隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，公眾的環(huán)保意識有了極大的提高，“重水輕泥”的觀念得到改變，對污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的處理、處置問題的關(guān)注與日俱增。當(dāng)前，現(xiàn)行的污泥脫水預(yù)處理方法主要包括鐵鹽、鋁鹽和生石灰等，但脫水后的污泥存在灰分含量增加，脫水后污泥燃燒熱值低及污泥堿性提高等缺點(diǎn)。污泥的脫水方法主要包括自然干化、污泥濃縮、機(jī)械脫水和污泥干化等，經(jīng)上述方法脫水后，污泥的含水率降低至60%~80%，仍高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》(GB/T23485—2009)所要求的含水率低于60%的目標(biāo)。為了強(qiáng)化污泥深度脫水，降低污泥處理和外運(yùn)成本，提高污泥減量化、資源化、無害化和穩(wěn)定化效率，污泥脫水的預(yù)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
污泥脫水預(yù)處理是利用物理、化學(xué)等方法，通過向污泥中外加能量或者化學(xué)試劑等，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，使污泥中的部分胞內(nèi)水和孔隙水釋放出來，從而達(dá)到降低污泥中的水分含量的目的。由于污泥組成成分復(fù)雜，是由有機(jī)殘片、無機(jī)顆粒和細(xì)菌菌體等組成的復(fù)合物，其中包裹在細(xì)菌體周圍的胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances，EPS)是一種具有三維結(jié)構(gòu)的親水性凝膠狀物質(zhì)，表面帶有負(fù)電荷，約占總污泥重量的60%~80%。胞外聚合物對污泥表面的理化性質(zhì)具有重要的影響。其包裹在污泥的外部形成保護(hù)層，阻止污泥細(xì)胞的破裂和溶解，從而惡化污泥的脫水性能。因此，在污泥脫水前，需要對污泥進(jìn)行預(yù)處理，破壞穩(wěn)定的污泥絮體結(jié)構(gòu)，改變胞外聚合物中不同水形態(tài)的分布，從而提高污泥脫水性能。本文主要對當(dāng)前科學(xué)研究所聚焦的污泥脫水預(yù)處理中的的物理、化學(xué)方法進(jìn)行綜述，介紹不同的預(yù)處理方法對污泥脫水性的影響。
一、物理預(yù)處理方法
1.1 超聲預(yù)處理
超聲預(yù)處理是通過聲波(20~40kHz)傳播過程中的周期性壓縮和膨脹，在介質(zhì)中形成微小氣泡，微小氣泡的破裂產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，從而生成大量的活性自由基(H•和•OH)，并且產(chǎn)生高能量的振動剪切力，達(dá)到破壞微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁，改變不同胞外聚合物所占的比例，合理釋放胞內(nèi)物質(zhì)的目的，從而提高污泥的脫水效率。氣穴現(xiàn)象的作用主要包括物理作用和化學(xué)作用，物理作用即超聲波在傳播的過程中產(chǎn)生微湍流和振動波，從而在介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈的對流，破壞污泥絮體的結(jié)構(gòu)。化學(xué)作用即在生成的微氣泡瞬態(tài)坍縮的過程中，會產(chǎn)生一種極端工況(溫度為5000K，壓強(qiáng)為5×104kPa)促使溶劑蒸汽的離解，產(chǎn)生大量的活性自由基，破壞污泥絮體的結(jié)構(gòu)，有利于污泥絮體內(nèi)部水分的釋放。此外，聲波在傳播的過程中，可以在介質(zhì)中產(chǎn)生類似海綿狀的結(jié)構(gòu)，形成海綿效應(yīng)，使污泥中的水分通過聲波傳遞所產(chǎn)生的通道釋放到污泥絮體的外部，提高污泥的脫水性能。
