随着城市化建设速度的加快，绝大多数城市都相继发布了各种有关环境保护的政策规范。在环境保护工作中，污水问题严重，城区为了迎合可持续发展政策，制定了相关政策，虽然取得了一定的成就，但仍有很多亟待解决的问题。想要解决污水处理问题，污水处理厂工作方案的制定至关重要。实际上，污水处置之后所剩的污泥也属于重要资源，直接排放也就是浪费资源，而且还会污染生态环境。在对污泥的处理处置过程中，污泥脱水是目前面临的关键环节。然而，经过当前脱水工艺后，污泥的含水率依旧较高，亟需寻找更为高效的污泥脱水技术。

1 城市污泥脱水机理

污泥的脱水与其常见的基本单元——絮体直接相关，因此，明确絮体的特征和组成是深入理解污泥脱水的前提。絮体是指尺寸在（129±109）μm范围且具有分层和多样性结构的团聚物。污泥中的絮体由微生物（单细胞/丝状细菌/微菌落）、有机纤维、无机颗粒、胞外聚合物（EPS）和水组成，其中，EPS与污泥中水的释放密切相关。

污泥中的EPS分为3类：紧密结合型、松散结合型和悬浮型，主要由多种大分子（如蛋白质、胡敏酸类、多糖、核酸和脂类）组成，其质量分数占絮体干重的40%～60%。一般情况下的EPS带负电，其电荷密度为0.1～2.0meq/g。近期研究还提出，污泥中不同分层结构EPS的亲-疏水性存在明显差异，其中，与蛋白质相关的疏水性EPS常分布在污泥表层，而与多糖相关的亲水性EPS常集中在污泥内部。当外层疏水性EPS被破坏，内部亲水性EPS的暴露并不利于污泥脱水。

污泥中水的种类多样，包括自由水、间隙水和结合水（表面水及细胞内和化学结合水），其含水量分别占污泥总含水量的65%～85%、10%～25%和10%（以质量分数计，下同）。污泥中的自由水和间隙水可分别采用重力沉降法和机械脱水法去除，而结合水的脱水难度相对较大。

现今，污水处理厂污泥的脱水工艺是将污泥通入浓缩池进行浓缩处理，然后将生成的浓缩污泥（含水率95%～97%）泵入调理池与投加的试剂（如聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、生石灰）充分混合，将均匀混合的污泥泵送至机械脱水装置（如带式压滤脱水机、板框式压滤机、离心脱水机、叠螺式脱水机和螺压脱水机），并将分离的泥饼（含水率70%～80%）和滤液水分别进行后续处理。该脱水工艺主要用于去除污泥中的自由水，然而该方法产生的泥饼中的含水率依旧高达70%。基于污泥中3种水的质量分数可知，自由水的脱失量仅占原自由水总质量的17%～28%，说明后续还需进一步聚焦对污泥中自由水的脱失。

2 污泥脱水的影响因素

2.1 胶体颗粒物的难沉降性能

污泥颗粒具有双电子层结构，双电子层是指胶核外的吸附层和扩散层，即污泥中含有大量的胶体分子。胶体分子聚合而成的胶体微粒称为胶核，通常将胶核和吸附层合在一起称为胶粒，使胶粒与扩散层形成胶团。污泥胶粒一般带负电，当加入阳离子电解质后，阳离子就会涌入扩散层甚至吸附层，提高双电子层的阳离子浓度，使扩散层变薄、胶核表面的负电性降低以及双电层间距减小被压缩，进而导致颗粒间的静电斥力降低，胶粒聚集能力增强，沉降性能增强。

2.2 胞外聚合物（EPS）

EPS是活性污泥重要的组成部分，其分子量、化学性质和结构对污染物去除和污泥特性有特殊的重要性。EPS主要为蛋白质、多糖等高分子物质的统称，可影响污泥絮凝、沉降和脱水等。EPS含量的变化导致污泥处理难度增大，主要由于以下几个因素：细胞间斥力增加，降低了污泥颗粒絮凝性能；EPS中亲水性物质保留了大量的水并增加了间隙水的含量；形成的稳定类胶体结构阻止水从絮体孔中渗出；在过滤介质与污泥泥饼之间形成薄层堵塞水的通道；污泥黏度增加等。

