近年來，隨 工業的發展及人口的增加，污泥產量增長明顯。近年來，污泥的處置成為當今的一大難題。據統計，我國每年排放干污泥約為550萬～600萬t，且不斷增加。我國現階段污泥的處置方法普遍是堆積、填埋。這些污泥的堆放不僅占用了大量的土地，而且還將對環境產生巨大的危害。

污泥一般是污水處理過程中產生的固體廢物。根據污水來源，分為工業污泥和生活污泥兩類。傳統的污泥處理方法主要有以下4種：衛生填埋、土地利用、焚燒和投海，但是這些方法在二次污染、大氣污染控制、投資及運營成本等方面存在的問題限制了其實際應用。目前我國對城市污泥主要采用臨時填埋的處置方式，既占用了大量土地，又對生態環境造成了破壞。

另外，污泥的成分非常復雜，含有很多病原微生物、寄生蟲卵及重金屬等，且未處理的污泥含水量很高，一般為95%～99.5%，因此必須進行脫水處理。干化后的污泥可用作化肥，土壤改良劑進行資源化利用。所以，當前環保對污泥的處理可概括為以下四點：無害化、穩定化、減量化、資源化。

1 污泥含水特性

1.1 污泥含水率分析

污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數稱為污泥含水率。一般污水處理廠初始的污泥含水率很高，大于99%，相對密度接近1。污泥固體成分分為有機物和無機物成分，一般污泥固體顆粒越細小，其含的有機物越多，污泥的含水率也越高。顆粒較大則無機物含量較高。

污泥含水率的微小變化，也能造成污泥體積的顯著改變。污泥體積、固體含量和含水率三者的關系可由式(1)推導

V2=V1(100-P1)(100-P2)

(1)式中，V1、P1分別表示處理前的污泥總體積和含水率(%)，V2、P2分別表示經過處理后的污泥總體積和含水率(%)。由上述公式可得，污泥含水率微小的降低，總體積也能顯著減小。

例如，污泥含水率從99.5%濃縮到95%時，污泥體積僅為原來的1/10。而污泥含水率從99.5%即使濃縮到98.5%，體積也可縮小為原來的1/3。所以降低污泥的含水率對污泥的減量化有著十分重要的參考意義。

1.2 污泥中水分的存在形式

Mulle等在20世紀80年代對污泥的特性研究后認為，水分在污泥中分為4種形態，即間隙水、表面吸附水、毛細結合水和內部結合水。

間隙水：不與固體直接結合的由污泥顆粒包圍著的游離水分，與污泥顆粒的作用力很弱因而很容易分離。污泥調理劑對這部分水的分離效果很明顯，間隙水一般占污泥水分的70%。

毛細管結合水：污泥顆粒間會形成一些小的毛細管，這種毛細管分為裂紋形和楔形兩種。其中充滿的水分分別稱為裂紋毛細管結合水和楔形毛細管結合水，約占污泥水分的20%左右。

表面吸附水：污泥在標準狀態下為膠體狀態，污泥膠體粒度小，因而比表面積大，由于表面張力的作用吸附水分較多。由于DLVO力的存在，膠體顆粒帶有同號電荷，互相排斥，阻礙顆粒的凝聚絮團。這部分水使用普通的濃縮或者脫水方法很難去除，因此需加入起混凝作用的電解質以使顆粒互相粘附沉降，達到污泥固體與水分分離的目的。表面吸附水約占污泥水分的7%左右。

內部結合水：存在于污泥顆粒內部或者微生物細胞體內的水分統稱為內部結合水，內部水的含量與污泥顆粒有機質含量、微生物細胞體所占比例有關。這部分水很難用機械方法去除，必須破壞細胞膜釋放細胞液，將內部結合水轉化為外部液體才能去除。內部結合水約占污泥水分的3%左右。