Feng等通過研究不同能量密度作用下，毛細(xì)管抽吸時間(capillarysuctiontime，CST)、污泥比阻(specificresistancetofiltration，SRF)、胞外聚合物濃度和粒徑分布的變化，探究超聲預(yù)處理對于污泥脫水性能的影響。研究結(jié)果表明：在低能量密度超聲作用下[4400kJ/(kgTS)]，污泥的脫水性能略有提高，污泥比阻由處理前的2.35×1010m/kg降低至1.20×1010m/kg。這主要是由于在低能量密度超聲作用下，污泥的絮體破碎，降低了絮凝體顆粒的粒徑，使包裹在污泥中的水分釋放出來，提高了污泥的脫水能力。當(dāng)超聲的能量密度超過4400kJ/(kgTS)時，污泥的脫水性能變差，這主要是由于高密度的超聲處理使污泥絮體被破壞，產(chǎn)生大量小污泥絮體顆粒，增大了污泥絮體的總面積，增強(qiáng)了污泥的親水性，從而使污泥的脫水性降低。薛向東等通過比較污泥超聲預(yù)處理前后結(jié)合水和過濾比阻的變化特征，確定了超聲預(yù)處理對污泥脫水性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，低超聲預(yù)處理強(qiáng)度(0.1~0.15W/mL)和短超聲預(yù)處理時間(2~3min)可有效降低污泥過濾比阻，減少污泥中結(jié)合水的含量。馬德剛等研究了超聲預(yù)處理過程中的聲強(qiáng)和預(yù)處理時間對污泥電脫水性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)試驗(yàn)過程中的聲波頻率、電場強(qiáng)度和壓力相同時，適當(dāng)?shù)穆暡◤?qiáng)度和超聲預(yù)處理的時間有利于提高污泥的電滲透脫水效率，且最佳預(yù)處理工況為0.510W/cm2，預(yù)處理時間為3.5min。
1.2 微波預(yù)處理
微波預(yù)處理所使用的微波波長為1mm~1m，頻率為0.3~300GHz。微波預(yù)處理的原理主要包括熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)即在振蕩電磁場下，通過偶極子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量，使污泥中的水分加熱至水的沸點(diǎn)，導(dǎo)致污泥絮體細(xì)胞破裂。非熱效應(yīng)主要是由于極性分子的偶極取向變化所導(dǎo)致的，非熱效應(yīng)可能會導(dǎo)致氫鍵的斷裂，并且可以使復(fù)雜生物分子解折疊和變性。微波預(yù)處理可以破碎污泥絮體結(jié)構(gòu)，釋放細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)質(zhì)、降解大分子有機(jī)物從而提高污泥的脫水性。
喬瑋等研究表明，微波處理的過程中，其熱效應(yīng)可以加快有機(jī)物的水解反應(yīng)速率，破壞菌體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，改善脫水性能。當(dāng)水解溫度為170℃、反應(yīng)時間為10min時，污泥經(jīng)離心后含水率降低至65.5%。傅大放等通過研究不同微波照射功率所對應(yīng)的含水率得出結(jié)論：微波處理是污泥脫水的有效方法。Fang等通過研究微波處理過程中影響因素對活性污泥脫水特性的影響發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用1000W，2450MHz的微波照射污泥時，可以破壞污泥中蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使污泥絮體周圍的可溶性蛋白增多，但對污泥的脫水特性不產(chǎn)生明顯的影響。當(dāng)微波照射時間增長時，污泥顆粒分解為較小的顆粒，增大了污泥的表面積和結(jié)合水的能力，使污泥的沉降性能變差。此外，微波照射破壞污泥的絮體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使更多的多糖溶解在上清液中，從而使污泥的脫水性能變差。
