Part2化学预处理方法
2.1混凝(絮凝)处理
混凝(絮凝)预处理是指在污泥脱水前向污泥中投加适当浓度的混凝剂或絮凝剂对污泥进行调质，从而提高污泥的脱水性能。
其作用机理主要包括：电中和、吸附架桥、压缩双电层、沉淀物卷扫和骨架作用等。
牛美青等通过氯化铁，液态聚合氯化铝(PAC)，液态高效聚合氯化铝(HPAC)和阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)4种混凝剂，研究无机和有机混凝剂对污泥的调质机理。
研究表明，无机混凝剂和有机混凝剂的投加量和投加顺序对污泥的脱水效果具有显著的影响。
当混凝剂的投加量为10%PAC+0.5%PAM时，污泥的脱水效果最优，污泥比阻由原来172×1010m/kg降低至12.8×1010～2.51×1010m/kg，Zeta 电位由-21.6mV升高至(2.2±0.3)mV，污泥的脱水性能得到显著的升高。
2.2酸/碱处理
酸/碱预处理是指通过向基质中加入酸(HCl、H2SO4、H3PO4和HNO3等)或碱[NaOH、KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaO等改变污泥中不同EPS的分布比例，破坏污泥絮体的细胞结构，从而有利于束缚水的释放，从而提高污泥的脱水性。
酸性预处理可以将污泥絮体中的带负电的官能团(羧基和氨基等)质子化，从而将污泥的Zeta电位由负值增加至接近于0，减少静电排斥，提高污泥的絮凝效果、聚集性和脱水效果。
碱预处理通过膜蛋白的增溶和膜脂的皂化作用，破坏污泥的细胞结构，溶解污泥中的EPS，将污泥絮体中的TB-EPS转化为以有机物形式存在的液体。
表2列出了不同化学预处理方法污泥脱水的效果。
He等通过对待处理的污泥进行硫酸预处理，水解污泥中的胞外聚合物，破坏微生物的细胞结构，改变水分在污泥中的分布比例，使污泥内部的间隙水和细胞内部的间隙水转化成自由水，从污泥中分离出来，提高污泥的脱水性。
Devlin等通过研究盐酸预处理对污泥厌氧消化和脱水性能的影响发现，盐酸预处理可以使污泥中的碳水化合物、多糖、COD等溶解，增加反应体系中可溶性碳水化合物的浓度，使污泥中可溶性碳水化合物和蛋白质的含量分别增加4倍和6倍。
此外，酸性预处理可以降低污泥絮体的总负电荷，形成分形维数较低，颗粒较小的污泥
絮体，从而有利于后续聚合物对污泥的絮凝作用，提高污泥的脱水效果。
Su等采用碱性预处理强化污泥的脱水性能，试验结果表明，当增加Ca(OH)2与NaOH 的比例时，污泥的脱水性能得到提升。
这主要是由于Ca(OH)2可以增强污泥的絮凝能力，提高污泥絮体的强度和密度，减少污泥中的结合水和污泥絮体之间的水分，从而提高污泥的脱水性能。
2.3氧化法
氧化法指通过向污泥中投加一定比例的氧化剂，如臭氧、Fenton试剂和过硫酸盐等，破坏污泥絮体的结构和污泥细胞的细胞壁，降解大分子的有机物，释放污泥中的间隙水和胞内水，从而改善污泥的脱水性能此外，污泥絮体中的胞外聚合物和难降解有机物可以被氧化生成溶解性的有机物，甚至可以直接氧化生成二氧化碳和水，达到污泥减量化的目的。
氧化法一般包括臭氧氧化、Fenton试剂氧化、Fe2+活化过硫酸盐氧化和高锰酸盐氧化等。
氧化法所涉及的机理主要包括：污泥絮体的氧化，疏松结合胞外聚合物(LB-EPS)的分解，结合水的释放和转化、细胞结构的破坏、污泥颗粒的絮凝等。
2.3.1臭氧氧化
臭氧氧化是一种应用最广泛的氧化过程。
臭氧可以破坏细胞膜和菌胶团结构，加速胞内物质的释放，并将其氧化生成小分子物质，提高污泥的脱水性能。
臭氧氧化污泥预处理的作用机理如图1所示。
Meng等在臭氧法连续处理污泥的过程中，通过胞外聚合物浓度、官能团、分子量级的变化，研究臭氧与污泥之间的作用机理。
研究发现，在12h的连续处理过程中，前4h臭氧与溶液反应强烈，臭氧大量被消耗，胞外聚合物中的蛋白质含量减少了30%±12%，TOC的浓度由(158±7)mg/L降低至(138±7)mg/L。
这主
要是由于臭氧与蛋白质中的酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸残基发生反应，攻击蛋白链上的特定残基，快速降低蛋白质的浓度和荧光物质的浓度。
经臭氧氧化后，污泥中蛋白质和多糖的平均分子量降低了4个数量级，表明部分胞外聚合物被臭氧氧化降解，从而使大分子量物质转化成为小分子量的物质。
Dytczak等通过对比两组序批式反应器中臭氧的投加量，以污泥体积指数(SVI)和CST为参考，研究部分臭氧化对回流污泥脱水性的影响。
试验结果表明：臭氧预处理可以破坏污泥絮体中TB-EPS的结构，使其转化生成溶解性的S-EPS。
