生物質(zhì)材料用于污泥深度脫水的研究進(jìn)展

張彥平，裴佳華，高珊珊，李 靜

（河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津 300401）

2019 年，我國污泥產(chǎn)量已突破6 000 萬t（以含水率80%計），預(yù)計2025 年污泥產(chǎn)量將高達(dá)9 000 萬t〔1〕。作為污水處理的副產(chǎn)物，剩余污泥成分復(fù)雜，通常含有大量病原菌、難降解有機(jī)物、微塑料以及重金屬等〔2〕，給生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的壓力。剩余污泥具有高親水性及生物凝膠結(jié)構(gòu)，水和顆粒間的結(jié)合力很強，導(dǎo)致污泥經(jīng)常規(guī)脫水后，含水率仍保持在80%左右。較高的含水率增加了污泥后續(xù)處置和資源化利用成本，無法滿足衛(wèi)生填埋、焚燒、農(nóng)用以及建材利用等對污泥含水率的要求〔3-4〕。因此，污泥深度脫水成為目前污泥處理處置的瓶頸〔5〕，更是國家實現(xiàn)“低碳發(fā)展”目標(biāo)的迫切需要〔6〕。

污泥調(diào)理技術(shù)是污泥深度脫水的關(guān)鍵所在?；瘜W(xué)調(diào)理是當(dāng)前廣泛采用的污泥高效調(diào)理方法，包括氧化調(diào)理、絮凝調(diào)理及骨架材料調(diào)理等。關(guān)于氧化調(diào)理和絮凝調(diào)理技術(shù)，水處理研究者已經(jīng)做了大量的研究和總結(jié)〔3，7-10〕，而針對骨架材料調(diào)理在污泥脫水方面的研究和綜述仍然較少。骨架材料通常與氧化劑或絮凝劑聯(lián)合使用，以增強污泥的剛性結(jié)構(gòu)和透水性能，從而改善污泥的脫水性能和效果〔11〕。早期，通 常采 用 粉 煤 灰〔12〕、生 石灰〔13〕、磷石膏〔14〕、褐煤〔15〕、硅藻土〔16〕等惰性材料作為骨架顆粒，其在污泥中形成堅硬致密的骨架結(jié)構(gòu)，降低污泥的壓縮性能，保證脫水效果〔17-18〕。但這類礦物質(zhì)內(nèi)部含有一定量重金屬等有害物質(zhì)，投加到污泥體系會對后續(xù)處理與處置造成一定影響，且有可能會產(chǎn)生二次污染。因此，考慮到污泥后續(xù)資源化利用和可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，研究者開發(fā)了高纖維顆粒或富碳顆粒等生物質(zhì)材料，如稻殼〔18〕、核桃殼〔19〕、竹粉〔20〕、麥秸粉〔21〕、稻殼炭〔22〕、秸稈炭〔23〕、污泥炭〔24〕等，用于污泥調(diào)理。經(jīng)生物質(zhì)材料調(diào)理后，污泥的熱值和有機(jī)質(zhì)含量增高，有利于污泥后續(xù)焚燒、堆肥及污泥生物炭制備等資源化應(yīng)用。筆者對生物質(zhì)材料調(diào)理污泥脫水的機(jī)制、種類、影響因素，對濾液性質(zhì)及后續(xù)資源化的影響等進(jìn)行了綜述，并對其在污泥處理方面的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1 基于骨架構(gòu)建的污泥脫水機(jī)制

最新研究表明，包裹在污泥絮體表面的胞外聚合物（EPS）是阻礙污泥脫水的關(guān)鍵，EPS 具有高親水性和高壓縮性的特征〔8〕，采用氧化調(diào)理后，污泥體系會發(fā)生pH 的改變〔25-26〕，同時導(dǎo)致表面EPS 的大量剝離和有機(jī)物的溶出，產(chǎn)生大量細(xì)小的污泥絮體，這些細(xì)小的污泥碎片和有機(jī)物在壓濾過程中會遷移至濾餅孔隙中，使污泥具有高可壓縮性和可變形性，導(dǎo)致污泥中過水通道被堵塞，水分不易透過，從而在一定程度上阻礙了污泥脫水〔27〕。