1.3 電滲析
電滲透脫水機(jī)理主要基于所施加的電場與存在于污泥絮體顆粒表面的電荷之間的相互作用，由于電場的作用，固體-液體界面上電離流動液體的移動確保了水的遷移，從而通過粘性動量傳遞驅(qū)動液體在中心通道中的遷移，使帶負(fù)電的污泥絮體顆粒向陽極產(chǎn)生定向移動，在濾布的作用下進(jìn)行泥水分離，進(jìn)而在陽極實(shí)現(xiàn)污泥濃縮的目的。此外，電滲析處理還涉及電化學(xué)氧化、電阻加熱和pH梯度效應(yīng)等機(jī)理。
華海潔研究發(fā)現(xiàn)，電滲析可以破壞污泥顆粒表面的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)毛細(xì)水的析出。同時，可以破壞污泥細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，使污泥中的吸附水和內(nèi)部水析出，從而提高污泥的脫水效率。Yuan等通過比較污泥的CST、SRF、EPS濃度和污泥破碎程度(DDSCOD)的變化研究電化學(xué)條件對于污泥脫水性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)電解電壓小于20V時，存儲水分的污泥絮體遭到破壞，污泥絮團(tuán)變小，EPS含量有較小幅度的增加，污泥絮體中的水分釋放到污泥中，從而提高了污泥的脫水性能。當(dāng)電解電壓為15~20V、電解時間為15~20min時，污泥的脫水效果最好。當(dāng)電解電壓超過30V后，破壞了污泥的絮體結(jié)構(gòu)和完整性，產(chǎn)生了大量的細(xì)小顆粒，加速了細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和多糖的釋放，增加了污泥的粘度，不利于污泥的脫水。
1.4 熱水解
熱水解預(yù)處理的溫度為40~180℃。在此溫度內(nèi)，污泥絮體的細(xì)胞壁破裂，污泥細(xì)胞中的脂肪、多糖和蛋白質(zhì)等高分子的有機(jī)化合物得以釋放，污泥中的難降解有機(jī)氮、難降解有機(jī)碳的含量升高。菌膠團(tuán)表面的微生物及其代謝產(chǎn)物發(fā)生溶解，使包裹在污泥絮體中的顆粒與污泥絮體發(fā)生分離，從而改變污泥絮體的結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度高于某一閾值時，污泥中的有機(jī)物會轉(zhuǎn)化生成難降解COD化合物，且存在污泥脫水性能惡化的風(fēng)險。
Higgins等研究不同的熱水解溫度對厭氧消化、脫水及濾液特性的影響。研究結(jié)果表明，熱水解溫度越高，污泥中的溶解性有機(jī)物濃度升高，污泥減量化效果明顯，甲烷產(chǎn)量隨之增大。在高水解溫度下，污泥粘度隨之降低，表明污泥中的結(jié)合水加速釋放到液相中，從而提高污泥的脫水性能。Zhang等通過研究污泥網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在熱水解過程中的變化發(fā)現(xiàn)：熱水解預(yù)處理可以破壞污泥的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使污泥的絮凝體顆粒變小且更加均勻，最終使熱水解預(yù)處理污泥的脫水性能提高了4.6%±0.5%。表1列出了不同物理預(yù)處理方法污泥脫水效果。
二、化學(xué)預(yù)處理方法
2.1 混凝(絮凝)處理混凝(絮凝)
預(yù)處理是指在污泥脫水前向污泥中投加適當(dāng)濃度的混凝劑或絮凝劑對污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)，從而提高污泥的脫水性能。其作用機(jī)理主要包括：電中和、吸附架橋、壓縮雙電層、沉淀物卷掃和骨架作用等。
