葉新合，劉軍偉，策紅軍，王 銳

（1.正陽縣生態(tài)環(huán)境局，河南駐馬店 463600；2.洛陽綠潮環(huán)?？萍加邢薰?，河南洛陽 471000；3.洛陽理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)學(xué)院，河南洛陽 471023）

市政污泥是污水處理過程生成的副產(chǎn)物，主體部分為生化處理產(chǎn)生的剩余污泥。隨著城鎮(zhèn)化速度的加快，市政污泥的產(chǎn)量日益增加。歐盟〔1〕、澳大利亞〔2〕、美國〔3〕和中國〔4〕的干污泥年均產(chǎn)量分別達(dá)到9×106、3.6×105、1.78×107、3.69×107t。由于市政污泥中含有機(jī)污染物、重金屬離子和寄生蟲等，必須采用適當(dāng)方法進(jìn)行處理與處置，否則會產(chǎn)生較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)〔5〕。脫水是污泥處理的重要步驟，對于減少污泥體積、方便運(yùn)輸、穩(wěn)定其有機(jī)成分、實(shí)現(xiàn)資源化利用、提高熱值甚至減少垃圾填埋場滲濾液的產(chǎn)生具有重要作用〔6〕?，F(xiàn)有文獻(xiàn)多關(guān)注污泥性質(zhì)、污泥脫水工藝方法和污泥脫水效率影響因素的研究〔7?9〕。

污泥脫水調(diào)理方法通常分為化學(xué)、生物和物理調(diào) 理 法〔5，9?10〕。其中 化 學(xué)調(diào)理已被 廣 泛用于污泥 機(jī)械脫水預(yù)處理，但化學(xué)調(diào)理劑的價(jià)格較高，且調(diào)理后增加了脫水濾液中污染物的濃度，易造成二次污染〔11?12〕，而生物調(diào)理的周期過長，因此尋找經(jīng)濟(jì)有效的物理調(diào)理法具有重要意義〔13〕。物理調(diào)理技術(shù)的研究內(nèi)容廣泛，但目前對于污泥脫水還缺乏較全面的綜述，筆者以污泥物理調(diào)理技術(shù)為對象，分析了調(diào)理技術(shù)對污泥脫水性能的影響及其作用機(jī)制，并對物理調(diào)理改善污泥脫水性能的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行歸納和總結(jié)，以期為市政污泥高效處理及處置技術(shù)的開發(fā)提供借鑒。

1 污泥物理調(diào)理技術(shù)分類

物理調(diào)理是指用非化學(xué)調(diào)理劑或以輸入能量來改善污泥脫水性能的技術(shù)〔13〕。其中非化學(xué)調(diào)理劑包括碳基材料和工業(yè)礦渣等，而能量調(diào)理法則包括加熱、凍融、微波或電場等形式（見圖1）〔5〕。一般來說，污泥中的水分為3 種類型，自由水、間隙水和束縛水〔13?14〕。其中束縛水是胞外多聚物（EPS）和細(xì)胞內(nèi)水的結(jié)合水，只占污泥總含水量的10%左右，很難機(jī)械去除。因此，去除束縛水和細(xì)胞內(nèi)的水需要調(diào)節(jié)EPS 結(jié)構(gòu)或破壞細(xì)胞膜，以便將其轉(zhuǎn)化為自由水。碳基材料、熱處理、凍融處理和電處理在束縛水的去除方面具有較大優(yōu)勢〔13〕。

圖1 市政污泥物理調(diào)理技術(shù)分類Fig.1 Classification of physical conditioning techniques for municipal sludge

2 非化學(xué)調(diào)理劑對污泥的脫水性能

非化學(xué)調(diào)理劑具有剛性和多孔特性，能降低壓縮性和改善壓縮過程中滲透性，常用作骨架材料或助濾劑〔13〕。這些剛性多孔材料包括粉煤灰〔15〕、石墨〔16〕、褐煤〔17〕、鋼渣〔18〕、石膏〔19〕、木片〔20〕和稻殼〔9，21〕，添加量通常為干污泥質(zhì)量的30%~50%。相應(yīng)地，過濾比阻（SRF）和壓縮系數(shù)可降低58%~88%和22%~90%〔21〕。