2 污泥脫水絮凝劑的應用及研究進展

污泥絮凝劑的使用屬于污泥的化學調理，絮凝劑對污泥具有混凝作用。混凝一般起壓縮雙電層、吸附架橋和網捕三個方面作用。根據絮凝劑的成分的不同可將絮凝劑分為無機絮凝劑、合成有機絮凝劑、天然高分子絮凝劑、微生物絮凝劑和復合絮凝劑5大類。

2.1 無機絮凝劑

無機絮凝劑屬于傳統的絮凝劑，應用歷史悠久，廣泛的用于污泥脫水。無機脫水劑主要是鐵鹽、鋁鹽、鋁鐵鹽和石灰等。除石灰等助凝作用的調理劑，無機調理劑主要為絮凝劑。按相對分子質量分為無機低分子絮凝劑和無機高分子絮凝劑。

傳統的無機低分子絮凝劑主要分為鋁鹽系和鐵鹽系。如硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵等。無機低分子絮凝劑價廉易得，但投加量大，一般要達到污泥干固體重量的5%～20%，因而導致濾餅體積增大。另外鐵離子具有顏色且鐵鹽腐蝕性較強;水中的氯離子能夠降低明礬的絮凝作用，從而增加了明礬的投加量。現在無機低分子絮凝劑的使用已越來越少。

20世紀60年代開始，無機高分子絮凝劑被陸續使用并流行。由于其性價比高的優勢，目前已在 很多地區尤其是日本、俄羅斯和西歐、中國等地區取代了傳統無機低分子絮凝劑。而美國由于有機高分子絮凝劑發展迅速及普遍應用，無機高分子絮凝劑發展相對滯后。無機高分子絮凝劑在傳統的鐵鹽、鋁鹽基礎上發展起來，主要以聚氯化鋁、聚硫酸鐵為主。因為高分子絮凝劑分子量大，高分子鏈聚合度高，可形成“膠粒-高分子物質-膠粒”的集合體，起到無機低分子絮凝劑所不具有的吸附架橋作用。因為絮凝能力強、絮凝效果好、價格相對低廉等優點，無機高分子絮凝劑已逐步成為無機調理藥劑的主流。

2.2 合成有機高分子絮凝劑

合成有機高分子絮凝劑在近30年來的增長很快，尤其以美國為主。有機高分子絮凝劑相對分子量大，架橋吸附能力更強，網捕性能較好，且具有用量小效率高，受pH、共存鹽類及溫度影響較小的優點。合成有機高分子絮凝劑分為陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性型絮凝劑。一般城市生活污泥多帶負電，宜使用陽離子型絮凝劑;工業污泥多帶正電，宜使用陰離子型絮凝劑。目前使用廣泛的合成有機高分子絮凝劑是聚丙烯酰胺及聚丙烯酰胺的衍生物。

印度伯拉理工學院(Birla Instituteof Technol-ogy)的Gautam Sen等在氮氣氛圍中，以硝酸銨為引發劑，微波促進合成的方式，采用羧甲基淀粉與聚丙烯酰胺接枝共聚得到CMS-g-PAM高效絮凝劑。在微波加熱下，可觀測到合成率達50%。

在合成兩性型有機高分子絮凝劑方面，朱勝慶等以疏水單體全氟辛基乙基丙烯酸酯(FM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)通過自由基膠束共聚合成了P(FM-AMPS-AM-DMC)四元共聚物，稱為氟碳型兩性聚丙烯酰胺絮凝劑。該藥劑與聚氯化鋁相比，用于洗煤水絮凝時具有高效性，且能在較寬的溫度范圍(10～80℃)內及較寬的洗煤水pH范圍內使用。污泥脫水試驗中可將污泥濾餅含水率由36.5%降至15.6%。

專利方面，王有華等發明了一種適合應用于石油、化工等行業的污泥處理的復合型污泥脫水聚合物。主要以陰離子或非離子聚丙烯酰胺、甲醛、有機胺、亞硫酸氫鈉、新鮮水為原料，輔以少量助劑，在一定的溫度下反應制得磺甲基聚丙烯酰胺和胺甲基聚丙烯酰胺為主要成分的膠體水溶液。其處理的濾后液COD基本低于2000mg/L，油含量在1000mg/L以下。

