随着我国污水处理产业的快速发展，以及污水处理能力的迅猛增长，污泥的产量也随之迅速增加。2020年，城镇污水处理厂的剩余污泥（以含水率80%计）总产量将超过6000万吨。污泥是城市废水处理后的终端产物，含有大量病菌、金属等有害物质，并且颗粒小、有机物质含量高、含水率高，使得污泥处理处置问题引起人们广泛关注。

污泥处理方法主要是浓缩、脱水、干化等工艺，污泥处置的方法主要是填埋、土地利用、焚烧等工艺，而污泥处理的效果会影响到污泥的处置，所以污泥的处理问题是急需解决的。污泥处理的目的主要是对污泥进行减量、减容以及无害化。目前，国内外采用的污泥处理方法主要是污泥脱水，所占比率达70%以上。

污泥脱水就是将污泥的含水率降低到80%（我国“十二五”规划规定城市污水处理厂污泥含水率必须低60%才能外运）以下，这样便于污泥的处置与利用。在污泥脱水前需要对污泥进行污泥调理，从而改善污泥的脱水性能，调理后的污泥，其脱水压力大大减小，脱水后的污泥含水率大大降低。污泥调理的方法有：物理、化学和物理化学三种。化学调理就是向污泥中投加各种脱水絮凝剂，使污泥中细小颗粒形成大的絮凝体并释放吸附水，从而提高污泥脱水性能。一种良好的污泥脱水絮凝剂，须在提高污泥脱水性能状况下，不造成环境的二次污染，不增加污泥的容积与重量。因此，污泥脱水絮凝剂的研究与发展是很值得关注的。

1 脱水絮凝剂的发展

随着科技的发展，脱水絮凝剂的种类也日益增多。目前，应用比较广泛的主要有无机高分子污泥脱水絮凝剂、有机合成高分子污泥脱水絮凝剂、无机-有机高分子污泥脱水絮凝剂以及天然高分子改性污泥脱水絮凝剂。

1.1 无机高分子脱水絮凝剂

一般无机高分子絮凝剂主要以聚合铝盐、聚合铁盐为主，主要是通过吸附电中和、网捕和卷扫作用，使污泥细小颗粒形成大的絮凝体并释放吸附水，从而提高污泥脱水性能。20世纪60年代，无机高分子絮凝剂因具有沉降速度快、用量少、效果好、适用范围广等优点，就发展成为一种新型絮凝剂，并在全世界取得迅速的发展。

无机高分子絮凝剂可分为阳离子型、阴离子型和复合型三大类。阳离子型无机高分子絮凝剂主要包括聚合铝盐和聚合铁盐两大类，如聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PFC）等，至今仍备受关注。使用聚合氯化铝进行污泥脱水实验，通过浊度和毛细吸水时间的性能测定，确定其较佳的投加量，并研究提高污泥调理效果的问题。阴离子型无机高分子絮凝剂主要指活性硅酸絮凝剂，在用酸溶解的水玻璃中加入一定量的铁、铝，加水稀释至一定的浓度，充分搅拌后静置陈化一段时间，制得活性硅酸絮凝剂。实验证明，pH值在8以上，投加量在40～50mg/L的条件下，其脱水絮凝效果比一般的无机絮凝剂要好。复合型无机高分子絮凝剂主要是硅铝、硅铁和硅铁铝的聚合，如聚合硅酸硫酸铝（PASS）絮凝剂，日本率先开展了对此絮凝剂制备的研究，我国在复合型无机絮凝剂方面也做了大量的研究。

无机高分子絮凝剂虽然处理效果较好，但生成的絮凝体没有有机高分子絮凝剂生成的大，污泥颗粒释放的水分也就少，脱水效果也就没有有机高分子絮凝剂的好，而且单独使用时投加的量大。因此，有机高分子絮凝剂也就逐步发展起来。

1.2 有机合成高分子脱水絮凝剂

有机合成高分子污泥脱水剂的相对分子质量较大，根据离子带电荷的特性分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性四大类。较典型、应用较广的有机合成高分子絮凝剂就是聚丙烯酰胺（PAM），在有机合成高分子絮凝剂中用量达80%以上。PAM根据离子特性可分为阳离子型、阴离子型以及两性型。

1.2.1 阳离子型PAM

阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合成的，对有机物和无机物都有很好的处理效果，对污泥调理进行后，有利于颗粒的沉降和过滤脱水，提高了污泥的脱水性能。常用的阳离子单体有二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、甲基丙烯酰胺氧乙基三甲基氯化铵为共聚单体得到阳离子型高分子絮凝剂（PAM-DMC），在阳离子度大于52%时，对染料废水的脱色处理效果较好。以丙烯酰胺（AM）、DMC以及二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为原料，水溶性偶氮化合物为引发剂，合成了三元共聚阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，水溶性极好，用模拟煤泥水进行试验研究，表明当投加量为10mg/L时，处理25min后浊度低，絮凝效果好。