調(diào)理過程中，通過添加具有剛性結(jié)構(gòu)或高孔隙率的惰性材料或生物質(zhì)材料，可在污泥體系中構(gòu)建骨架支撐，增加污泥固體的機(jī)械強度和可滲透性，從而使其在高壓下仍能保持多孔結(jié)構(gòu)，使得水分在壓濾過程中可以通過微小的孔隙輸出，提高脫水效果〔28〕，其原理如圖1〔29〕所示。

圖1 助濾劑在污泥脫水中的骨架構(gòu)建作用Fig.1 Skeleton construction of filter aid in sludge dewatering

除了作為骨架支撐，骨架構(gòu)建材料也可以通過吸附作用增加污泥絮體密度，從而提升污泥過濾性能。如Qiandi WANG 等〔30〕采用磷酸銨鎂作為骨架顆粒聯(lián)合高分子絮凝劑調(diào)理污泥，磷酸銨鎂通過吸附作用增加了污泥絮體密度，提升了污泥的過濾性能（圖2）。

圖2 骨架助凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑聯(lián)合調(diào)理強化脫水的機(jī)理Fig.2 Mechanism of enhanced dewatering by the combined conditioning of skeleton coagulant aid and organic polymer flocculant

除此之外，當(dāng)采用多孔狀生物質(zhì)材料，如污泥炭作為骨架顆粒時，污泥炭不僅僅可作為骨架構(gòu)建體降低污泥的可壓縮系數(shù)，還能夠通過表面疏水作用吸附具有黏性的蛋白質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì)，且污泥炭之間還具有橋聯(lián)作用，能增強污泥結(jié)構(gòu)強度和污泥絮體剪切回復(fù)性能，大大提高污泥脫水效果〔8〕。Xiaochun ZHANG等〔31〕的研究還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭材料具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，可在污泥體內(nèi)構(gòu)建排水通道，利用管網(wǎng)效應(yīng)和層間通道效應(yīng)提高污泥脫水效率。

2 用于骨架體的生物質(zhì)材料

2.1 農(nóng)林廢棄物

近年來，越來越多的農(nóng)林廢棄物因具有吸附、助濾、助燃等作用被廣泛地應(yīng)用于污泥脫水研究，如木屑〔32-36〕、樹 葉〔37〕、核 桃 殼〔19，29，38〕、稻 殼〔18，39-45〕、竹粉〔20，46〕、麥秸 粉〔21〕、秸 稈〔21，47-48〕等。姚 尚 安 等〔49〕、陳斌等〔32〕分別采用木屑聯(lián)合化學(xué)調(diào)理劑調(diào)理污泥，發(fā)現(xiàn)泥餅含水率（Wc）均顯著降低。謝志勇等〔37〕探究了樹葉粉作為“物理調(diào)理劑”調(diào)理污泥脫水的效果，研究表明樹葉粉能夠在一定程度上改善污泥的脫水性能，當(dāng)其與化學(xué)絮凝劑聯(lián)合使用時，能夠充分發(fā)揮協(xié)同作用，進(jìn)一步提高脫水效果。楊艷坤等〔20〕采用竹粉作為骨架構(gòu)建體替代石灰，和陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）及FeCl3協(xié)同調(diào)理污泥，竹粉的最佳投加量為污泥干固體質(zhì)量（DS）的30%，CPAM 和FeCl3的最佳投加量分別為DS 的0.05%和7%，此條件下污泥比阻（SRF）可降低18.6%。Qian WANG 等〔48〕采用鐵粉活化過一硫酸鹽（PMS）與秸稈聯(lián)合調(diào)理污泥脫水，在單位總固體懸浮物（TSS）秸稈投加量0.5 g/g、PMS 投 加 量0.15 g/g、Fe0投 加 量1.5 g/g 時，SRF 降 低76.97%。除上述生物質(zhì)材料外，因含有硅元素而結(jié)構(gòu)堅硬的稻殼基材料〔50〕近年來在污泥脫水方面的研究應(yīng)用也較多。王茂清等〔40〕、吳彥等〔39〕、楊艷坤等〔51〕、Lei CHEN 等〔45〕采用稻殼粉為骨架顆粒聯(lián)合化學(xué)調(diào)理劑調(diào)理污泥均取得了較好的脫水效果。Cheng ZHU 等〔18〕研究表明，稻殼粉的加入使污泥濾餅具有多孔可滲透性和堅硬的骨架結(jié)構(gòu)，與原污泥相比，泥餅的孔隙率提高了83.53%，可壓縮系數(shù)降低了28.92%，從而促進(jìn)了水分的釋放。此外，核桃殼主要由纖維素組成，質(zhì)地堅硬，將其粉碎后可作為骨架顆粒降低泥餅的可壓縮性能，從而增強污泥的脫水效果。M. WóJCIK 等〔29〕采用核桃殼調(diào)理污泥，當(dāng)核桃殼投加量為DS 的200%時，污泥含水率可降低至66%，同樣董凌霄等〔38〕也采用核桃殼調(diào)理污泥，當(dāng)核桃殼投加量為DS 的66.6%時，污泥含水率為63.57%。Jialin LIANG 等〔19〕采用Ca（ClO）2/FeCl3/核桃殼粉聯(lián)合調(diào)理污泥，泥餅的含水率可低于50%。