2.1 碳基材料

碳基材料具有增加滲透性但不降低污泥熱值的能力，有利于脫水污泥的焚燒〔22〕，與其他礦物基材料相比具有優(yōu)勢。典型的碳基材料包括粉煤灰、石墨材料和稻殼材料等。

（1）粉煤灰。粉煤灰廉價(jià)易得，用于調(diào)理市政污泥可以達(dá)到“以廢制廢”的功效。粉煤灰通過降低污泥比阻〔23〕和保持污泥在壓濾過程中的滲透性〔24〕來提高脫水性。研究表明，硫酸改性粉煤灰的調(diào)理能力明顯強(qiáng)于原粉煤灰，改性的主要影響因素為酸濃度和浸泡時(shí)間，優(yōu)化改性條件為酸濃度4 moL/L，酸灰比5∶1（mL/g），浸泡時(shí)間3 h，改性后粉煤灰的比表面積由2.810 m2/g 增加到3.376 m2/g〔25〕。當(dāng)硫酸改性粉煤灰投加量為干污泥質(zhì)量的273%時(shí)，污泥SRF由1.86×1013m/kg 降至4.23×1011m/kg，濾餅含水率由86.90%降至56.52%。粉煤灰改性后表面可能會出現(xiàn)大量帶正電荷的硅鋁活性中心，而污泥表面的負(fù)電荷被鋁硅活性中心的正電荷抵消，從而破壞了膠體污泥顆粒的穩(wěn)定性〔26〕。因此，硫酸改性粉煤灰的污泥調(diào)理機(jī)理主要包括通過電荷中和與吸附架橋作用改善絮體的形成，以及通過骨架構(gòu)建劑提供輸水通道。此外，粉煤灰還有利于降低重金屬的浸出風(fēng)險(xiǎn)。

（2）石墨材料。污泥胞外聚合物（EPS）具有高度的親水性和可壓縮性，導(dǎo)致污泥脫水困難〔5〕。與此同時(shí)，EPS 含量決定了污泥表面電荷密度、Zeta 電位和絮體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性〔27〕。石墨等碳基材料（CBM）具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)，可以吸附生物聚合物〔14〕。Wenqing XU 等〔28〕的研究也表明石墨通過吸附作用對EPS 和微生物代謝產(chǎn)物（SMP）的組成和含量產(chǎn)生顯著影響。此外，石墨還會通過減弱污泥微生物的相對疏水性、提高表面自由能和形成微生物團(tuán)聚體來促進(jìn)污泥脫水〔29〕。

（3）稻殼材料。利用農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼粉提高污泥的脫水性能具有多重優(yōu)勢〔9〕。稻殼碳和木屑較粉煤灰更易在污泥體中形成多孔通道，從而達(dá)到高效去除自由水的目的〔21〕。通過管網(wǎng)效應(yīng)和層間通道效應(yīng)，稻殼材料將市政污泥的脫水率提升30%~65%，大量多孔骨架材料在污泥顆粒中建立起完整的排水管網(wǎng)，使出水通暢〔21〕。與石灰處理相比，稻殼粉作為骨架助劑時(shí)可使污泥壓縮系數(shù)由1.08 降低到0.78，泥餅的極限熱值從9×103J/g 升至1.12×104J/g，濾液的總氮和總磷分別降低13.4%、50%〔12〕。吳彥等〔9〕發(fā)現(xiàn)投加稻殼粉可有效降低濾液的濁度和溶解性化學(xué)需氧量，稻殼粉最佳投加量為污泥干質(zhì)量的70%；與單獨(dú)投加三氯化鐵（138.09 g/kg）相比，污泥比阻降低59.73%，污泥泥餅的含固率從13.99%提高到23.97%。稻殼粉含有大量二氧化硅，使其具有一定硬度，能在污泥泥餅內(nèi)部起到骨架支撐作用，有助于污泥泥餅中裂縫的生成，從而提高污泥的脫水性能。此外，稻殼粉表面帶有負(fù)電荷（70%稻殼粉表面Zeta 電位為?25.00 mV），而污泥表面也帶負(fù)電荷，由此推測稻殼粉僅作為骨架顆粒改善污泥泥餅的微觀結(jié)構(gòu)，對污泥無絮凝作用。Yan WU 等〔11〕用FeCl3制得改性稻殼生物炭（MRB?Fe），最佳改性條件為FeCl3濃度3 mol/L、超聲時(shí)間1 h。MRB?Fe 最佳用量為污泥干質(zhì)量的60%，與原污泥相比，在0.03 MPa 真空過濾條件下脫水6 min，污泥比過濾阻力下降97.9%，泥餅含水率由96.7%降至77.9%，SV30由96%降至60%，凈污泥固體產(chǎn)率提高28 倍。MRB?Fe 表面攜帶的正電荷可抵消污泥絮體的負(fù)電荷，從而提高污泥的沉降性和脫水性。稻殼粉調(diào)理后的污泥泥餅具有不可壓縮性和可滲透性，有利于污泥中水分的脫出。