牛美青等通過氯化鐵，液態(tài)聚合氯化鋁(PAC)，液態(tài)高效聚合氯化鋁(HPAC)和陽離子型聚丙烯酰胺(PAM)4種混凝劑，研究無機(jī)和有機(jī)混凝劑對污泥的調(diào)質(zhì)機(jī)理。研究表明，無機(jī)混凝劑和有機(jī)混凝劑的投加量和投加順序?qū)ξ勰嗟拿撍Ч哂酗@著的影響。當(dāng)混凝劑的投加量為10%PAC+0.5%PAM時，污泥的脫水效果最優(yōu)，污泥比阻由原來172×1010m/kg降低至12.8×1010~2.51×1010m/kg，Zeta電位由-21.6mV升高至(2.2±0.3)mV，污泥的脫水性能得到顯著的升高。
2.2 酸/堿處理
酸/堿預(yù)處理是指通過向基質(zhì)中加入酸(HCl、H2SO4、H3PO4和HNO3等)或堿[NaOH、KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaO等]改變污泥中不同EPS的分布比例，破壞污泥絮體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而有利于束縛水的釋放，從而提高污泥的脫水性。酸性預(yù)處理可以將污泥絮體中的帶負(fù)電的官能團(tuán)(羧基和氨基等)質(zhì)子化，從而將污泥的Zeta電位由負(fù)值增加至接近于0，減少靜電排斥，提高污泥的絮凝效果、聚集性和脫水效果。堿預(yù)處理通過膜蛋白的增溶和膜脂的皂化作用，破壞污泥的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，溶解污泥中的EPS，將污泥絮體中的TB-EPS轉(zhuǎn)化為以有機(jī)物形式存在的液體。表2列出了不同化學(xué)預(yù)處理方法污泥脫水的效果。
He等通過對待處理的污泥進(jìn)行硫酸預(yù)處理，水解污泥中的胞外聚合物，破壞微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，改變水分在污泥中的分布比例，使污泥內(nèi)部的間隙水和細(xì)胞內(nèi)部的間隙水轉(zhuǎn)化成自由水，從污泥中分離出來，提高污泥的脫水性。Devlin等通過研究鹽酸預(yù)處理對污泥厭氧消化和脫水性能的影響發(fā)現(xiàn)，鹽酸預(yù)處理可以使污泥中的碳水化合物、多糖、COD等溶解，增加反應(yīng)體系中可溶性碳水化合物的濃度，使污泥中可溶性碳水化合物和蛋白質(zhì)的含量分別增加4倍和6倍。此外，酸性預(yù)處理可以降低污泥絮體的總負(fù)電荷，形成分形維數(shù)較低，顆粒較小的污泥絮體，從而有利于后續(xù)聚合物對污泥的絮凝作用，提高污泥的脫水效果。Su等采用堿性預(yù)處理強(qiáng)化污泥的脫水性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)增加Ca(OH)2與NaOH的比例時，污泥的脫水性能得到提升。這主要是由于Ca(OH)2可以增強(qiáng)污泥的絮凝能力，提高污泥絮體的強(qiáng)度和密度，減少污泥中的結(jié)合水和污泥絮體之間的水分，從而提高污泥的脫水性能。
2.3 氧化法
氧化法指通過向污泥中投加一定比例的氧化劑，如臭氧、Fenton試劑和過硫酸鹽等，破壞污泥絮體的結(jié)構(gòu)和污泥細(xì)胞的細(xì)胞壁，降解大分子的有機(jī)物，釋放污泥中的間隙水和胞內(nèi)水，從而改善污泥的脫水性能。此外，污泥絮體中的胞外聚合物和難降解有機(jī)物可以被氧化生成溶解性的有機(jī)物，甚至可以直接氧化生成二氧化碳和水，達(dá)到污泥減量化的目的。氧化法一般包括臭氧氧化、Fenton試劑氧化、Fe2+活化過硫酸鹽氧化和高錳酸鹽氧化等。氧化法所涉及的機(jī)理主要包括：污泥絮體的氧化，疏松結(jié)合胞外聚合物(LB-EPS)的分解，結(jié)合水的釋放和轉(zhuǎn)化、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞、污泥顆粒的絮凝等。
2.3.1 臭氧氧化
臭氧氧化是一種應(yīng)用最廣泛的氧化過程。臭氧可以破壞細(xì)胞膜和菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，加速胞內(nèi)物質(zhì)的釋放，并將其氧化生成小分子物質(zhì)，提高污泥的脫水性能。臭氧氧化污泥預(yù)處理的作用機(jī)理如圖1所示。