1.2.2 阴离子型PAM

在污泥脱水中，阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）絮凝剂的调理效果没有CPAM好，而且应用范围限制大，对阴离子型絮凝剂的研究较少。但是由于APAM大都用于石油化工、采油等，加上我国石油行业发展迅速，这就加大了APAM的需求量，因此，阴离子有机合成高分子絮凝剂仍在研究中。用阴离子型聚丙烯酰胺AN934PWG作为污泥脱水调理剂并与阳离子型PAM进行比较，试验中投加率在0.077%～0.617%，结果发现药剂存在一个投加范围，超过投加量时，污泥脱水性能反而下降，当阴离子型PAM投加率在0.31%时，而阳离子型PAM的投加率要在0.634%时，两者的污泥比阻低，由此得出阴离子型的脱水效果要好。

1.2.3 两性型PAM

由于阴、阳离子型高分子絮凝剂使用范围受限制，两性型有机合成高分子絮凝剂可能有逐渐取代二者的趋势。两性型有机合成高分子絮凝剂就是指在高分子链节上同时拥有正、负电荷基团的高分子化合物，适用于阴、阳离子共存的污水处理中。在污泥脱水处理中，两性型絮凝剂通过电性中和、吸附架桥以及分子间的网捕作用，使处理的污泥颗粒变得粗大，提高了污泥的脱水性能。采用丙烯酰胺（AM）、二甲基二烯丙基氧化胺（DMDAAC）和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸（AMPS）作为单体原料，以过硫酸铵（APS）-亚硫酸氢钠氧化还原体系为引发剂，并且当n（AM）：n（AMPS）：n（DMDAAC）=8:1:1，单体质量分数为30%，反应温度为50℃时，合成出的两性共聚物的热稳定性比PAM好，对于洗煤水的净化、污泥脱水等具有良好的效果。以阴离子或非离子聚丙烯酰胺、甲醛、有机胺、亚硫酸氢钠、新鲜水原料，加以少量助剂，一定温度下，通过改性合成FY高效两性污泥脱水剂，对石油、化工行业的污泥脱水具有良好的效果，一般的投加量在3～1000μg/g，处理后的滤液COD基本低于2000mg/L，油含量在1000mg/L。

无机与有机高分子脱水絮凝剂对于特定的污水污泥有很好的处理效果，但仍存在一定的限制，其中重要的限制就是它们处理的对象比较单一，为此，就有无机-有机复合型脱水絮凝剂的研究。

1.3 无机-有机复合型高分子脱水絮凝剂

无机-有机高分子复合絮凝剂在某种程度上可以认为是无机絮凝剂和有机絮凝剂的分子在一定条件下的协同作用，以达到絮凝增效的目的。无机高分子絮凝剂与有机高分子絮凝剂单独使用时，都存在使用范围的限制。无机高分子絮凝剂是对胶体脱稳凝聚，实现固液分离，但是投加量大，处理效果不是很好；有机高分子絮凝剂的絮凝效果虽然较好，但是滤饼的含水率较高。但两者结合使用则可以增大使用范围，脱水效果也会有所提高。

目前，污泥脱水中用得较多的无机高分子絮凝剂是聚合氯化铝（PAC），但其稳定性差，沉淀速度慢。若将其与有机高分子絮凝剂结合使用，可以改善絮凝剂的稳定性，加大污泥的脱水性能。利用正交实验，对单独使用PAC、PAM和两者结合使用处理浓缩污泥进行对比研究，结果表明，PAC、PAM用量分别为240mg/L，60mg/L，且投加方式为先加PAC，搅拌后再加PAM，污泥脱水效果比单独使用要好，形成的泥饼含固率22%，且药剂费用比单独使用PAM更经济。复合型絮凝剂的脱水效果能达到一定的满意程度，因此，这种复合型絮凝剂的研究仍是可以推广的。

1.4 天然高分子改性脱水絮凝剂

天然有机高分子分布广，来源丰富，价格低廉，活性基团多，又具有高效、无毒、安全、易生化分解，不造成环境的二次污染的特点，应用前景非常广泛。目前，天然有机高分子絮凝剂主要是以天然高分子物质为原料经化学改性后得到的。常用的改性原料有可溶性淀粉、木质素、甲壳素/壳聚糖等。

1.4.1 淀粉类脱水絮凝剂

淀粉是一种丰富的有机资源，属于高分子碳水化合物，具有许多直链和支链结构以及羧基，本身就具有絮凝沉降性能。经过改性的淀粉，对污泥中的悬浮体和颗粒的絮凝作用更强，从而可以提高污泥的脱水性能。以玉米淀粉与丙烯酰胺为主要原材料，在硝酸铈铵引发下制得绿色天然有机高分子絮凝剂，对油田含油废水进行絮凝性能测定，结果表明投加量为3mL，pH为7时絮凝效果佳。以玉米淀粉为原料，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵作为阳离子醚化剂，采用预干燥干法纸杯季铵型阳离子淀粉絮凝剂，并对高色值糖蜜酒精废液进行絮凝脱色性能测定，结果表明当原液初始pH值为9.0，淀粉质量浓度为500mg/L时，脱色率达53.6%，絮凝脱色效果较好。在处理焦煤悬浮液实验时，对淀粉接枝丙烯酰胺共聚物和支链淀粉接枝丙烯酰胺共聚物进行对比，发现前者的处理效果优于后者。以自制的阳离子淀粉醚St-GTA和阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）为原料，合成了三元阳离子淀粉絮凝剂St-GTA-g-DMC，絮凝剂粘度为0.82dL/g，取代度为1.087，应用于2%高岭土溶液，在加药质量浓度为5mg/L时，絮凝效果较好。