2.3.2Fenton氧化
Fenton氧化预处理是指在酸性条件下，通过催化剂Fe2+和H2O2反应，生成具有强氧化活性的羟基自由基(·OH)，降解污泥胞外聚合物和污泥细胞，释放细胞内物质和结合水，从而达到污泥脱水的目的。
Fenton反应的效果主要取决于试剂的浓度、H2O2与Fe2+的比例、反应时间、初始pH和反应温度。
Fenton氧化污泥预处理的作用机理如图2所示。
He等通过胞外聚合物的破坏、污泥细胞的溶解、结合水的释放和污泥絮体中的典型金属浓度的变化，研究类Fenton方法对污泥脱水的影响。
结果表明，污
泥经类Fenton试剂处理后，污泥的含水率从80.0%降低至66.1%，污泥絮体结构发生分解，污泥絮体中的重金属(Zn、Mn、Cu、Cd、Pb和Ni)释放进入上清液中。
污泥中结合水的含量由原来的1.22g/(gDS)降低至0.30g/(gDS)，这主要是由于污泥经类Fenton试剂处理后，污泥的接触角变大，Zeta电位由负值逐渐升高，静电斥力变小，污泥细胞的疏水性得到了提高，污泥细胞疏水的表面热力学特性促进了自由水和表面水的释放，从而提高了污泥的脱水性能。
Zhen等通过界面响应法优化H2O2浓度、Fe2+浓度和初始pH等试验参数。
试验结果表明，当H2O2浓度为178mg/(gVSS)，Fe2+浓度为211mg/(gVSS)、初始pH值为3.8时，由于Fenton试剂所造成的污泥絮体的破碎和微生物细胞的溶解，污泥的CST降低，污泥的脱水性能得到显著的提高。
潘胜等通过污泥CST、泥饼含水率等变化，研究Fenton试剂对污泥脱水性能的影响。
试验结果表明：在抽滤脱水过程中，当反应pH值为3、H2O2投加量为3g/L、H2O2/Fe2+质量比为8～12时，泥饼的含水率最低，并且经Fenton试剂处理后，污泥的颗粒粒径变小，上清液中蛋白质和多糖的含量明显升高，改善了污泥的脱水性能。
2.3.3过硫酸盐氧化
过硫酸盐氧化是指过硫酸盐可以在高温、紫外光照射和过渡金属的激发下，生成具有氧化能力的硫酸根自由基width=56,height=15,dpi=110从而破坏破坏荧光物质的特定官能团，引起聚合链断裂，并且破坏污泥细胞，导致胞外聚合物中的结合水、胞内物质及胞内水的释放，增强污泥的脱水性能。
Fe2+和Fe0活化过硫酸盐氧化的过程如图3所示。
Zhen等研究了铁活化过硫酸盐氧化对不同的温度条件下(25、40、60、80℃)，中温厌氧消化污泥脱水性能的影响。
试验结果表明，当使用铁活化过硫酸盐氧化预处理后，不同温度厌氧消化污泥的CST均呈现明显的降低，且在相同的过硫酸盐投加量情况下，污泥的脱水性能随着温度的升高而提高。
这主要是由于过硫酸盐可以通过高温引发反应，当温度升高时，过硫酸盐分解生成width=30,height=14,dpi=110从而增强铁活化过硫酸盐反应，加速胞外聚合物的降解和污泥细胞的溶解。
此外，当向污泥中投加铁盐和过硫酸盐时，污泥的Zeta 电位也随着升高。
这主要是由于铁盐和过硫酸盐投加，污泥絮体的结构被生成的width=30,height=14,dpi=110破坏，并且反应体系中的Fe2+和Fe3+具有电中和的作用，从而使污泥絮体间的静电斥力降低，有利于污泥的絮凝沉降。
Part3组合预处理
上述的各种预处理方法虽然在一定程度上可以提高污泥的脱水效率，但同时这些方法又有一些局限性，如能耗高、药剂投加量高等。
表3列出了不同的预处理方法在污泥脱水中的优缺点。
组合预处理是指将上述的物理、化学等预处理方式通过一定的顺序组合起来，从而消除或者减弱某一单一预处理方式所存在的不足，充分发挥各种预处理方式的潜力，从而强化污泥的脱水效果。
Xiao等通过结合超声预处理和酸性预处理，探究污泥中影响其脱水性的主要有机化合物的性质。
结果表明，在高超声功率的条件下，污泥中生物聚合物的浓度增加，污泥的过滤性能变差。
然而，当结合后续的酸化预处理时，污泥中有机物的浓度降低，Zeta电位由(-12.45±0.07)mV升高至(0.58±0.02)mV，并且污泥絮体增大，强化了污泥的脱水性。
Liu等[将微波处理和酸化处理组合起来用于提高污泥的脱水性，试验结果表明，高能量微波辐射有利于污泥絮体的破碎和污泥中聚合有机物的释放，但会导致污泥絮体表面电位降低，降低了污泥的可脱水性。
通过微波-酸化预处理(温度为100℃，pH值=2.5)，增加了聚合有机物的释放，酸化处理通过质子化作用降低了Zeta电位，从而使污泥的CST由原来的37.7s降低至9.2s，结合水的含量由(1.96±0.19)g/(g干污泥)降低至(0.88±0.24)g/(g干污泥)，提高污泥的脱水性。