（4）泥基碳。污泥的含碳量高，經(jīng)過化學(xué)處理或熱解碳化〔30〕可制得功能性炭基材料（簡稱泥基碳，SBC），用于污泥脫水工程中能夠?qū)崿F(xiàn)污泥循環(huán)利用。Weijun ZHANG 等〔31〕用CeCl3和污泥制得Ce?SBC，可改善污泥的脫水性能。主要作用機(jī)理為電荷中和及絡(luò)合反應(yīng)。Liqing LI 等〔32〕通過高錳酸鉀?鐵（Ⅱ）處理結(jié)合熱解方法將市政污泥轉(zhuǎn)化為多功能污泥基碳（Fe/Mn?SBC），F(xiàn)e/Mn?SBC 具有多孔結(jié)構(gòu)，制備方法簡單且經(jīng)濟(jì)有效，具有較好的污泥脫水應(yīng)用前景。

2.2 廢棄礦渣材料

（1）廢棄礦渣。礦渣具有剛性結(jié)構(gòu)，用作骨架材料時(shí)可作為去除污泥多余水分的通道。 R. H.RAMACHANDRA 等〔33〕采用生石灰和高爐礦渣對污泥進(jìn)行脫水處理，在pH 為10.2、投加量為0.34 g/g、接觸時(shí)間為14 min 的條件下，污泥的脫水性能最佳。Qiang XUE 等〔34〕研究了生石灰和礦渣對市政污泥的脫水效果，結(jié)果表明，礦渣粒徑和污泥含水率對脫水效果影響較大，礦渣有效粒徑范圍為0.075～0.85 mm，含水率為83%時(shí)污泥脫水率達(dá)到最大值。

（2）廢棄石膏。Y. Q. ZHAO 等〔19〕將廢棄石膏作為骨架材料，與聚合物結(jié)合對污泥進(jìn)行處理，研究結(jié)果表明，石膏的加入可將污泥的壓縮性由0.83 降至0.65，原因可能是石膏有助于建立多孔、透水、堅(jiān)硬的晶格結(jié)構(gòu)，保留固體顆粒，使水被壓濾出來。王燕杉等〔35〕研究了脫硫石膏耦合微波技術(shù)對厭氧消化污泥脫水性能的改善效果，脫硫石膏最佳投加量為6 g/L，微波功率為640 W（120 s），可使污泥比阻降至1.05×1012m/kg，處理后的污泥有機(jī)質(zhì)含量能夠滿足制備有機(jī)肥的要求。

上述研究表明，非化學(xué)調(diào)理劑作為骨架材料，通過改善微觀結(jié)構(gòu)使污泥體形成層狀，在機(jī)械脫水過程中保持泥餅的多孔性，在管網(wǎng)效應(yīng)和層間通道效應(yīng)的共同作用下提高脫水效果〔36，21〕。值得注意的是，多孔材料的粒徑應(yīng)超過10 mm，以免堵塞過濾介質(zhì)〔6〕。

