随着工业化和城镇化高速发展，生活污水和工业废水与日俱增，随着污水处理设施以及污水处理技术的日益完善，其副产物污泥的产量也与日俱增。城市污水厂污泥产量大、含水率高（通常达到95%～99%），即使通过污泥脱水的常规处理工艺即浓缩-脱水-干化处理后，污泥含水率仍高达75%～85%，不仅运输难度大、成本高，后续堆肥、填埋、焚烧和土地利用等对污泥的含水量要求通常也在55%～65%之间，因此常规脱水工艺并无法达到相关要求。

因此寻找合适的污泥深度脱水的处理方法十分必要。目前降低含水率的方法主要有化学方法、物理方法和生物方法。相比较物理法、生物法，化学调理简单易行，因为其药剂来源广泛，价格较低，研究潜力大。目前已经有不少研究表明，脱水药剂的复合联用可以有效地提高污泥脱水率，然而污泥的来源广泛而且情况复杂，对于化学调理之后的污泥是否具有环境风险，以及在后续填埋、焚烧等处理过程中是否仍然具有良好的性能还需进一步研究。

1 污泥深度脱水药剂的脱水机理

污泥之中其水分分布形态主要有四种，可将这四种形态的污泥内部水划分为间隙水（或游离水），毛细水，吸附水和结合水四种。其结合强度依次递增。因为污泥中的胶质微粒对水具有很强的亲和力，导致了其含水量高，不易压缩等特点。通过对污泥进行调理，使其中的结合水，吸附水和内部水释放出，称为污泥深度调理。通过在污泥中投加化学调理剂，使污泥颗粒克服水分子的静电排斥、水合，改变絮体结构及颗粒大小，使其能够絮凝沉降改善脱水性能，再经高压压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组成部分，大量水分包裹于菌胶团内，给其包围的污泥微生物提供了良好的生存环境，这部分水分很难通过机械过滤方法去除，因此EPS含量的增加，将使得污泥滤饼的含水率增大，脱水性能降低。EPS的含量、组成、分布与污泥脱水性质紧密相关，其高度的水合性成为污泥脱水的一大障碍，如何破坏EPS对污泥脱水效果至关重要。

虽然污泥各种状态下的水分在调理过程中的转化机制不清晰，但是现阶段实践研究表明结合水与污泥微生物及其颗粒关系紧密，相比较于其他调理方式，化学调理可以有效地破坏结合水与污泥微生物的结合，从而显著提高污泥脱水效果。

2 深度脱水药剂种类及特点

污泥脱水剂又称污泥调理剂，主要分为有机絮凝剂、无机絮凝剂、助凝剂和助滤剂、复合絮凝剂等。

2.1 无机调理剂

无机调理剂主要是利用无机絮凝剂中的金属离子发生水解和聚合反应，之后其水解和聚合产物与水体颗粒进行絮凝作用包括电中和脱稳、压缩双电层、吸附架桥或沉淀网捕等，进而生产较大絮凝体从而分离去除，主要有铝盐和铁盐及其高分子聚合产物。由于传统铝盐水解反应极为迅速，无机高分子混凝剂可在预制过程中形成一定水解稳定性的优势混凝形态产物，且其分子链更长、电荷密度更高从而在单位长度分子链上结合的带负电污泥颗粒更多，与污泥的结合更为紧密，从而受到广泛关注。

聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PFC）、硅酸类絮凝剂等，是现阶段常用的无机高分子絮凝剂，和传统无机絮凝剂一样其缺点是絮凝效果差，投加量大。

2.2 有机调理剂

有机调理剂根据其带电性质分别有阳离子型，阴离子型和非离子型以及两性离子型。其主要脱水机理是通过分子链变性，拉长分子链，对污水中凝聚的颗粒起到吸附架桥的效果，使颗粒与水易于分离。具有投加量少，絮凝能力强，絮体粗大且沉降性能好的特点，但相对生物毒性高，能致癌、致畸变，且难以生物降解，应用范围受限。

目前常用的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列产品，因为污泥胶体表面带负电荷，因此阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的表现要优于其他离子型，而被广泛使用。

2.3 复合调理剂与助凝剂

助凝剂主要是提高或改善混凝剂的效果的化学药剂，在污泥脱水过程中，助凝剂主要作用是作为在污泥中形成坚硬的网络骨架使污泥絮体具有持久坚固的结构。常用的助凝剂有石灰，粉煤灰等。

