基于絮凝调理技术强化污泥脱水性能的研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0563

摘要/Abstract

摘要：

对污泥进行调理改性，提升污泥脱水性能是实现污泥妥善处置和资源化利用的重要前置条件。基于絮凝原理的调理技术效果显著，成本可控，是改善污泥脱水性能的最可靠和应用最广泛的技术之一。此外，絮凝联合调理技术能发挥协同作用，功能特性更加完备，是当下污泥脱水的研究热点。介绍了污泥处理处置现状及污泥脱水的技术难点，阐述了不同种类絮凝剂和絮凝联合调理技术的作用机理及应用效果，以期为利用絮凝调理技术强化污泥脱水性能提供理论依据和应用参考。

关键词: 污泥, 脱水, 絮凝, 联合调理

Abstract:

It is an important prerequisite for proper disposal and resource utilization of sludge to improve its dewaterability with conditioning pretreatment. Conditioning based on flocculation is the most reliable and widely used technology for improving sludge dewaterability due to its significant effects and controllable costs. In addition, the combined flocculants can play a synergistic role and have more diverse functionality, which is a research hotspot of sludge dewatering. The current situation of sludge disposal and treatment, as well as the difficulties in sludge dewatering were introduced. The mechanism and application of various flocculants or their combined usage were elaborated. This paper is expected to provide theoretical basis and application reference for the utilization of flocculation-based technology to enhance sludge dewaterability.

Key words: sludge, dewatering, flocculation, combined usage of flocculants

中图分类号:

X703.5

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I5/52

图/表 7

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66	YANG Min， HASAER B， BAI Yaohui，et al. Using activated peroxymonosulfate by electrochemically generated Fe^Ⅱ for conditioning and dewatering of anaerobically digested sludge［J］. Chemical Engineering Journal，2020，391：123603. doi:10.1016/j.cej.2019.123603
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79	CHEN Zhan， ZHANG Weijun， WANG Dongsheng，et al. Enhancement of activated sludge dewatering performance by combined composite enzymatic lysis and chemical re-flocculation with inorganic coagulants：Kinetics of enzymatic reaction and re-flocculation morphology［J］. Water Research，2015，83：367-376. doi:10.1016/j.watres.2015.06.026
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	SHI Zhou， DAI Huiqi， LUO Lu，et al. Optimization of the sludge dewaterability via lysozyme integrated with aluminum sulfate［J］. Journal of Safety and Environment，2017，17（4）：1392-1397.
81	董凌霄，丁绍兰，谢林花，等. 核桃壳骨架构建剂对污泥脱水性能的影响［J］. 环境工程学报，2016，10（1）：365-369. doi:10.12030/j.cjee.20160160
	DONG Lingxiao， DING Shaolan， XIE Linhua，et al. Walnut shell used as skeleton builder for improving sludge dewatering properties［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering，2016，10（1）：365-369. doi:10.12030/j.cjee.20160160
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83	ZHANG Weijun， CHENG Haowan， PENG Sainan，et al. Performance and mechanisms of wastewater sludge conditioning with slag-based hydrotalcite-like minerals（Ca/Mg/Al-LDH）［J］. Water Research，2020，169：115265. doi:10.1016/j.watres.2019.115265
84	XING Jinxin， TANG Qingyu， GAN Min，et al. Co-treatment of municipal solid waste incineration fly ash（MSWI FA） and municipal sludge：A innovative method to improve sludge dewatering with fly ash dechlorination［J］. Journal of Environmental Management，2023，332：117403. doi:10.1016/j.jenvman.2023.117403
85	ZHANG Weijun， PENG Siwei， XIAO Ping，et al. Understanding the evolution of stratified extracellular polymeric substances in full-scale activated sludges in relation to dewaterability［J］. RSC Advances，2015，5（2）：1282-1294. doi:10.1039/c4ra13379j
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88	WANG Junsen， WANG Tianrun， ZHU Qinyun，et al. Preparation of a novel sludge-derived biochar by K₂FeO₄ conditioning to enhance the removal of Pb²⁺ ［J］. Colloid and Interface Science Communications，2021，42：100417. doi:10.1016/j.colcom.2021.100417
89	刘浩，刘强，陈义飞，等. 氧化、絮凝联合硅藻土调理污泥脱水性能的研究［J］. 现代化工，2022，42（12）：184-189.
	LIU Hao， LIU Qiang， CHEN Yifei，et al. Study on dewatering performance of sludge conditioned by oxidation and flocculation combined with diatomite［J］. Modern Chemical Industry，2022，42（12）：184-189.
90	LI Jie， RU Shaoqin， YUAN Chenwei，et al. An all-organic conditioning method to achieve deep dewatering of waste activated sludge and the underlying mechanism［J］. Journal of Environmental Management，2023，327：116923. doi:10.1016/j.jenvman.2022.116923
91	LIU Misha， YUAN Chenwei， RU Shaoqin，et al. Combined organic reagents for co-conditioning of sewage sludge：High performance in deep dewatering and significant contribution to the floc property［J］. Journal of Water Process Engineering，2022，48：102855. doi:10.1016/j.jwpe.2022.102855
92	李杰，刘汨莎，茹少钦，等. 一种基于适度絮凝和蛋白固化理论的污泥联合调理剂及其调理方法和经济投加量确定方法：CN114275995B［P］. 2023-02-28.
	LI Jie， LIU Misha， RU Shaoqin，et al. A composite conditioner based on the theory of moderate flocculation and protein solidification，application and economic dosage determination method：CN114275995B［P］. 2023-02-28.
93	WANG Jiajun， MENG Xiaoqing， CHEN Yu，et al. Simultaneously attenuating antibiotic resistance genes and improving the dewaterability of sewage sludge by conditioning with Fenton’s reagent：The pivotal role of sludge pre-acidification［J］. Environmental Science and Pollution Research，2021，28（11）：13300-13311. doi:10.1007/s11356-020-11562-w