3 能量調(diào)理法

除使用非化學(xué)調(diào)理劑，還可采用其他物理方法改變污泥絮體的微觀結(jié)構(gòu)，改善污泥的脫水性。最常用的物理調(diào)理法包括水熱、凍融、微波或電場等，均與能量輸入有關(guān)，因此也稱為能量調(diào)理法。

3.1 水熱處理

水熱預(yù)處理是在密閉條件下將污泥加熱至60~240 ℃，加速脂質(zhì)和碳水化合物的溶解，以及細(xì)胞壁內(nèi)蛋白質(zhì)的釋放〔37?38〕。加熱過程會促進(jìn)凝膠狀污泥絮體的分解〔39〕。水熱反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對污泥減量的影響較大，而污泥初始含水率的影響較小。從機(jī)理角度來講，水熱處理降低了污泥對水的親和力，顯著降低污泥黏度，使水熱處理后的污泥易于脫水〔40〕。甘雁飛等〔41〕用水熱法處理食品行業(yè)剩余污泥，優(yōu)化反應(yīng)溫度為220 ℃、反應(yīng)時(shí)間為3 h、污泥初始含水率為84%，在該反應(yīng)條件下污泥濕重減量可達(dá)72.9%，污泥干重減量為31.2%，污泥VSS 降解率為35.5%，脫水污泥的含水率降至59.4%，脫水濾液COD 為38.2 g/L。徐振佳等〔42〕研究了溫度、時(shí)間、硫酸鐵對污泥水熱碳化脫水性能的影響，當(dāng)反應(yīng)溫度為220 ℃、反應(yīng)時(shí)間為2 h、Fe2（SO4）3濃度為0.5 mol/L 時(shí)，污泥經(jīng)水熱碳化處理后脫水性能最好，比阻和黏度分別較對照組降低了97.7%、98.7%。活性污泥中的胞外聚合物EPS 含有黏性蛋白類物質(zhì)并高度親水，破壞污泥絮體、釋放和水解黏性有機(jī)物能有效改善污泥的脫水性能。而水熱碳化的高溫高壓環(huán)境破壞了污泥絮體，使得污泥膠體結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚力降低，污泥脫水性能得到改善。

水熱反應(yīng)引起的有機(jī)物種類和官能團(tuán)變化存在顯著區(qū)別。水熱反應(yīng)可誘導(dǎo)一系列室溫下無法發(fā)生的轉(zhuǎn)化過程，如水解、脫水、脫羧和芳構(gòu)化〔37〕。水熱處理時(shí)，去除有機(jī)物中的親水官能團(tuán)和污泥碳化能顯著降低污泥的持水性能。水熱處理的不足之處為產(chǎn)生大量含氮雜環(huán)化合物的難降解有機(jī)廢水。此外，水熱處理過程還應(yīng)關(guān)注設(shè)備腐蝕問題〔37〕。莊修政等〔43〕指出污泥直接機(jī)械脫水時(shí)含水率一般只能降到70%~80%，進(jìn)行水熱處理后含水率能降至20%~40%。水熱處理耦合機(jī)械壓濾技術(shù)可有效降低剩余污泥的脫水能耗，其中水熱處理（溫度為120~210 ℃，停留時(shí)間為10~90 min）的脫水率較高，達(dá)到相同脫水率所外加的機(jī)械壓力隨溫度的升高而降低〔38〕。

水熱處理后的污泥可作為土壤改良劑或固體燃料使用。但水熱處理后污泥中的重金屬Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Cr 等均表現(xiàn)出一定程度的富集，其潛在風(fēng)險(xiǎn)主要取決于土地環(huán)境特征、負(fù)荷率和生物有效性〔44〕。而水熱處理的溫度越高，磷、鈣、鎂等營養(yǎng)元素越容易富集到水相中。