2.2 生物質(zhì)炭

生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在缺氧條件下經(jīng)高溫?zé)峤庑纬傻亩嗫撞牧希c生物質(zhì)原料相比，生物質(zhì)炭比表面積更大，孔隙結(jié)構(gòu)更發(fā)達(dá)，吸附能力更強，而且含有豐富的官能團(tuán)〔11〕。目前，用于污泥調(diào)理的生物質(zhì)炭有稻殼炭〔52-54〕、稻草炭〔54〕、木炭〔33〕、麥秸炭〔55〕、污泥炭〔24，31，56-59〕等。吳彥〔53〕采用稻殼生物炭和FeCl3聯(lián)合調(diào)理污泥，結(jié)果表明在稻殼生物炭投加量為DS的60%、單位DS的FeCl3投加量為138.09 g/kg的條件下，SRF降低98.11%，污泥凈產(chǎn)率（YN）增大23.05倍，Wc降低21.90%。李菲〔52〕采用稻殼生物炭和Fenton 試劑聯(lián)合調(diào)理污泥，Wc較原污泥降低了13.23%，并證實了生物質(zhì)炭與Fenton 試劑存在協(xié)同作用。Junyuan GUO 等〔54〕采用Fe2+活化的PMS和稻草生物炭聯(lián)合調(diào)理污泥，在單位DS 的PMS 投加量為0.6 mmol/g、稻草生物炭投加量為120 mg/g、Fe2+和PMS 物質(zhì)的量比為0.6 的最佳條件下，標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)吸水時間（SCST）和離心減重率（CWR）分別增加到8.74和89.2%，Wc 減少到38.5%。Ning WANG 等〔59〕、Jiahuan WU 等〔24〕采用污水廠污泥為原料制備污泥生物質(zhì)炭調(diào)理污泥脫水，也取得了較好的效果。其中Ning WANG 等〔59〕研究表明單位TSS 污泥炭投加量為0.25 g/g 時，污泥毛細(xì)吸水時間（CST）可由39.5 s·L/g 降低至19.7 s·L/g，SRF 也由2.33×1013m/kg 降低至1.64×1013m/kg。S.SEMIYAGA 等〔33〕用木炭粉調(diào)理糞便污泥后，脫水率提高了15.8%，為撒哈拉以南非洲低收入國家城市貧民窟的糞便污泥處理提供了新思路。

2.3 改性生物質(zhì)材料

污泥表面的羧基及磷酸基團(tuán)的水解和電離作用使得污泥絮體表面帶有負(fù)電荷，其表面Zeta 電位通常在-30 mV 至-10 mV 之間，且表面電負(fù)性越強，污泥顆粒之間靜電斥力就越強，污泥也就越穩(wěn)定。為了提高生物質(zhì)材料調(diào)理污泥脫水的效果，研究者采用FeCl3或AlCl3對材料表面進(jìn)行改性，經(jīng)改性后，炭表面均帶有正電荷，它們能與帶負(fù)電荷的污泥顆粒通過電荷中和作用聚集，破壞污泥絮體的穩(wěn)定性，促進(jìn) 污 泥 脫 水〔22-23，50，53，60〕。如Yan WU 等〔22〕采 用FeCl3改性稻殼炭（投加量為DS 的60%）調(diào)理污泥，SRF 和Wc 分別降低了97.9%和19.36%，較投加未改性稻殼炭處理效果分別提高56.8%和17.3%。郭俊元等〔60〕采用經(jīng)AlCl3改性的玉米秸稈生物炭調(diào)理污泥，SRF較原污泥降低了90.58%。此外，研究表明比表面積大、孔隙率高的骨架材料可以吸收和容納更多的水分，并更易吸附EPS 碎片、蛋白質(zhì)、腐殖酸類等物質(zhì)，同時，其多孔性還利于構(gòu)建過水通道提高污泥過水效率〔8，31〕。同幟等〔61-62〕采用酸、堿 對炭材料進(jìn)行改性。其中，同幟等〔61〕分別采用酸和酸堿交替改性活性炭，經(jīng)2 種方式改性的活性炭調(diào)理后污泥CST 均不同程度減小，且酸堿交替改性活性炭比表面積從原炭的783.83 m2/g 增加到1 403.18 m2/g，總孔容和微孔容也都有所提升，同時部分微孔和中孔分別擴(kuò)展至中孔和大孔，較大的比表面積和孔容可以增強其吸附性能，增加其濾水通道，提高污泥脫水效果。此外，Zhiying GUO 等〔63〕探究了堿和陽離子表面活性劑共同對玉米芯粉改性調(diào)理污泥的效果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)氫氧化鈉和溴化十六烷基三甲銨改性的玉米芯粉能破壞胞外聚合物和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，從而提高污泥的脫水性能，添加改性玉米芯粉為DS 的20%可使污泥含水率降低40%，SRF降低55%。