水分类型	定义及特点	质量分数/%	去除方法
自由水	存在于污泥颗粒之间，呈游离态，不与固体直接结合，作用力弱，易分离，占比大	70	利用重力沉淀、浓缩去除
间隙水	污泥絮体间隙空间所含的水分，受表面张力影响，不能自由流动	20	利用压力过滤或离心力等机械作用力实现分离
结合水	污泥颗粒内部或者微生物细胞膜中的水分，难以机械去除	10	利用絮凝处理、生物化学处理、热处理等使细胞膜破裂并释放结合水

水分类型	定义及特点	质量分数/%	去除方法
自由水	存在于污泥颗粒之间，呈游离态，不与固体直接结合，作用力弱，易分离，占比大	70	利用重力沉淀、浓缩去除
间隙水	污泥絮体间隙空间所含的水分，受表面张力影响，不能自由流动	20	利用压力过滤或离心力等机械作用力实现分离
结合水	污泥颗粒内部或者微生物细胞膜中的水分，难以机械去除	10	利用絮凝处理、生物化学处理、热处理等使细胞膜破裂并释放结合水

絮凝联合调理		调理机理	优点	缺点	参考文献
工艺联用	水热-絮凝	利用热效应促使EPS解离和细胞破碎，释放有机物；再利用絮凝剂聚集沉降	处理成本低、环境污染少	高温、高压、高能耗、存在安全隐患	〔45-46〕
	超声-絮凝	利用超声波对污泥颗粒的冲击和空化作用使得污泥内部通道塌陷，释放结合水；联合絮凝作用优化沉降效果	处理速度快、无二次污染、处理后污泥稳定性高	运行能耗高、工艺不成熟、实际应用有一定局限性	〔47-48〕
	电解-絮凝	在电场作用下，污泥絮体在阳极破裂分解；联合絮凝作用增强污泥颗粒团聚性	脱水效率高、原理简单、操作方便	运行成本高、电极消耗量大且会造成环境污染	〔49〕
	电渗透-絮凝	施加电场作用，使毛细孔道畅通，由反离子携带水份向电极运动；利用絮凝剂凝聚成团，增强脱水性能	脱水效率高、操作灵活、可去除重金属等污染物	电耗高、处理成本高、对污泥预处理要求技术高	〔50-51〕
药剂联用	氧化-絮凝	氧化破坏EPS和细胞结构，促进结合水释放；利用絮凝剂吸附架桥，形成稳定絮体	反应快速、处理效果好、操作简单	投加量大、部分氧化剂会造成环境的二次污染	〔52〕
	酶-絮凝	生物酶有效溶解污泥EPS；与絮凝产生协同作用	环境友好、处理泥量大	技术不成熟、成本偏高、难以大规模使用	〔53〕
	骨架-絮凝	骨架构建体形成高渗透性网格结构，增强污泥颗粒结构强度；联合絮凝作用，改善脱水性能	脱水效果好、适用性广	骨架成本高、污泥脱水液pH过高	〔54-55〕
	絮凝-絮凝	不同絮凝剂间存在协同作用，增强脱水性能	絮凝效果好、操作简便、处理成本低	存在环境污染	〔56〕