3.2 凍融調(diào)理法

凍融調(diào)理是通過改變污泥絮體結(jié)構(gòu)來降低束縛水量的方法。在循環(huán)冷凍/解凍過程中，污泥首先在水冰點(diǎn)溫度以下被凍結(jié)（?20~?15 ℃），再在室溫下解凍并保持一段時(shí)間〔22〕。由于均勻冰晶的形成，水分子被固定在冰晶中，污泥顆粒被排除在晶體結(jié)構(gòu)之外。冰基質(zhì)中微小的未凍結(jié)區(qū)域被周圍的冰鋒不斷脫水的過程，稱為固化階段。固化階段可實(shí)現(xiàn)固液分離，同時(shí)聚集體內(nèi)水分的結(jié)晶會破壞細(xì)胞膜，將細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)釋放到水環(huán)境中〔45〕。此后隨著冰的融化，水被排出，濃縮固體可單獨(dú)收集〔46〕。凍融循環(huán)次數(shù)和冷凍溫度是脫水性的主要影響因素，反復(fù)凍融操作會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水結(jié)晶和體積膨脹，伴隨著細(xì)胞膨脹現(xiàn)象，包含細(xì)胞內(nèi)水在內(nèi)的束縛水含量降低，有利于污泥深度脫水〔47〕。

凍融處理可以有效降低污泥比阻，從而改善其脫水性能。武亞軍等〔48〕研究發(fā)現(xiàn)溫度為?11 ℃時(shí)處理效果最優(yōu)，凍融處理后污泥含水率最低可降至54.0%，抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)42.84 kPa，最大減容比為40%，達(dá)到污泥減量的目的。Kai HU 等〔45〕在?18 ℃下凍融處理污泥72 h，混合污泥和剩余活性污泥的沉降量分別減少31.2%~31.3%和33.3%~44.7%。此外，凍融處理有利于固相向水相的傳質(zhì)過程。方興等〔49〕探究了冷熱聯(lián)用干燥市政脫水污泥的可行性。當(dāng)冷凍溫度降到?30 ℃時(shí)，細(xì)胞死亡率達(dá)到15.5%，是未冷凍時(shí)的9.7 倍；當(dāng)干燥溫度為60 ℃，冷凍溫度分別為?10、?20、?30 ℃時(shí)，脫水污泥的干燥時(shí)間分別縮短25.0%、33.3%、29.2%。

在氣候寒冷的地區(qū)，凍融處理具有顯著優(yōu)勢，然而如何量化釋放的細(xì)胞內(nèi)水分及細(xì)胞腫脹對改善脫水性的貢獻(xiàn)值得進(jìn)一步研究。此外，重復(fù)凍融操作能耗大，也限制了其推廣與應(yīng)用〔13〕。

3.3 超聲波和微波調(diào)理法

采用超聲波和微波調(diào)理污泥具有巨大潛力，近年來受到研究者的關(guān)注。超聲的頻率>20 kHz，由于存在循環(huán)負(fù)壓會發(fā)生聲空化現(xiàn)象，此時(shí)超聲波應(yīng)力會破壞微生物的細(xì)胞壁，并將細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物釋放到水相中〔50〕。黃錦佳等〔51〕采用超聲?生物瀝浸?氧化鈣調(diào)理市政污泥，SRF 和結(jié)合水分別下降90.12%、72.21%；經(jīng)預(yù)調(diào)理聯(lián)合超高壓壓濾系統(tǒng)處理后，泥餅含水率可降至49.94%，泥餅中Cr、Cu、Cd、Zn、As、Pb 的去除率分別為42.41%、36.50%、30.92%、27.97%、25.94%、22.11%，白菜發(fā)芽指數(shù)>80%；超聲預(yù)處理后污泥的結(jié)構(gòu)被破壞，污泥粒徑減小、Zeta 電位上升，污泥中的多糖和蛋白質(zhì)被釋放，促進(jìn)污泥中重金屬釋放，從而改善脫水性能。適當(dāng)?shù)某暷芰棵芏群统晻r(shí)間對污泥脫水有積極作用。有文獻(xiàn)報(bào)道，超聲處理對污泥脫水效果的影響取決于能量輸入，最佳超聲能量輸入為800 kJ/kg〔52〕。薛飛等〔53〕研究發(fā)現(xiàn)，超聲預(yù)處理的最佳工況為超聲能量密度2.0 W/mL、超聲時(shí)間20 min，此時(shí)泥餅含水率為62.3%，污泥比阻為3.21×1012m/kg。薛飛等〔53〕研究了超聲?溶菌酶協(xié)同處理印染污泥的脫水性能，結(jié)果表明，污泥體積減小近50%，脫水性能明顯改善，溶胞效率表現(xiàn)為超聲?溶菌酶協(xié)同處理>超聲處理>溶菌酶水解。關(guān)于超聲處理對污泥脫水性能的影響也存在一些爭議。J.BIEN 等〔54〕報(bào)道了超聲波處理可提高污泥脫水性，而F.WANG 等〔55〕認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)聚合物的釋放和細(xì)胞解體會使污泥脫水性惡化。盡管超聲調(diào)理的有效性存在爭論，工程化放大難度是限制其推廣應(yīng)用的主要原因之一。