3 影響污泥脫水的因素

生物質(zhì)材料作為骨架顆粒調(diào)理污泥脫水的效果主要受其投加量、粒徑以及投加順序等因素影響。

3.1 生物質(zhì)材料的投加量

投加量是影響生物質(zhì)材料調(diào)理污泥脫水的一個關(guān)鍵因素，在污泥調(diào)理過程中一般存在一個最佳值，且不同的生物質(zhì)材料在不同的聯(lián)用方式下最佳投加量也有所區(qū)別。在一定范圍內(nèi)，隨著生物質(zhì)投加量的增加，污泥的脫水性能逐漸增強。這主要是因為投加的生物質(zhì)越多，其在污泥中的分布越均勻，越能夠形成有利于水分脫除的多孔隙結(jié)構(gòu)〔34〕。但生物質(zhì)材料的投加量超過一定范圍后，不僅不能達(dá)到更好的調(diào)理效果，反而會使泥餅質(zhì)量增大過多。高雯等〔36〕用臭氧-超聲與松木屑聯(lián)合調(diào)理污泥，當(dāng)污泥與松木屑的質(zhì)量比為1∶3.5 時，污泥含水率達(dá)到最低77.1%，SRF 也達(dá)到最?。?.19×109s2/g），在此基礎(chǔ)上增加松木屑投加量，含水率與SRF 反而增大。陳斌等〔32〕提出因為木屑本身吸水，且吸收的水分難以脫除，投加過多的木屑會使能脫除的水分減少，因此含水率下降不明顯，而且隨著木屑投加量增加，泥餅質(zhì)量增長幅度越來越大。熊巧〔42〕也提出加入過多的稻殼粉反而影響污泥絮體的團(tuán)聚沉降，稻殼粉與過硫酸鈉協(xié)同調(diào)理污泥，單位DS 的稻殼粉投加量少于333 mg/g 時，CST 與Wc 的降低率隨稻殼粉投加量增加而增加，當(dāng) 投加量多 于333 mg/g 時，CST 和Wc 反而升高。Junyuan GUO 等〔54〕采用稻草生物炭聯(lián)合二價鐵活化的PMS 調(diào)理污泥脫水，單位揮發(fā)性固體（VS）的稻草生物炭最佳用量為120 mg/g；李菲〔52〕用稻殼生物炭協(xié)同F(xiàn)enton 調(diào)理污泥，單位DS 投加稻殼炭500 mg/g 時 效果最好；Yan WU 等〔22〕和Junyuan GUO等〔23〕分別用FeCl3和AlCl3改性的稻殼炭和秸稈炭調(diào)理污泥，最佳投加量分別為DS 的60%和30%，調(diào)理過程中，生物質(zhì)材料投加量過多或過少都會對調(diào)理效果產(chǎn)生負(fù)面影響。綜合以上結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同生物質(zhì)材料調(diào)理污泥時的最佳用量并不統(tǒng)一，需根據(jù)實際處理要求進(jìn)行優(yōu)化〔64〕。