Meng等在臭氧法連續(xù)處理污泥的過程中，通過胞外聚合物濃度、官能團(tuán)、分子量級的變化，研究臭氧與污泥之間的作用機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，在12h的連續(xù)處理過程中，前4h臭氧與溶液反應(yīng)強(qiáng)烈，臭氧大量被消耗，胞外聚合物中的蛋白質(zhì)含量減少了30%±12%，TOC的濃度由(158±7)mg/L降低至(138±7)mg/L。這主要是由于臭氧與蛋白質(zhì)中的酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸殘基發(fā)生反應(yīng)，攻擊蛋白鏈上的特定殘基，快速降低蛋白質(zhì)的濃度和熒光物質(zhì)的濃度。經(jīng)臭氧氧化后，污泥中蛋白質(zhì)和多糖的平均分子量降低了4個數(shù)量級，表明部分胞外聚合物被臭氧氧化降解，從而使大分子量物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為小分子量的物質(zhì)。Dytczak等通過對比兩組序批式反應(yīng)器中臭氧的投加量，以污泥體積指數(shù)(SVI)和CST為參考，研究部分臭氧化對回流污泥脫水性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：臭氧預(yù)處理可以破壞污泥絮體中TB-EPS的結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)化生成溶解性的SEPS。
2.3.2 Fenton氧化
Fenton氧化預(yù)處理是指在酸性條件下，通過催化劑Fe2+和H2O2反應(yīng)，生成具有強(qiáng)氧化活性的羥基自由基(•OH)，降解污泥胞外聚合物和污泥細(xì)胞，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和結(jié)合水，從而達(dá)到污泥脫水的目的。Fenton反應(yīng)的效果主要取決于試劑的濃度、H2O2與Fe2+的比例、反應(yīng)時間、初始pH和反應(yīng)溫度。Fenton氧化污泥預(yù)處理的作用機(jī)理如圖2所示。
He等通過胞外聚合物的破壞、污泥細(xì)胞的溶解、結(jié)合水的釋放和污泥絮體中的典型金屬濃度的變化，研究類Fenton方法對污泥脫水的影響。結(jié)果表明，污泥經(jīng)類Fenton試劑處理后，污泥的含水率從80.0%降低至66.1%，污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生分解，污泥絮體中的重金屬(Zn、Mn、Cu、Cd、Pb和Ni)釋放進(jìn)入上清液中。污泥中結(jié)合水的含量由原來的1.22g/(gDS)降低至0.30g/(gDS)，這主要是由于污泥經(jīng)類Fenton試劑處理后，污泥的接觸角變大，Zeta電位由負(fù)值逐漸升高，靜電斥力變小，污泥細(xì)胞的疏水性得到了提高，污泥細(xì)胞疏水的表面熱力學(xué)特性促進(jìn)了自由水和表面水的釋放，從而提高了污泥的脫水性能。Zhen等通過界面響應(yīng)法優(yōu)化H2O2濃度、Fe2+濃度和初始pH等試驗(yàn)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)H2O2濃度為178mg/(gVSS)，F(xiàn)e2+濃度為211mg/(gVSS)、初始pH值為3.8時，由于Fenton試劑所造成的污泥絮體的破碎和微生物細(xì)胞的溶解，污泥的CST降低，污泥的脫水性能得到顯著的提高。潘勝等通過污泥CST、泥餅含水率等變化，研究Fenton試劑對污泥脫水性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：在抽濾脫水過程中，當(dāng)反應(yīng)pH值為3、H2O2投加量為3g/L、H2O2/Fe2+質(zhì)量比為8~12時，泥餅的含水率最低，并且經(jīng)Fenton試劑處理后，污泥的顆粒粒徑變小，上清液中蛋白質(zhì)和多糖的含量明顯升高，改善了污泥的脫水性能。