1.4.2 木质素类脱水絮凝剂

木质素是植物细胞中一种复杂的芳香族化合物，分子含有不同种类的活性官能团，具有可再生、可降解、无毒等特点，是改性原料的选择之一，吸附能力强，能带来良好的经济效益，至今仍备受关注。改性木质素的研究，大都用来处理印染废水的脱色与吸附。用季铵盐单体和季铵化木质素在温度50℃下，反应4h后接枝共聚制得改性季铵盐木质素，处理印染废水效果好，脱色率高，且能增大污泥脱水性能。以造纸黑液中的木质素为原料，合成了二甲基烯丙基木质素季铵盐（DL）絮凝剂，并测定了木质素二甲基烯丙基季铵盐对酸性黑ATT的絮凝性能，温度为30℃，在pH值=1.5的条件下，具有良好的絮凝脱色效果。以酶解木质素、甲醛、二甲胺以及阳离子试剂为原料，制备木质素基阳离子絮凝剂，在70℃下缩合2h，制得的絮凝剂阳离子度高，当投加量分别为35、35、50mg/L时，絮凝剂对酸性黑10B、直接红2B、活性红X-3B三种染料废水的絮凝脱色效率均超过95%，具有很好的絮凝性能。在160℃热水条件下，从硬木中提取并分离出木质素，通过光分散和微量电泳法进行分离和改性，制备出纳米级阳离子性木质素高分子絮凝剂，对印染废水的絮凝效果达90%以上，效果良好。由此可看出，处理印染废水时，木质素类絮凝剂是一个很好的选择。

1.4.3 甲壳素类脱水絮凝剂

甲壳素是一种天然生物多糖高分子材料，其基本结构与纤维素类似，在自然界存在丰富。主要是从虾壳、虾头里提取制备，因其重复的单元体中有乙酰基或氨基，所以其化学性质较为活泼，具有的生物官能性和相容性、安全性、微生物降解性等优良性能，并对污泥有很好的调理作用。作为一种天然资源，在农业、食品、医药、水处理等行业都有着广泛的应用前景。

用壳聚糖对厌氧消化污泥进行脱水处理试验，发现污泥脱水时，加入壳聚糖后，离心分离出来的悬浮固体量（以污泥中悬浮固体含量计）明显升高，表明壳聚糖具有脱水性能。通过席夫碱反应得到多种壳聚糖季铵盐，发现在乙酸缓冲溶液中，季铵化壳聚糖的抗菌活性比壳聚糖强，并且具有一定的脱水性能。通过将壳聚糖与阳离子剂（二甲基二烯丙基氯化铵）接枝共聚改性来改善絮凝效果，以硫酸铈为引发剂，水溶液聚合法合成阳离子型壳聚糖絮凝剂（chitosan-g-PDMDAAC）。与在污泥、污水处理中常用的絮凝剂CPAM、PAM、PAC进行絮凝效果比较，结果表明，阳离子型壳聚糖絮凝剂的絮凝效果优于其它几种絮凝剂，污泥含水率能从95%以上降至滤饼含水率为68%左右。合成出壳聚糖接枝聚丙烯酰胺絮凝剂共聚物，测试出共聚物对高岭土悬浊液有良好的絮凝效果。通过壳聚糖的氨基与甲醛和酚类物质的曼尼希反应引入硫酸根基团，制备的两性壳聚糖衍生物，对高岭土悬浮液有良好的絮凝效果。由此可见，改性后的壳聚糖絮凝剂均有良好的絮凝效果，是污泥脱水絮凝剂的一个发展方向。

2 发展趋势

随着治理环境要求的不断提高，污泥年产量的增加，污泥调理中所用的化学试剂也需不断地发展与创新，以达到满足污泥处理的效果的目的。日前，污泥脱水剂的总发展趋势是：减少无机絮凝剂的使用量，减少对环境的二次污染，具有无毒，易于生物降解等特点，能很好的提高污泥的脱水性能。

随着人们对环境的要求提高，絮凝剂的研究也需同步改变与发展。天然高分子脱水絮凝剂对环境不造成二次污染，无毒，易被微生物分解，原料来源广泛，价格低廉，是研究絮凝剂的原材料选择。相信通过不断地深入研究，生产工艺的不断完善，可生产出高效率、无污染、价格低廉的高分子絮凝剂，促使天然高分子絮凝剂在水处理方面以及污泥脱水方面发挥其作用。