3.2 生物質(zhì)材料的粒徑

粒徑的大小和均勻程度是影響生物質(zhì)材料調(diào)理污泥脫水效果的又一重要因素。粒徑較大的生物質(zhì)由于體積大、質(zhì)量輕，容易漂浮在污泥表面，不能與污泥均勻混合，降低了其在污泥中的支撐作用；而粒徑過小的生物質(zhì)不僅不能起到骨架支撐的作用，反而會堵塞污泥中的孔隙，使水分難以脫除〔53〕。此外粒徑越均勻越好，因為當(dāng)粒徑大小差異較大時，較小的顆粒將移動到較大的顆粒之間的空隙中，濾餅孔隙率會隨之降低〔65〕。但不同的生物質(zhì)材料在調(diào)理污泥時最佳粒徑范圍并不完全一致。例如，吳彥等〔53〕采用稻殼粉調(diào)理污泥時，研究表明最佳粒徑范圍為109～150 μm，而侯海攀〔66〕的實驗結(jié)果表明300～500 μm 粒徑的生物質(zhì)粉末調(diào)理污泥后SRF降低最多；林霞亮〔67〕采用粒徑分別為＜0.15、＜0.3、＜0.9、＜2.0 mm的木屑粉末調(diào)理污泥，結(jié)果表明經(jīng)粒徑＜0.15 mm 的木屑粉末調(diào)理后，SRF 降幅最大，污泥凈產(chǎn)率增幅最大；Cheng ZHU 等〔18〕采用超聲-CPAM-稻殼調(diào)理污泥時，稻殼的粒徑分別取60 目（250 μm）、80 目（180 μm）、110 目（130 μm），結(jié)果表明110 目的稻殼對污泥的調(diào)理效果最好。

3.3 投加順序

生物質(zhì)材料與化學(xué)調(diào)理劑聯(lián)用時，藥劑的投加順序?qū)ξ勰嗟恼{(diào)理效果有一定的影響。采用聯(lián)合調(diào)理時，大多數(shù)文獻(xiàn)采用先投加絮凝劑，后投加骨架構(gòu)建體的方式進(jìn)行調(diào)理〔42〕。但最新研究表明，當(dāng)骨架顆粒和絮凝劑聯(lián)合應(yīng)用時，先投加骨架顆粒后投加絮凝劑的污泥脫水效果更好。如王茂清等〔40〕將投加順序分為3 類，即先投加稻殼粉再投加CPAM、先投加CPAM 再投加稻殼粉、同時投加，結(jié)果表明第一種情況污泥的脫水效果最佳。吳彥〔53〕研究了生物質(zhì)炭、高錳酸鉀和FeCl3聯(lián)合調(diào)理污泥時投加順序的影響，結(jié)果表明在先投加高錳酸鉀破解污泥EPS，再投加生物質(zhì)炭，使其混合均勻后投加FeCl3進(jìn)行絮凝的操作方式下污泥脫水效果最好。以上結(jié)果均表明，生物質(zhì)骨架材料先于絮凝劑投加時效果較好，這是因為骨架顆粒先與污泥混合均勻能更好地在污泥內(nèi)部形成骨架支撐，然后加入絮凝劑促進(jìn)污泥團(tuán)聚脫穩(wěn)，從而有效提高污泥的脫水性能。而當(dāng)先投加絮凝劑后投加骨架顆?；騼烧咄瑫r投加時，污泥先進(jìn)行絮凝團(tuán)聚，使得骨架顆粒不能在污泥內(nèi)部充分均勻混合，從而起不到改善污泥微觀結(jié)構(gòu)的作用。