2.3.3 過硫酸鹽氧化
過硫酸鹽氧化是指過硫酸鹽可以在高溫、紫外光照射和過渡金屬的激發(fā)下，生成具有氧化能力的硫酸根自由基(SO-4•)，從而破壞破壞熒光物質(zhì)的特定官能團(tuán)，引起聚合鏈斷裂，并且破壞污泥細(xì)胞，導(dǎo)致胞外聚合物中的結(jié)合水、胞內(nèi)物質(zhì)及胞內(nèi)水的釋放，增強(qiáng)污泥的脫水性能。Fe2+和Fe0活化過硫酸鹽氧化的過程如圖3所示。
Zhen等研究了鐵活化過硫酸鹽氧化對不同的溫度條件下(25、40、60、80℃)，中溫厭氧消化污泥脫水性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)使用鐵活化過硫酸鹽氧化預(yù)處理后，不同溫度厭氧消化污泥的CST均呈現(xiàn)明顯的降低，且在相同的過硫酸鹽投加量情況下，污泥的脫水性能隨著溫度的升高而提高。這主要是由于過硫酸鹽可以通過高溫引發(fā)反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時，過硫酸鹽分解生成SO-4•從而增強(qiáng)鐵活化過硫酸鹽反應(yīng)，加速胞外聚合物的降解和污泥細(xì)胞的溶解。此外，當(dāng)向污泥中投加鐵鹽和過硫酸鹽時，污泥的Zeta電位也隨著升高。這主要是由于鐵鹽和過硫酸鹽投加，污泥絮體的結(jié)構(gòu)被生成的SO-4•破壞，并且反應(yīng)體系中的Fe2+和Fe3+具有電中和的作用，從而使污泥絮體間的靜電斥力降低，有利于污泥的絮凝沉降。
三、組合預(yù)處理
上述的各種預(yù)處理方法雖然在一定程度上可以提高污泥的脫水效率，但同時這些方法又有一些局限性，如能耗高、藥劑投加量高等。表3列出了不同的預(yù)處理方法在污泥脫水中的優(yōu)缺點(diǎn)。
組合預(yù)處理是指將上述的物理、化學(xué)等預(yù)處理方式通過一定的順序組合起來，從而消除或者減弱某一單一預(yù)處理方式所存在的不足，充分發(fā)揮各種預(yù)處理方式的潛力，從而強(qiáng)化污泥的脫水效果。
Xiao等通過結(jié)合超聲預(yù)處理和酸性預(yù)處理，探究污泥中影響其脫水性的主要有機(jī)化合物的性質(zhì)。結(jié)果表明，在高超聲功率的條件下，污泥中生物聚合物的濃度增加，污泥的過濾性能變差。然而，當(dāng)結(jié)合后續(xù)的酸化預(yù)處理時，污泥中有機(jī)物的濃度降低，Zeta電位由(-12.45±0.07)mV升高至(0.58±0.02)mV，并且污泥絮體增大，強(qiáng)化了污泥的脫水性。Liu等將微波處理和酸化處理組合起來用于提高污泥的脫水性，試驗(yàn)結(jié)果表明，高能量微波輻射有利于污泥絮體的破碎和污泥中聚合有機(jī)物的釋放，但會導(dǎo)致污泥絮體表面電位降低，降低了污泥的可脫水性。通過微波-酸化預(yù)處理(溫度為100℃，pH值=2.5)，增加了聚合有機(jī)物的釋放，酸化處理通過質(zhì)子化作用降低了Zeta電位，從而使污泥的CST由原來的37.7s降低至9.2s，結(jié)合水的含量由(1.96±0.19)g/(g干污泥)降低至(0.88±0.24)g/(g干污泥)，提高污泥的脫水性。
四、結(jié)語
4.1 物理預(yù)處理法
超聲預(yù)處理在本質(zhì)上是一種物理過程，不會產(chǎn)生二次毒性化合物。超聲處理的過程中會產(chǎn)生大量的活性自由基，從而分解污泥中的毒性和難降解有機(jī)物，如芳香族化合物、表面活性劑、有機(jī)染料等。此外，超聲預(yù)處理具有效率高、可控性好、處理均勻等優(yōu)點(diǎn)。在較高的超聲輻射能量下，污泥絮體的顆粒粒徑變小，降低了污泥的邊界效應(yīng)，雖然有利于污泥的再次絮凝，但會導(dǎo)致污泥顆粒吸附大量的自由水從而使污泥的脫水效果變差。此外超聲預(yù)處理的效果受超聲強(qiáng)度、處理時間和工作頻率的影響，作用機(jī)理復(fù)雜，需要對控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化才能實(shí)現(xiàn)處理效率和能耗的平衡。
