王靈芝，黃勇，3，查曉，張悅，陳碩君，王璐，李大鵬，3

（1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009；2.蘇州科技大學(xué)環(huán)境生物與技術(shù)研究所，江蘇 蘇州 215009；3.城市生活水資源化利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215009）

盡管城市污水濃度較低，但由于水量巨大，其中含有的有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)物總量十分可觀。在現(xiàn)行的污水處理工藝中，這些有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)往往通過生物或化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的產(chǎn)物，如二氧化碳、氮?dú)?、廢磷等，以滿足出水無(wú)害化排放的要求〔1〕。隨著污水資源化理念日漸深入人心，國(guó)內(nèi)外開展了大量污水有機(jī)物資源化利用的相關(guān)實(shí)踐研究。除傳統(tǒng)的污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷、產(chǎn)氫外，還可將污水中的多元有機(jī)物先轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），進(jìn)而轉(zhuǎn)化為可銷售的商品，包括酯類、塑料、飼料、海藻酸鹽、聚羥基烷酸酯（PHA）等〔2〕。將廢水中潛在的能源或其他有用產(chǎn)品捕獲并產(chǎn)品化，可使廢水處理變成能源“生產(chǎn)者”而不是“耗費(fèi)者”?，F(xiàn)有的污水有機(jī)物資源化技術(shù)多關(guān)注在剩余污泥等污水處理的末端產(chǎn)物，而污水中有機(jī)物到剩余污泥等末端產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移過程中造成了大量的能耗損失和溫室氣體排放。若能直接利用污水中有機(jī)物將大大減少能耗和溫室氣體排放。然而，過低的濃度是限制城市污水資源回收技術(shù)應(yīng)用的重要因素，將污水中有機(jī)物濃縮富集是實(shí)現(xiàn)其資源化利用的首要前提〔2〕。高負(fù)荷活性污泥法〔3〕、混凝法〔3〕、膜分離法〔4〕、氣浮法〔5〕等方法具有濃縮富集城市污水中有機(jī)物的作用。有研究圍繞工藝成熟度、能耗及運(yùn)行費(fèi)用對(duì)幾種常見的城市污水碳捕獲富集技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，指出混凝法能耗低、有機(jī)物轉(zhuǎn)化損失少，值得更多關(guān)注〔6〕。

利用混凝/絮凝方法去除污水中有機(jī)物并將其富集于污泥中，必須依賴混凝/絮凝劑的使用。Yun CHEN等〔7〕通過投加無(wú)機(jī)混凝劑FeCl3回收有機(jī)物，當(dāng)FeCl3質(zhì)量濃度為25 mg/L時(shí)，78%的有機(jī)物被濃縮到污泥中。目前廣泛應(yīng)用的污水混凝劑可以劃分為無(wú)機(jī)混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑，有機(jī)高分子絮凝劑包括人工合成絮凝劑和天然高分子絮凝劑〔8〕。無(wú)機(jī)混凝劑會(huì)增加固相的無(wú)機(jī)組分含量，通常會(huì)將污水中的磷固化，不利于磷的回收〔9-10〕；而有機(jī)絮凝劑對(duì)溶解性氮磷化合物的截留率相對(duì)較低，具有選擇性富集的優(yōu)勢(shì)〔10-13〕。然而，無(wú)論是投加無(wú)機(jī)混凝劑還是有機(jī)絮凝劑，均會(huì)額外增加富集過程的物料消耗。因此，若能以絮凝濃縮富集后的污水污泥（指污水經(jīng)絮凝沉淀后有機(jī)物被捕集濃縮所形成的污泥）為原料制備出具有絮凝特性的材料，則可省去外加商品混凝劑的物料消耗，且在實(shí)現(xiàn)污水中有機(jī)物富集的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)部分有機(jī)物的直接循環(huán)利用。

水熱處理是目前廣泛應(yīng)用的一種污泥預(yù)處理方式，可將固態(tài)有機(jī)物熱水解轉(zhuǎn)化為水溶性的大分子聚合物〔14〕，為實(shí)現(xiàn)利用污水污泥制備絮凝材料提供了可能途徑。以污水污泥水熱處理后液相產(chǎn)物中的大分子聚合產(chǎn)物作為原料，采用現(xiàn)場(chǎng)改性粗制方法獲取絮凝材料，并用于濃縮富集污水中的有機(jī)物具備一定的可行性。這種粗制材料具備一定的絮凝性能，滿足富集污水有機(jī)物的要求，且不需經(jīng)提純、干燥等精制過程，可直接濕法投加，與通常意義上的絮凝劑尚有很大不同，故將其稱之為“聚集介質(zhì)”。筆者通過分析高分子有機(jī)絮凝劑的制備原理及制備原料在絮凝劑合成中的作用，比較污水污泥水熱液相產(chǎn)物與天然高分子有機(jī)物的特性，結(jié)合相關(guān)前期實(shí)驗(yàn)研究，論證探析以污水污泥為原料制備這種聚集介質(zhì)的可行性及原位利用技術(shù)路線，并提出需要深入探索研究的問題。