4 生物質(zhì)材料在污泥調(diào)理中的其他作用

4.1 對污泥中重金屬浸出的影響

污泥中的重金屬對環(huán)境的影響較大，生物質(zhì)材料的加入可以降低重金屬的含量，這一方面是因為其對重金屬具有固定作用，另一方面歸因于“稀釋效應(yīng)”，即生物質(zhì)材料本身不含重金屬或重金屬含量很低，添加到污泥中后會產(chǎn)生稀釋的效果，降低重金屬在污泥中的比例〔52〕。Changgeng LIU〔43〕通過釩鈦磁鐵礦活化的過硫酸鹽和稻殼調(diào)理污泥，污泥中銅、鋅、鉻、鉛的浸出毒性分別下降78%、83%、60%、100%，而且污泥中重金屬的化學(xué)形態(tài)分布發(fā)生了改變，轉(zhuǎn)化為了更穩(wěn)定的形態(tài)，減少了重金屬對環(huán)境的危害。熊巧〔42〕采用活化過硫酸鹽聯(lián)合稻殼粉調(diào)理污泥，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過活化過硫酸鹽調(diào)理后，銅、鈀、鎘、鋅、鉻的浸出率顯著降低，加入稻殼粉復(fù)合調(diào)理后，浸出率進(jìn)一步降低，最終銅、鈀、鎘、鋅、鉻的浸出率分別降低了4.35%、3.14%、39.43%、11.54%、1.72%。這是因為，稻殼粉本身對重金屬具有穩(wěn)定化作用，其內(nèi)部存在的離子能與重金屬離子形成穩(wěn)定的化合物以阻止重金屬離子浸出。Junyuan GUO 等〔54〕采用Fe2+活化的過硫酸鹽與稻草生物炭共同處理污泥，銅、鋅、鎘和鉻的浸出毒性降低率分別可以達(dá)到88.0%、80.7%、70.5%和72.8%，幾乎沒有檢出鉛。吳彥〔53〕采用三氯化鐵和稻殼生物炭調(diào)理污泥時，濾液中鋅和鎘質(zhì)量濃度可分別由1.597、0.004 mg/L 降至0.04、0.001 mg/L。李菲〔52〕研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭調(diào)理污泥的重金屬去除效果與其濃度正相關(guān)，認(rèn)為除了生物炭本身對重金屬的稀釋作用外，生物炭表面豐富的官能團(tuán)如羥基、羧基、芳香基等也可以與污泥中的重金屬發(fā)生反應(yīng)，生物質(zhì)炭協(xié)同F(xiàn)enton 調(diào)理污泥時，鎘、鉻、鎳、鉛、鋅、銅等重金屬含量均滿足污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 對污泥濾液的影響

因為污水處理廠的污泥脫水后產(chǎn)生的濾液需要重新返回污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，因此濾液濁度、溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）和氨氮等對后續(xù)的處理有一定的影響。部分研究表明加入生物質(zhì)材料后濾液濁度會上升〔67〕，主要是因為個別生物質(zhì)材料（如木屑粉末）不均勻系數(shù)大，較大的顆粒在污泥中支撐起較大的孔隙，而細(xì)小顆粒透過孔隙進(jìn)入濾液，使?jié)岫壬仙?。但一般來說生物質(zhì)材料調(diào)理污泥對改善污泥濾液的水質(zhì)有積極的作用。Shuo WANG 等〔46〕研究表明，添加竹粉后，濾液的總氮、總磷分別由36.8、1 mg/L降至30.4、0.2 mg/L，添加稻殼粉后，濾液的總氮、總磷分別降至29.5、0.1 mg/L。吳彥〔53〕指出投加適量的稻殼粉能有效降低污泥濾液的濁度和SCOD，這可能是由于稻殼粉具有吸附作用。當(dāng)與三氯化鐵聯(lián)用，稻殼粉為最佳投加量（DS 的70%）時，污泥濾液濁度和SCOD 分別由297.87 NTU 和528 mg/L 降至23.87 NTU 和396 mg/L；而用三氯化鐵和稻殼生物炭（DS 的60%）調(diào)理污泥時，濾液濁度和SCOD 分別降至17.86 NTU 和347 mg/L，說明稻殼生物炭對濾液水質(zhì)的改善作用優(yōu)于稻殼粉，可能是因為生物質(zhì)原料制成生物炭后，比表面積和孔容都增大，吸附性能也更好〔68〕。Yan WU 等〔50〕研究發(fā)現(xiàn)，污泥脫水性能最佳時生物質(zhì)材料的投加量與對濾液水質(zhì)改善作用最好時的投加量并不一致，污泥濾液濁度和SCOD隨著污泥生物炭用量的增加而迅速降低，水質(zhì)改善的最佳投加量為DS 的50%，此時濾液濁度和SCOD分別達(dá)到最低值11.2 NTU 和197.8 mg/L，而污泥脫水性能最佳時的投加量為DS 的70%，此時濾液濁度和SCOD 分別升至15.8 NTU 和214.2 mg/L。