絮凝联合调理		调理机理	优点	缺点	参考文献
工艺联用	水热-絮凝	利用热效应促使EPS解离和细胞破碎，释放有机物；再利用絮凝剂聚集沉降	处理成本低、环境污染少	高温、高压、高能耗、存在安全隐患	〔45-46〕
	超声-絮凝	利用超声波对污泥颗粒的冲击和空化作用使得污泥内部通道塌陷，释放结合水；联合絮凝作用优化沉降效果	处理速度快、无二次污染、处理后污泥稳定性高	运行能耗高、工艺不成熟、实际应用有一定局限性	〔47-48〕
	电解-絮凝	在电场作用下，污泥絮体在阳极破裂分解；联合絮凝作用增强污泥颗粒团聚性	脱水效率高、原理简单、操作方便	运行成本高、电极消耗量大且会造成环境污染	〔49〕
	电渗透-絮凝	施加电场作用，使毛细孔道畅通，由反离子携带水份向电极运动；利用絮凝剂凝聚成团，增强脱水性能	脱水效率高、操作灵活、可去除重金属等污染物	电耗高、处理成本高、对污泥预处理要求技术高	〔50-51〕
药剂联用	氧化-絮凝	氧化破坏EPS和细胞结构，促进结合水释放；利用絮凝剂吸附架桥，形成稳定絮体	反应快速、处理效果好、操作简单	投加量大、部分氧化剂会造成环境的二次污染	〔52〕
	酶-絮凝	生物酶有效溶解污泥EPS；与絮凝产生协同作用	环境友好、处理泥量大	技术不成熟、成本偏高、难以大规模使用	〔53〕
	骨架-絮凝	骨架构建体形成高渗透性网格结构，增强污泥颗粒结构强度；联合絮凝作用，改善脱水性能	脱水效果好、适用性广	骨架成本高、污泥脱水液pH过高	〔54-55〕
	絮凝-絮凝	不同絮凝剂间存在协同作用，增强脱水性能	絮凝效果好、操作简便、处理成本低	存在环境污染	〔56〕

絮凝联合调理	工艺条件	脱水方式	原污泥含水率/%	脱水后泥饼含水率/%	成本/（元·t^-1）	参考文献
氧化-絮凝	单位DS投加NaClO 40 mg/g，单位DS投加PFS 100 mg/g， pH=4.0	抽滤	99.16	85.86	290	〔59〕
氧化-絮凝	单位DS投加FeSO₄ 32 mg/g，单位DS投加H₂O₂ 40 mg/g， pH=3.0	压滤	97.28	73.32	240	〔93〕
酶-絮凝	单位DS投加LZM 0.05 g/g，单位湿污泥投加PAM 20 mL/L	抽滤	96.0~98.0	65.7	>5 000	〔75〕
骨料-絮凝	单位DS投加FeCl₃=7%，单位DS投加CaO=13%，	压滤	96.2	61	100	〔54〕
絮凝-絮凝	单位DS投加K₂FeO₄=10%，单位DS投加CPAM=0.5%， pH=2.0	压滤	99.2	81.5	2 100	〔52〕
絮凝-絮凝	单位DS投加PDMD=2%，单位DS投加TA=2%	压滤	97.02	53.46	1 500	〔91〕

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