1 有機(jī)高分子絮凝劑原料特性

有機(jī)高分子絮凝劑的絮凝效果主要受分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)和分子鏈上所帶活性基團(tuán)性質(zhì)的影響〔15-16〕。有機(jī)絮凝劑分子質(zhì)量一般較大，具有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)，分子鏈上的常見活性基團(tuán)主要有—COO-、—NH2、—SO3-、—OH等〔17〕。目前常見的有機(jī)高分子絮凝劑包括人工合成有機(jī)高分子絮凝劑和天然有機(jī)高分子絮凝劑，二者制備時(shí)所需原材料既有相同之處，也有不同特點(diǎn)〔18〕。

1.1 人工合成高分子絮凝劑制備原料

人工合成高分子絮凝劑通常是將單體通過加成聚合、縮合聚合、開環(huán)聚合等反應(yīng)制得的線型水溶性聚合物〔16，19〕，常見的單體原料包括丙烯酰胺、丙烯酸等〔19〕。因合成原料、合成方法等的差異，人工合成高分子絮凝劑在分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)（線性或支鏈）、電荷量、電荷類型和組成上也可能有所不同〔19〕，但通常人工合成的高分子絮凝劑分為4種類型：陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型和兩性型。以聚丙烯酰胺（PAM）為例，4種類型的PAM結(jié)構(gòu)見圖1〔20〕。

圖1 聚丙烯酰胺的4種典型結(jié)構(gòu)Fig.1 Four typical structures of PAM

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑的反應(yīng)機(jī)理基本都遵循自由基聚合理論，制備原料一般含有烯鍵結(jié)構(gòu)，烯鍵在聚合反應(yīng)中斷裂發(fā)生加成反應(yīng)實(shí)現(xiàn)聚合〔21〕。以PAM的制備為例，聚合反應(yīng)見圖2。

圖2 丙烯酰胺合成聚丙烯酰胺反應(yīng)示意Fig.2 Schematic diagram of synthesis of polyacrylamide by acrylamide

1.2 天然高分子絮凝劑改性原料

天然高分子材料為自然界大量存在的具有絮凝能力的高分子有機(jī)物，如殼聚糖、淀粉、木質(zhì)素、纖維素、蛋白質(zhì)等〔22〕。這類天然高分子本身具有一定的絮凝特性，但直接使用存在電荷密度低、分子質(zhì)量小、水溶性差和易分解等缺陷，限制了其作為絮凝劑的實(shí)際應(yīng)用〔18〕。因此，利用改性單體對(duì)具有絮凝能力的天然高分子材料進(jìn)行改性，制備天然高分子改性絮凝劑，不僅減少了單體用量，還改善了絮凝劑的溶解性、電荷密度和分子結(jié)構(gòu)的多樣性等〔21〕。表1列舉了幾種常見具有絮凝能力的天然高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量和官能團(tuán)。天然高分子材料大多含有豐富的官能團(tuán)，其中，氨基（—NH2）和羥基（—OH）在天然高分子絮凝劑制備中常被用作反應(yīng)的活性位點(diǎn)〔16〕。

表1 幾種常見天然高分子材料對(duì)比Table 1 Comparison of several common natural polymers

天然高分子絮凝劑的制備，除天然高分子材料外，還需要添加引發(fā)劑和改性單體。改性單體在絮凝劑合成中占主導(dǎo)地位，其種類與性質(zhì)決定了絮凝劑的絮凝性能；引發(fā)劑的作用主要為引發(fā)單體聚合〔24〕。以天然高分子木質(zhì)素和丙烯酰胺接枝共聚為例，木質(zhì)素作為大分子骨架，在引發(fā)劑的作用下，木質(zhì)素上的酚羥基生成自由基并引發(fā)改性單體丙烯酰胺聚合，單體活性基團(tuán)的烯鍵被打開，加成形成具有更多單元結(jié)構(gòu)鏈活性基團(tuán)的絮凝劑，如圖3所示〔23〕。

圖3 木質(zhì)素接枝丙烯酰胺反應(yīng)示意Fig.3 Schematic diagram of lignin grafted polyacrylamide reaction

一些天然高分子材料本身就具備一定絮凝效果，但在不改性優(yōu)化的情況下絮凝效果較差〔25〕。天然高分子材料種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使在相同改性單體的條件下，不同類別的天然高分子有機(jī)物在絮凝劑合成過程中所起的作用也存在一定差異〔26〕。一般來(lái)說，天然高分子有機(jī)物的主要作用是為絮凝劑的制備提供大分子骨架和高化學(xué)反應(yīng)性基團(tuán)〔27〕，而改性單體則在天然絮凝劑的合成過程中起改性作用。

雖然人工合成高分子絮凝劑制備原料和天然高分子絮凝劑改性原料在絮凝劑制備過程中的作用存在差異，但是制備原料一般都為含有羥基（—OH）、氨基（—NH2）、羧基（—COO-）、磺基（—SO3-）等活性官能團(tuán)的有機(jī)物。因此，若存在具有高化學(xué)反應(yīng)性官能團(tuán)（提供活性位點(diǎn)）且結(jié)構(gòu)呈枝狀或網(wǎng)狀的大分子有機(jī)物，對(duì)其改性很有可能制備出絮凝性能更好的絮凝劑。