古耀坤等通過添加十二烷基二甲基芐基氯化銨表面活性劑的方法在板框壓濾機脫水中使用，并遞增式設定污泥注入壓力的方法可明顯降低污泥的比阻值，且提高濾餅的含固率。

2.3 天然有機高分子絮凝劑

早在公元前16世紀，古埃及就已嘗試用甜扁桃汁作為絮凝劑。近代，天然高分子絮凝劑被相繼研究開發。如今，淀粉衍生物、纖維素衍生物、植物膠、多聚糖類絮凝劑經過適當的化學改性后已被廣泛使用。某些天然高分子具有水溶性好、分子量大、且有適宜的活性基團的優點，非常適合做絮凝劑，更重要的是天然高分子原料來源廣泛，價格低廉且無毒或低毒，以其“綠色絮凝劑”的稱號受到廣泛關注。

污泥脫水領域研究較為深入的是殼聚糖類絮凝劑。目前國外已開始采用殼聚糖類絮凝劑做污泥脫水劑增稠劑，工業效果應用較好。殼聚糖分子鏈內的六元環平面有一定角度，側鏈上有羥甲基、羥基和胺基等活性基團，決定了殼聚糖除了吸附、架橋，還有普通絮凝劑所沒有的螯合、交聯功能。

山東大學的頓咪娜等和武漢大學的鄒鵬等都做了殼聚糖調理劑與聚丙烯酰胺(PAM)對污泥脫水性能影響的比較。頓米娜等在兩種絮凝劑各自不同的溫度、pH值、攪拌時間以及投加量對污泥調理效果進行比較，發現殼聚糖和PAM對活性污泥的脫水效果相當，對消化污泥殼聚糖略遜于PAM的調理效果。鄒鵬等發現，要達到相同的絮凝效果殼聚糖用量大于陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)。而先加氯化鋁再加殼聚糖的復配方法，比這兩種絮凝劑單獨投加的效果要好。

杜麗英等以殼聚糖為原料，通過接枝共聚反應合成了殼聚糖-AM-DMDAAC，殼聚糖-AM，殼聚糖-AA三種天然改性高分子絮凝劑對活性污泥調理，結果表明，殼聚糖-AM-DMDAAC陽離子型接枝共聚物效果較好。調理后的100mL污泥真空抽濾1min的濾液體積可達到70mL，抽濾5min后可將污泥含水率從95.4%降低到86.4%，脫水效果優于殼聚糖、聚丙烯酰胺等其他幾種常用的污泥脫水劑。

而在其他天然高分子絮凝劑方面，Hartong等人研究了環糊精改善污泥脫水性能的機理，發現環糊精不僅能有效降低濾餅比阻，其特殊結構能破壞水中懸浮的陽離子膠體，減小懸浮液濁度并凝聚聚合物鏈。

2.4 微生物絮凝劑

微生物絮凝劑(microbial flocculants，MBF)是一種利用生物技術，通過從微生物體或其分泌物中發酵、抽取、精制而得到的一種具有生物分解性和安全性的高效、無毒的新型水處理絮凝劑。其具有絮凝活性高、安全、可生物降解、無二次污染的優勢，越來越受到重視。微生物絮凝劑的絮凝機理不甚清楚，主要有雙電層壓縮學說、吸附架橋學說和化學反應學說。目前較為普遍接受的是“吸附架橋”學說。該學說認為絮凝劑大分子借助離子鍵、氫鍵和范德華力，同時吸附多個膠體顆粒，在顆粒間產生“架橋現象”，以形成一種網狀三維結構而沉淀下來。

張娜等以醬油曲霉為原料，產生的微生物絮凝劑(MBF)為污泥絮凝脫水劑，進行城市污水處理廠濃縮污泥的調理。研究表明，調理后的污泥在3000r/min離心9min，污泥脫水率可達82.7%，濾餅含水率降低至77.3%，污泥脫水后體積減至原來的1/5左右。