4.3 對后續(xù)處理的影響

在碳中和背景下，相較于傳統(tǒng)的礦物調(diào)理劑，生物質(zhì)材料在污泥后續(xù)處置方面更具優(yōu)勢。生物質(zhì)材料多為多孔結(jié)構(gòu)，且熱值較高、灰分較低，經(jīng)其處理后有利于污泥的后續(xù)干化、焚燒、堆肥及資源化應(yīng)用等。研究表明，經(jīng)生物質(zhì)材料調(diào)理后的污泥干化效果較好，這一方面是因為添加生物質(zhì)材料后，泥餅結(jié)構(gòu)較為疏松、多孔〔67〕，另一方面生物質(zhì)的加入可以增強調(diào)質(zhì)污泥的熱導(dǎo)率，提高熱傳遞能力，且促進(jìn)強結(jié)合水（表面結(jié)合水和內(nèi)部結(jié)合水）向弱結(jié)合水（間隙水）的轉(zhuǎn)化〔69〕，這均有利于污泥的干化。Hongbo LIU 等〔34〕提出采用木屑調(diào)理污泥可以促進(jìn)污泥的自然干化，經(jīng)過36 h 的風(fēng)干處理，污泥餅的含水率可由脫水后的66.4%進(jìn)一步降低到31.6%，調(diào)理后污泥熱值達(dá)9 372.12 J/g。同時，李菲〔52〕的研究表明經(jīng)生物炭和Fenton 聯(lián)合調(diào)理后的污泥干化效果優(yōu)于其他方法處理后的效果，單位DS 添加500 mg/g 生物炭的污泥堆體生物干化第6 天含水率降至58.51%，可以滿足后續(xù)污泥處理處置的需求。

生物質(zhì)材料的高熱值特性使得經(jīng)其調(diào)理后的泥餅熱值也變高，從而有利于后續(xù)焚燒處置〔51〕。Zhiying GUO 等〔63〕指出玉米芯平均熱值高達(dá)14 000 J/g，而且有良好的生物降解性，在污泥脫水中使用玉米芯不會對污泥的處理產(chǎn)生不利影響。Qian WANG 等〔48〕研究表明，采用秸稈聯(lián)合活化過一硫酸鹽調(diào)理污泥脫水時，污泥熱值可達(dá)8.08 kJ/g。楊艷坤〔20〕的研究表明用竹粉調(diào)理污泥時，當(dāng)竹粉投加量為DS 的30% 時，脫水后的污泥餅有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到65.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生石灰調(diào)理后泥餅中有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（44.9%），每千克竹粉深度脫水產(chǎn)生的污泥熱值（13 793 kJ）比傳統(tǒng)深度脫水產(chǎn)生的污泥熱值（9 804 kJ）平均高出3 989 kJ，可降低污泥焚燒處置的運行成本，還可實現(xiàn)熱能循環(huán)，做到資源利用的最大化。除此之外，生物質(zhì)材料含有豐富的營養(yǎng)元素、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，可提高城市污泥堆肥效率，降低堆肥產(chǎn)品中重金屬的生物有效性〔70-71〕，且其高有機(jī)質(zhì)含量和熱值也可用于污泥生物質(zhì)炭及其他生物質(zhì)燃料的制備與利用，以實現(xiàn)污泥資源及能源的回收。

5 展望

在碳中和背景下，未來污泥處理處置應(yīng)以節(jié)能降耗及資源能源回收為目標(biāo)，而實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是實現(xiàn)污泥水分的深度去除。生物質(zhì)材料尤其是生物質(zhì)廢棄物在我國來源廣，將其用于污泥調(diào)理不僅可以有效降低污泥含水率、促進(jìn)污泥干化、提高泥餅熱值，還可以實現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物的資源化利用，減少碳排放量，且其在調(diào)理污泥脫水的同時還可吸附重金屬，改善濾液水質(zhì)，表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。今后關(guān)于生物質(zhì)材料在污泥調(diào)理中的應(yīng)用可以從以下方面進(jìn)行研究：

（1）鑒于生物質(zhì)材料本身調(diào)理污泥脫水效果的有限性，可以考慮更多的生物質(zhì)材料的改性方法，更大程度增強其調(diào)理效果。

（2）尋找更多的聯(lián)用方法，探究不同的生物質(zhì)材料采用何種聯(lián)用方式能達(dá)到最好的污泥調(diào)理效果。

（3）將生物質(zhì)調(diào)理與污泥干化、污泥焚燒、污泥堆肥相結(jié)合，研究生物質(zhì)材料調(diào)理對后續(xù)污泥資源化利用的影響，以推動其在實際工程中的應(yīng)用。