隨著工業化和城鎮化高速發展，生活污水和工業廢水與日俱增，隨著污水處理設施以及污水處理技術的日益完善，其副產物污泥的產量也與日俱增。城市污水廠污泥產量大、含水率高（通常達到95%～99%），即使通過污泥脫水的常規處理工藝即濃縮-脫水-干化處理后，污泥含水率仍高達75%～85%，不僅運輸難度大、成本高，后續堆肥、填埋、焚燒和土地利用等對污泥的含水量要求通常也在55%～65%之間，因此常規脫水工藝并無法達到相關要求。

因此尋找合適的污泥深度脫水的處理方法十分必要。目前降低含水率的方法主要有化學方法、物理方法和生物方法。相比較物理法、生物法，化學調理簡單易行，因為其藥劑來源廣泛，價格較低，研究潛力大。目前已經有不少研究表明，脫水藥劑的復合聯用可以有效地提高污泥脫水率，然而污泥的來源廣泛而且情況復雜，對于化學調理之后的污泥是否具有環境風險，以及在后續填埋、焚燒等處理過程中是否仍然具有良好的性能還需進一步研究。

1 污泥深度脫水藥劑的脫水機理

污泥之中其水分分布形態主要有四種，可將這四種形態的污泥內部水劃分為間隙水（或游離水），毛細水，吸附水和結合水四種。其結合強度依次遞增。因為污泥中的膠質微粒對水具有很強的親和力，導致了其含水量高，不易壓縮等特點。通過對污泥進行調理，使其中的結合水，吸附水和內部水釋放出，稱為污泥深度調理。通過在污泥中投加化學調理劑，使污泥顆?？朔肿拥撵o電排斥、水合，改變絮體結構及顆粒大小，使其能夠絮凝沉降改善脫水性能，再經高壓壓榨等物理方式使含水率降低至60%以下。

胞外聚合物（EPS）是活性污泥中除微生物和水分之外的第三大組成部分，大量水分包裹于菌膠團內，給其包圍的污泥微生物提供了良好的生存環境，這部分水分很難通過機械過濾方法去除，因此EPS含量的增加，將使得污泥濾餅的含水率增大，脫水性能降低。EPS的含量、組成、分布與污泥脫水性質緊密相關，其高度的水合性成為污泥脫水的一大障礙，如何破壞EPS對污泥脫水效果至關重要。

雖然污泥各種狀態下的水分在調理過程中的轉化機制不清晰，但是現階段實踐研究表明結合水與污泥微生物及其顆粒關系緊密，相比較于其他調理方式，化學調理可以有效地破壞結合水與污泥微生物的結合，從而顯著提高污泥脫水效果。

2 深度脫水藥劑種類及特點

污泥脫水劑又稱污泥調理劑，主要分為有機絮凝劑、無機絮凝劑、助凝劑和助濾劑、復合絮凝劑等。

2.1 無機調理劑

無機調理劑主要是利用無機絮凝劑中的金屬離子發生水解和聚合反應，之后其水解和聚合產物與水體顆粒進行絮凝作用包括電中和脫穩、壓縮雙電層、吸附架橋或沉淀網捕等，進而生產較大絮凝體從而分離去除，主要有鋁鹽和鐵鹽及其高分子聚合產物。由于傳統鋁鹽水解反應極為迅速，無機高分子混凝劑可在預制過程中形成一定水解穩定性的優勢混凝形態產物，且其分子鏈更長、電荷密度更高從而在單位長度分子鏈上結合的帶負電污泥顆粒更多，與污泥的結合更為緊密，從而受到廣泛關注。

聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PFC）、硅酸類絮凝劑等，是現階段常用的無機高分子絮凝劑，和傳統無機絮凝劑一樣其缺點是絮凝效果差，投加量大。

2.2 有機調理劑

有機調理劑根據其帶電性質分別有陽離子型，陰離子型和非離子型以及兩性離子型。其主要脫水機理是通過分子鏈變性，拉長分子鏈，對污水中凝聚的顆粒起到吸附架橋的效果，使顆粒與水易于分離。具有投加量少，絮凝能力強，絮體粗大且沉降性能好的特點，但相對生物毒性高，能致癌、致畸變，且難以生物降解，應用范圍受限。

目前常用的有機調理劑主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列產品，因為污泥膠體表面帶負電荷，因此陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）的表現要優于其他離子型，而被廣泛使用。

2.3 復合調理劑與助凝劑

助凝劑主要是提高或改善混凝劑的效果的化學藥劑，在污泥脫水過程中，助凝劑主要作用是作為在污泥中形成堅硬的網絡骨架使污泥絮體具有持久堅固的結構。常用的助凝劑有石灰，粉煤灰等。