王琳等用研制的微生物絮凝劑MBF-C對二沉池濃縮污泥進行調理，結果表明，當期投加量為20mg/L;助凝劑CaCl₂投加量為75mg/L，pH為7.5，攪拌速度為300r/min時，經離心脫水后污泥含水率為84.5%，體積減小80%左右，調理效果優于PAM/PAC及FeCl₃。

趙繼紅等以活性污泥為原料，從中篩選出一株微生物絮凝劑產生菌，優化培養后命名為M-127。將其用于污泥脫水，并與聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁及硫酸鋁進行脫水效果比較。實驗表明，當絮凝劑在濃度40mg/L，pH=6.5的條件下，污泥比阻可降至4.71×10¹⁰m/kg，脫水率可達96.3%，效果優于PAC、PAM以及Al₂(SO₄)₃。

2.5 復合絮凝劑

有若干無機、有機絮凝劑制備或復配而成的絮凝劑稱為復合絮凝劑。目前常用的復合絮凝劑有無機/無機、無機/有機等復合絮凝劑。復合型絮凝劑是近幾年才開始研制的新型絮凝劑，它能綜合單一絮凝劑的各自不同的優點，克服某些性能上的不足。如復合絮凝劑適應范圍廣，pH使用范圍大，對各種濃度水質或有色廢水等均有良好凈化效果，污泥脫水性能好等諸多優點，在水處理領域得到越來越廣泛的研究與應用。

目前，以無機/有機復合絮凝劑的研究應用較多。曾德芳等以粘土礦物累托石和蝦蟹殼為主要原料，將累托石進行改性，蝦蟹殼與氫氧化鈉制成天然高分子材料，配置成復合絮凝劑工作液。與聚丙烯酰胺相比，污泥脫水率提高了5.47%，污泥沉降時間縮短了33.33%，噸污泥單耗絮凝劑成本下降了4%，且處理過程中的二次污染大幅度減小。

郭亞萍等將三氯化鐵與聚乙烯醇以4：1配合使用，與單獨使用三氯化鐵、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺三種絮凝劑進行污泥調理效果的比較，發現復合時脫水效果均優于單獨使用以上三種絮凝劑。該復合絮凝劑用量為干泥量的1.0%時，污泥含水率由94%下降到71%，其體積可縮小為原體積的2%，且濾液透光率達98%。

吳幼權等對天然高分子/有機復合絮凝劑進行了研究。在氮氣保護下，以硝酸鈰銨為引發劑，采用殼聚糖與有機單體丙烯酰胺接枝共聚制得殼聚糖衍生物(CAM)，再與陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)復配，制備了復合絮凝劑CAM-CPAM。考察了該復合絮凝劑對污泥脫水性能的影響。發現經該復合絮凝劑調理的污泥脫水性能明顯由于殼聚糖(CST)和陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)。當投加量為30mg/L時，污泥脫水率可達90%以上，沉降速率可達0.55cm/s，濾液濁度小于8NTU，透光率高于85%。

3 新型絮凝劑的發展及研究現狀

近年來，隨著合成技術的發展和工業應用的需要，越來越多的新型結構聚合物絮凝劑得到開發與應用。污泥脫水絮凝劑在技術上經歷了從單一品種到多品種，從單組份到多組份，從一般功能到特殊功能或多功能的發展過程。

隨著對環境要求的日益提高，化學調理成為污泥脫水不可避免的處理程序，一些新型的調理藥劑或輔助方法也被研發出來。日本的Sakohara等研究了將熱敏性聚合物與有機絮凝劑共聚，通過熱敏性聚合物在常溫下親水，在溫度較高時(32℃以上)疏水的特性以調節污泥脫水性能。有效劑量是傳統絮凝劑的兩到三倍。

其他方面，Hans Saveyn等研究了污泥在電場下投加絮凝劑的脫水性能。污泥的超聲波預處理、臭氧預處理也被研究，且有些已經投入工業化使用。