微波調(diào)理是利用波長為0.1 mm~1 m、頻率為300 MHz~3 THz 的電磁波對污泥進(jìn)行熱輸入的過程，在堿性條件下微波處理對污泥脫水有積極影響〔56〕。吳建等〔57〕考察了微波、超聲波和微波?超聲聯(lián)用技術(shù)對鋁加工污泥的調(diào)理情況。微波單獨(dú)調(diào)理時(shí)，當(dāng)微波功率為400 W、微波輻射時(shí)間為40 s，污泥含水率由90%降至74.87%；超聲波單獨(dú)調(diào)理時(shí)，超聲時(shí)間為8 min 污泥含水率由90%降至77.57%；采用微波?超聲調(diào)理，微波輻射時(shí)間40 s，超聲時(shí)間為4 min 時(shí)污泥含水率可由90%降至74.09%。李洋洋等〔58〕采用微波耦合Fe0/H2O2方法提升剩余污泥的脫水性能，當(dāng)初始pH 為3、微波功率為400 W、反應(yīng)時(shí)間 為150 s、H2O2投加 量 為90 mg/g、Fe0投加 量 為60 mg/g 時(shí)，污泥脫水性能達(dá)到最佳，SRF、泥餅含水率和毛細(xì)吸水時(shí)間分別降低90.5%、15.5%、63.3%，分析認(rèn)為緊密型胞外聚合物中蛋白質(zhì)和糖類的減少與污泥脫水性能提高正相關(guān)。

微波調(diào)理污泥生產(chǎn)的固體生物燃料類似于煤炭，與型煤混燒后可用于民用或工業(yè)鍋爐。然而與空化作用類似，污泥預(yù)處理所用高功率微波發(fā)生器的規(guī)?；瘧?yīng)用在技術(shù)上存在較大困難，同時(shí)也缺少經(jīng)濟(jì)性。

3.4 電處理法

電脫水是新興的污泥脫水技術(shù)，具有效果好、成本低、無需加入絮凝劑等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的發(fā)展前景〔59〕。袁晉亭等〔60〕研究了電滲透高干脫水技術(shù)對污泥的脫水效果，發(fā)現(xiàn)泥餅初始pH 可影響污泥的電滲透脫水效果，pH 為5 時(shí)Zeta 電位為負(fù)值，污泥含水率降低，脫水效果最好。黃殿男等〔61〕研究了電滲透條件下不同極板間污泥的脫水性能，結(jié)果表明，陰陽極附近區(qū)域污泥的含水率均呈下降趨勢，其中陽極下降最快，最低含水率可降至50.4%；陰極pH 升至9.1，中部變化不明顯，陽極pH 持續(xù)降至5.8。Shaogang HU 等〔62〕應(yīng)用電氧化+Fe（Ⅱ）調(diào)理策略去除2 種污泥的重金屬，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥脫水和穩(wěn)定化。當(dāng)Fe（Ⅱ）投加量為82 mg/g、處理時(shí)間為4.5 h 時(shí)，污水污泥和工業(yè)污泥中的Cu、Zn、Pb 去除率分別為72.95% 和78.49%、66.29% 和84.26%、36.52%和36.99%。污水污泥和工業(yè)污泥體系的pH 分別降至2.33、2.98，氧化還原電位分別升到435.90、480.60 mV，有利于污泥結(jié)構(gòu)中重金屬的解吸和溶解，以及與重金屬絡(luò)合的有機(jī)物的降解。此外，在污泥絮體的高效電化學(xué)分解作用及電氧化產(chǎn)生的Fe（Ⅲ）對污泥顆粒的凝聚作用下，混合調(diào)理工藝表現(xiàn)出優(yōu)異的脫水性能。Binqi RAO 等〔63〕認(rèn)為，外加電場通過驅(qū)動中間層水克服毛細(xì)管壓力，使恒壓梯度脫水（G?PEDW）較超高壓機(jī)械脫水（UMDW）去除更多的水。經(jīng)G?PEDW 和恒壓加壓電脫水（U?PEDW）處理后，污泥含水率分別達(dá)到28.41%、27.33%。此外，G?PEDW 的能耗為189.62 kW·h/kg，遠(yuǎn)低于U?PEDW。因此，與UMDW和U?PEDW模式相比，含水量低、能耗低的G?PEDW模式具有最佳脫水性能。