復合調理劑是在單一絮凝劑和助凝劑基礎上發展起來的，通過多種有機無機絮凝劑和助凝劑的復合作用彌補單一絮凝劑的不足。在大多數情況下復合型絮凝劑的脫水率優于單一絮凝劑，且由于助凝劑的存在大大的節約了調理劑的投加量。但是，復合型絮凝劑從工藝上來說相對其他試劑復雜，反應條件苛刻，制備成本上可能增加。

2.4 Fenton試劑系列

Fenton試劑作為強氧化劑越來越多地被用于氧化有機物，其機理主要是其強氧化性破壞了EPS，使細胞內部的結合水析出變成表面吸附水，從而改善污泥脫水性能，但單獨使用時面臨投加量大、成本過高、泥餅壓縮性強等問題。

因此從改善污泥脫水性，改善污泥脫水工藝，提高城市污泥的脫水效果，降低污泥的含水率角度來說，研究污泥深度脫水藥劑優化，以及高效的脫水劑組合有著重要的意義。

3 深度脫水藥劑在改善城市污泥脫水性能中的應用

3.1 有機混凝劑在改善污泥脫水性能中的應用

張梅杰等人對比研究了5種有機絮凝劑陽離子聚丙烯酰胺（CPMA）在污泥脫水過程中污泥比阻（SRF）與毛細吸水時間（CST）之間的關系，發現其數值明顯線性相關，因此提出了可使用CST代替SRF確定投藥量的觀點，同時SRF、CST也分別與泥餅含水率之間有明顯的線性關系，因此可為污水處理廠篩選調理劑和調理方案提供技術支持。

丁紹蘭等的研究表明PAM和石灰作為單一調理劑的情況下也具有良好的效果，表明了有機混凝劑在改善污泥脫水性能中也具有良好的表現，同時在污泥深度脫水過程中，藥劑的投加順序的改變對泥餅含水率影響不大。

3.2 無機混凝劑在改善污泥脫水性能中的應用

王馨悅、周志等研究了單一調理劑聚合氯化鋁（PAC）和氯化鐵（FC）對污泥脫水的效果，這兩種常用的無機混凝劑皆可大幅改善污泥脫水性能，且前者效果好于后者。

龍國兵等人進行了包括PAC和鐵鹽對污泥深度脫水性能改善的對比研究，發現聚合氯化鐵（PFC）和FC處理污泥效果略優于PAC和聚合硫酸鐵（PFS），也從側面表現無機混凝劑在污泥深度脫水中的良好表現。

3.3 復合混凝劑和助凝劑在改善污泥脫水性能中的應用

劉力榮研究了有機絮凝劑（PAM）、無機絮凝劑(PAC、BAC、FeCl3）、助凝劑（生石灰、粉煤灰）單獨使用及聯用對污泥脫水性能的影響，結果表明單獨使用一種調理劑，陽離子聚丙烯酰胺（PAM）脫水效果較好。摻雜粉煤灰和石灰的復合型調理劑后，可顯著提高污泥脫水性能，并能大幅降低絮凝劑投加量。

姜惠民等分別研究了石灰，粉煤灰，工業石灰，硅藻土，十二烷基硫酸鈉和飛灰單獨使用的污泥脫水效果，結果表明單獨投加脫水效果較好的是石灰，復合投加時脫水效果較好的是石灰+粉煤灰。

3.4 Fenton試劑系列在改善污泥脫水性能中的應用

梁柱等人研究了Fenton復合調理劑對污泥脫水性能的影響，發現Fenton法能有效破解污泥中的EPS，且其與表面活性劑、生石灰聯用比單獨使用脫水性能好，其中Fenton-生石灰聯用對污泥比阻降低效果顯著。

以上研究中均表明污泥的含水率隨著深度脫水藥劑投加量的增加而降低，但是隨著投加量的增加，單位質量藥劑對含水率的貢獻也會逐漸降低，甚至有可能使污泥脫水性能惡化。

4 結論

（1）相對于單一絮凝劑，復合絮凝劑在不同的絮凝機理下都表現出更加優秀的效果，然而對于不同性質的污泥，絮凝劑的投加量以及優化組合需要通過泥餅的含水率來測出，因此建立有效的數學模型指導污水廠優化深度脫水藥劑十分必要。

（2）目前化學調理后的脫水污泥性能研究較少，在污泥進一步處置過程中，調理劑種類、投加量是否具有潛在環境風險尚不明確，化學調理后的污泥是否能具有更好的資源化特性仍有待進一步研究。

（3）隨著工業技術的發展、污染類型的多元化，研究新型的絮凝劑仍然具有現實意義。