标准化剂量法确定最佳试剂配比；通过改进的EPS分层提取技术（离心-超声联用法）分析S-EPS(溶解态EPS)、LB-EPS(松散结合EPS)和TB-EPS(紧密结合EPS)组分变化；利用平行板流变仪测定剪切应力-应变曲线；结合原子力显微镜观察污泥滤饼微观结构。

研究结果

1. 操作参数优化
   当(NH₄)₂SO₄单独使用时，SRF反常升高至39.71×10¹² m/kg，而引入0.40 mmol/g VSS TA后SRF骤降至8.37×10¹² m/kg，含水率(Wc)同步降低至76.52%。

2. EPS重分布效应
   TA促使TB-EPS中PN含量下降42.7%，同时S-EPS中PN增加2.1倍。三维荧光显示色氨酸类物质荧光强度降低67%，而疏水性腐殖酸类物质占比提升至34.8%。

3. 界面特性改变
   协同处理使zeta电位从-18.6 mV升至-5.3 mV，颗粒平均粒径由48.7 μm增大至112.4 μm。流变学分析显示储能模量(G')提升3倍，滤饼出现龟裂结构。

4. 磷释放现象
   液相中PO₄^3--P浓度从2.1 mg/L增至15.7 mg/L，暗示金属离子-磷络合物解离。

机制解析
TA的酚羟基与PN形成氢键网络，促使紧密缠绕的EPS蛋白解聚；同时(NH₄)₂SO₄通过"盐析效应"压缩PN水化层，二者协同实现"拆解-沉淀"双路径调控。疏水组分比例提升与静电屏蔽效应共同促进颗粒聚集，而滤饼裂隙结构则显著降低毛细管阻力。

该研究不仅将化学药剂用量降低40%，更开创性地将植物多酚应用于污泥调理领域。释放至液相的磷元素可进一步回收利用，为实现"污泥处理-磷资源循环"耦合工艺提供理论支撑。这种"以废治废"的策略，为破解我国城镇污泥处理困境提供了兼具经济性与生态性的解决方案。