微波預(yù)處理通過容積加熱實(shí)現(xiàn)對污泥的預(yù)處理，與傳統(tǒng)的熱傳遞的加熱方式不同，微波處理的過程中沒有熱傳遞所產(chǎn)生的能量損失，具有加熱速度快(約200℃/min)、受熱均勻、熱效率高、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。但是由于微波預(yù)處理的過程中，污泥絮體中的蛋白質(zhì)，多糖，核酸等高分子有機(jī)聚合物的釋放，會導(dǎo)致污泥比阻和黏度的增加，從而降低污泥的過濾性。
電滲析預(yù)處理受電場強(qiáng)度、溶液pH、電極形狀等因素的影響。電滲析設(shè)備具有脫水效率高、運(yùn)行穩(wěn)定性好、調(diào)理劑投加量少等優(yōu)點(diǎn)。但由于電滲析的過程中陰極和陽極的作用機(jī)理的不同，存在兩極間電阻率和脫水效率相差比較大等缺點(diǎn)。
熱水解的過程中，由于污泥具有含水率高，比熱容大，傳熱效率低等特性，導(dǎo)致污泥在熱水解的過程中存在傳熱不均、耗能高、腐蝕性強(qiáng)等缺點(diǎn)，限制了其大范圍的推廣。當(dāng)前的熱水解技術(shù)主要應(yīng)用在污泥消化等相關(guān)領(lǐng)域，借助污泥熱水解的過程中降解有機(jī)聚合物所生成的小分子有機(jī)物，可以加快細(xì)菌與污泥的反應(yīng)速率，從而提高甲烷產(chǎn)量。
一般情況下，單一的物理預(yù)處理方法因其存在一定的局限性，污泥的物理預(yù)處理過程都會與其他的預(yù)處理方式進(jìn)行組合，從而提高脫水效果。
4.2 化學(xué)預(yù)處理
混凝預(yù)處理具有投加設(shè)備簡單，操作方便，經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)。同時，由于混凝劑的種類繁多，需根據(jù)不同的處理?xiàng)l件選取適合的混凝劑種類。在混凝劑對投加設(shè)備具有腐蝕性，投加量需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改變。
酸/堿預(yù)處理具有反應(yīng)迅速、投加設(shè)備簡單、操控方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，不同的酸/堿預(yù)處理方法其作用機(jī)理不同，對于不同的污泥其脫水效果影響較大。同時，酸堿預(yù)處理方法也存在設(shè)備腐蝕，投加量難以確定等缺點(diǎn)。
氧化預(yù)處理均具有操作簡單，設(shè)備投入比較小反應(yīng)迅速等特點(diǎn)。同時，氧化預(yù)處理存在投加量難以確定，當(dāng)投加量比較小時，無法達(dá)到氧化破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)的目的，從而降低污泥的脫水效果，當(dāng)投加量超出最佳投加量時，又會產(chǎn)生二次污染物，這與無害化處理的目標(biāo)相悖，因此需要對反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化。
4.3 組合預(yù)處理
當(dāng)前，通過組合與處理的方式提高污泥的脫水效果得到了廣泛的關(guān)注。組合預(yù)處理方式可以降低或消除單一的預(yù)處理方法所存在的局限性，充分的發(fā)揮各個預(yù)處理方式的優(yōu)勢，從而更好地提高污泥的脫水效果。但是，當(dāng)前預(yù)處理方式相比較于單一的預(yù)處理方式，存在著設(shè)備復(fù)雜，耗能高，經(jīng)濟(jì)性差等問題。因此，需要對過程中所涉及的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而在充分的挖掘各個預(yù)處理方式脫水潛力的基礎(chǔ)上，提高組合式預(yù)處理方式的應(yīng)用前景。( >
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