复合调理剂是在单一絮凝剂和助凝剂基础上发展起来的，通过多种有机无机絮凝剂和助凝剂的复合作用弥补单一絮凝剂的不足。在大多数情况下复合型絮凝剂的脱水率优于单一絮凝剂，且由于助凝剂的存在大大的节约了调理剂的投加量。但是，复合型絮凝剂从工艺上来说相对其他试剂复杂，反应条件苛刻，制备成本上可能增加。

2.4 Fenton试剂系列

Fenton试剂作为强氧化剂越来越多地被用于氧化有机物，其机理主要是其强氧化性破坏了EPS，使细胞内部的结合水析出变成表面吸附水，从而改善污泥脱水性能，但单独使用时面临投加量大、成本过高、泥饼压缩性强等问题。

因此从改善污泥脱水性，改善污泥脱水工艺，提高城市污泥的脱水效果，降低污泥的含水率角度来说，研究污泥深度脱水药剂优化，以及高效的脱水剂组合有着重要的意义。

3 深度脱水药剂在改善城市污泥脱水性能中的应用

3.1 有机混凝剂在改善污泥脱水性能中的应用

张梅杰等人对比研究了5种有机絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺（CPMA）在污泥脱水过程中污泥比阻（SRF）与毛细吸水时间（CST）之间的关系，发现其数值明显线性相关，因此提出了可使用CST代替SRF确定投药量的观点，同时SRF、CST也分别与泥饼含水率之间有明显的线性关系，因此可为污水处理厂筛选调理剂和调理方案提供技术支持。

丁绍兰等的研究表明PAM和石灰作为单一调理剂的情况下也具有良好的效果，表明了有机混凝剂在改善污泥脱水性能中也具有良好的表现，同时在污泥深度脱水过程中，药剂的投加顺序的改变对泥饼含水率影响不大。

3.2 无机混凝剂在改善污泥脱水性能中的应用

王馨悦、周志等研究了单一调理剂聚合氯化铝（PAC）和氯化铁（FC）对污泥脱水的效果，这两种常用的无机混凝剂皆可大幅改善污泥脱水性能，且前者效果好于后者。

龙国兵等人进行了包括PAC和铁盐对污泥深度脱水性能改善的对比研究，发现聚合氯化铁（PFC）和FC处理污泥效果略优于PAC和聚合硫酸铁（PFS），也从侧面表现无机混凝剂在污泥深度脱水中的良好表现。

3.3 复合混凝剂和助凝剂在改善污泥脱水性能中的应用

刘力荣研究了有机絮凝剂（PAM）、无机絮凝剂(PAC、BAC、FeCl3）、助凝剂（生石灰、粉煤灰）单独使用及联用对污泥脱水性能的影响，结果表明单独使用一种调理剂，阳离子聚丙烯酰胺（PAM）脱水效果较好。掺杂粉煤灰和石灰的复合型调理剂后，可显著提高污泥脱水性能，并能大幅降低絮凝剂投加量。

姜惠民等分别研究了石灰，粉煤灰，工业石灰，硅藻土，十二烷基硫酸钠和飞灰单独使用的污泥脱水效果，结果表明单独投加脱水效果较好的是石灰，复合投加时脱水效果较好的是石灰+粉煤灰。

3.4 Fenton试剂系列在改善污泥脱水性能中的应用

梁柱等人研究了Fenton复合调理剂对污泥脱水性能的影响，发现Fenton法能有效破解污泥中的EPS，且其与表面活性剂、生石灰联用比单独使用脱水性能好，其中Fenton-生石灰联用对污泥比阻降低效果显著。

以上研究中均表明污泥的含水率随着深度脱水药剂投加量的增加而降低，但是随着投加量的增加，单位质量药剂对含水率的贡献也会逐渐降低，甚至有可能使污泥脱水性能恶化。

4 结论

（1）相对于单一絮凝剂，复合絮凝剂在不同的絮凝机理下都表现出更加优秀的效果，然而对于不同性质的污泥，絮凝剂的投加量以及优化组合需要通过泥饼的含水率来测出，因此建立有效的数学模型指导污水厂优化深度脱水药剂十分必要。

（2）目前化学调理后的脱水污泥性能研究较少，在污泥进一步处置过程中，调理剂种类、投加量是否具有潜在环境风险尚不明确，化学调理后的污泥是否能具有更好的资源化特性仍有待进一步研究。

（3）随着工业技术的发展、污染类型的多元化，研究新型的絮凝剂仍然具有现实意义。