電化學(xué)反應(yīng)引起的胞外聚合物溶解會堵塞濾布?；钚蕴?、石墨等碳基材料具有良好的導(dǎo)電性和孔結(jié)構(gòu)，能夠吸附生物聚合物。添加碳基材料有望提高污泥的電導(dǎo)率和可過濾性，從而改善電脫水性能。研究表明，選用碳基材料對剩余污泥的電脫水性能有促進(jìn)作用，該促進(jìn)作用與碳基材料的電導(dǎo)率成正比，同時(shí)碳基材料還能提高污泥絮體的電泳遷移率和電滲效應(yīng)〔14〕。此外，碳基材料可以吸附溶解的EPS，從而減輕過濾介質(zhì)的堵塞和過濾阻力；碳基材料的加入還降低了電脫水能耗，提高了泥餅的熱值和持續(xù)燃燒時(shí)間。在改善污泥電脫水效果方面，碳基材料的導(dǎo)電作用較吸附作用更為重要。

能量調(diào)理法改善污泥脫水性能的方法、機(jī)制和優(yōu)化條件如表1 所示。

表1 能量調(diào)理法對污泥脫水性能的改善情況Table 1 Improvement of sludge dewatering performance by energy conditioning

4 結(jié)語與展望

脫水是市政污泥處理處置的重要預(yù)處理過程。物理調(diào)理法具有工藝簡單、脫水效率高和二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，是一種適宜的脫水預(yù)處理方法?，F(xiàn)有文獻(xiàn)多關(guān)注物理調(diào)理劑的開發(fā)，重視物理調(diào)理技術(shù)的影響因素研究，掌握了不同調(diào)理技術(shù)的優(yōu)化操作條件，促進(jìn)物理調(diào)理技術(shù)的發(fā)展。非化學(xué)調(diào)理劑碳基材料往往作為骨架材料，能保持污泥泥餅的多孔性，從而提高污泥的脫水性能，并有“以廢制廢”的優(yōu)勢。能量調(diào)理法可破壞污泥的絮體，使污泥膠體結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚力降低，污泥脫水性能得到改善。然而在機(jī)理研究和工廠規(guī)模化應(yīng)用方面，有許多問題尚未解決。

未來，市政污泥可采用物理法和化學(xué)法協(xié)同調(diào)理，將混凝、生物分解、高溫加熱、冷凍和化學(xué)氧化結(jié)合，用硅藻土、人造纖維、木屑、粉煤灰、石膏等作為骨架顆粒與化學(xué)絮凝劑或藥劑聯(lián)合調(diào)理污泥，將微波與生物處理相結(jié)合調(diào)理污泥，是值得研究的方向?？紤]到現(xiàn)有污泥脫水技術(shù)普遍存在能耗偏高的問題，后續(xù)開發(fā)低功耗組合調(diào)理技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。此外，還應(yīng)重視污泥脫水調(diào)理對污泥后續(xù)利用的潛在影響研究，調(diào)理技術(shù)進(jìn)步的終極目標(biāo)是促進(jìn)污泥的再利用。