2.3 污泥固体的强压缩性

污泥颗粒因其复杂的胶体结构特性，使污泥在机械脱水过程中，因污泥胶体特性，体积减小的速率逐渐降低，过滤介质表面逐渐被胶状泥饼覆盖，使污泥进一步压滤、脱水的难度增大，污泥的比阻会随着压力的增加逐渐增大。污泥的高压缩性导致污泥颗粒受到压力时容易变形，滤饼加厚的同时，也导致泥饼与滤布接触的过滤孔隙堵塞，降低了污泥的脱水性能。如何提高污泥泥饼的孔隙率和可压缩性成为研究的新方向，其研究内容主要集中在选用价廉易得、具有较高孔隙率和坚硬结构且对环境友好的材料作为过滤助剂，并充当骨架构建体，以降低污泥的压缩性。

3 污泥脱水预处理措施

3.1 破解法

破解法主要是指通过外加能量或应力来改变污泥的性质。常见的破解预处理技术包括冻融处理和机械处理（如球磨法、高压喷射法、微波法、超声波法等）。冻融处理是通过冷冻、融解的方式破坏污泥原有的絮体结构，减少结合水的质量百分含量，改善污泥沉降、过滤和脱水性能。冻融速率、固相浓度和冷冻时间是影响污泥冻融处理的主要因素，其中，后两者的作用更为显著。机械处理主要通过压力、正能量和旋转能量来破坏污泥中的细胞。以微波法为例，污泥中带负电的胶粒在高频电场作用下发生高速旋转，使得胶粒与EPS和水的界面形成极强的剪切力，促进胶粒与水的分离。虽然破解法也存在不足，例如冻融处理受制于地域限制、微波辐射可能对人体有害且运行成本高等，但此类方法简便易操作，在后续的工业化应用中具有较好的发展前景。

3.2 化学法

化学法是以加入化学药剂的方式，通过化学作用改变污泥特性。化学药剂类型主要包括酸、絮（混）凝剂、表面活性剂、氧化剂等，目前，因化学调理效果好、操作简单而被广泛使用。化学药剂主要分为传统无机絮（混）凝剂、新型有机絮（混）凝剂、复合絮（混）凝剂。传统无机絮（混）凝剂按分子量大小可分为无机低分子絮（混）凝剂和无机高分子絮（混）凝剂；新型有机絮（混）凝剂主要包括合成有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂和微生物絮凝剂等；复合絮（混）凝剂是由多种无机、有机絮凝剂制备或复配而成的。

化学调理污泥可以从两个层面解释：电荷中和与粒子架桥作用。对于一种给定的絮凝剂，可以将絮凝剂的投加量增加到一个较佳剂量，使絮体趋于稳定，产生大且密实的絮体，且毛细吸水时间较短。所以，絮凝剂的投加量应该是被控制的，过量投加絮凝剂会增加运行成本，同时降低污泥脱水性能，加剧对人类和生态系统的破坏。

3.3 生物调理

生物或酶对污泥的预处理主要通过EPS的水解作用弱化絮体的胶体结构，以提高污泥的脱水性能。酶是蛋白质，具有环境友好的特点，这种方法对于取代对人类和生物有毒性的高分子聚合物是十分理想的。研究发现，通过工业纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶单一或结合，可以有效减少厌氧消化处理的固体量，发现在相同投加量的情况下，混合酶消减总固体量为30%～50%，同时可提高污泥的沉降性能。对于低投加量（10～15g/m³），在市场上可以买到酶Enviro-Zyme216调理厌氧消化污泥，通过CST和含固率可以看出，明显提高了污泥的脱水性能。

3.4 联合调理技术

联合调理技术主要包括多种调理技术的复合使用（包括化学调理剂复合使用和物理调理剂与化学调理剂复合使用）。例如，芬顿试剂与十六烷基三甲基溴化铵的复合作用、酸处理与超声波的复合作用以及刚性骨架材料与化学调理剂的复合作用，能有效破坏污泥中的絮体结构和污泥的渗透性，提高污泥的脱水性能。目前研究发现，大多数联合调理技术对污泥的脱水性能及生物降解性能均具有不同程度的改善作用，且优于单一调理剂的效果。不过联合调理技术也具有局限性，其中，刚性骨架材料与化学调理剂的复合使用，需严格根据脱水后污泥的处置途径进行选择，因为刚性骨架材料的添加虽然能够有效提升污泥的渗透性，但同时也增大了污泥的总体积。因此，需要经过严格的实验配比确定刚性材料的较佳投加量，在合理控制污泥总体积的基础上，获得较佳的脱水效果。

4 结语

伴随着我国经济的飞速发展和城市化进程的不断加快，人们生活和生产所产生的污水越来越多，处理难度也逐渐增大。在污水处理工作中，污泥处置工作至关重要。在污泥处理过程中，必须积极应用污泥脱水处理技术，实现污泥减量化，综合利用处理后的污泥，在保护环境的基础上，增加社会效益和经济效益。