2 污泥水熱產(chǎn)物特性

水熱處理是一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不同類型有機(jī)物的熱化學(xué)法，通過控制溫度、壓力、催化劑和時(shí)間等變量可得到不同形式的碳產(chǎn)品，如生物炭、生物油、燃料氣等〔28〕。利用生物質(zhì)水熱處理的固相產(chǎn)物制備生物炭、或利用高溫水熱處理制備生物油現(xiàn)已被廣泛研究。與之思路不同，在較低水熱溫度下生成的水熱液相產(chǎn)物也同樣值得關(guān)注?，F(xiàn)有的城市污泥水熱處理研究與實(shí)踐多針對(duì)污水處理廠的初沉污泥、生物處理后的剩余污泥或二者混合后的污泥，其組成與污水污泥盡管不完全相同，但主要成分均含有蛋白質(zhì)、多糖、脂肪等生物質(zhì)，這些生物質(zhì)在水熱條件下發(fā)生水解并逐步分解成較小的單體，歷經(jīng)水解、脫水、脫羧等分解過程和聚合芳香化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)等重聚與再縮合過程，形成水溶性的大分子聚合物〔29〕。這些大分子聚合物也具有一定共性，如具有較大的分子質(zhì)量、含有不飽和鍵、具備多種活性官能團(tuán)等。污水污泥水熱產(chǎn)物特性與污泥水熱產(chǎn)物特性也應(yīng)具有相似性，其水溶性大分子聚合物的分子骨架和官能團(tuán)可能滿足制備聚集介質(zhì)的特性。由于對(duì)污水污泥水熱產(chǎn)物特性的研究較少，本章節(jié)綜述了污泥水熱產(chǎn)物的特性，為污水污泥水熱產(chǎn)物特性予以參考。

2.1 分子質(zhì)量特性

污泥在不同的水熱條件（水熱溫度、升溫速率、水熱時(shí)間等）下可形成不同的水熱產(chǎn)物，分子質(zhì)量特性差異較大。許多學(xué)者報(bào)道在城市污泥熱水解過程中發(fā)現(xiàn)了特定的深棕色水溶性聚合物，其分子質(zhì)量在9 ku～28 ku，由羰基與氨基發(fā)生美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物 是 其 中 的 代 表〔30〕。Qiandi WANG等〔31〕通 過3DEEM、FT-IR、GC-MS等多種手段檢測(cè)了水熱處理過程中活性污泥的有機(jī)物轉(zhuǎn)化，發(fā)現(xiàn)在一定水熱溫度（120～200℃）下，活性污泥中的蛋白質(zhì)和多糖水解并經(jīng)歷美拉德反應(yīng)，生成水溶性大分子。Shilai HAO等〔32〕利用尺寸排阻色譜-有機(jī)碳檢測(cè)-有機(jī)氮檢測(cè)（SEC-OCD-OND）系統(tǒng)對(duì)城市污水處理廠污泥水熱液相產(chǎn)物中有機(jī)物的分子質(zhì)量及分布進(jìn)行了表征，在170℃的水熱條件下，分子質(zhì)量＜5 ku、5 ku～10 ku、10 ku～30 ku、＞30 ku的 有 機(jī) 物 占 比 分 別 為52%、14%、18%、16%；其中，分子質(zhì)量＜5 ku的水溶性大分子占比接近總質(zhì)量的50%。因此，對(duì)污水污泥進(jìn)行水熱處理產(chǎn)生的水溶性大分子有望為絮凝劑的制備提供大分子骨架。

2.2 官能團(tuán)特性

污泥在不同水熱條件下脫水、分解、重聚，可形成含有不同官能團(tuán)的水溶性分子。一定溫度的污泥水熱處理過程中，美拉德反應(yīng)會(huì)與熱水解反應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)。Dian ZHANG等〔33〕發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控水熱時(shí)間、溫度、pH等參數(shù)，既能得到低分子化合物（如醛、酮、二羰基、雜環(huán)胺等），又能得到高分子化合物（如糖基化終產(chǎn)物）的混合物。另有研究指出，污泥水熱產(chǎn)物中高分子化合物不僅具有較高的分子質(zhì)量，且具有呋喃、苯環(huán)或N雜環(huán)等聚合主鏈，還含有一些活性基團(tuán)，如酚羥基和氨基等〔34〕。Qiandi WANG等〔31〕對(duì)污泥高溫處理過程中美拉德反應(yīng)的典型產(chǎn)物進(jìn)行了表征分析，一些典型產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)如表2所示。

表2 美拉德反應(yīng)的典型產(chǎn)物Table 2 Typical products of Maillard reaction

美拉德反應(yīng)過程復(fù)雜，包括醇醛縮合、醛氨聚合、環(huán)化反應(yīng)等，產(chǎn)物既有小分子單體，也有高分子化合物，且常含有羥基或氨基等活性基團(tuán)，可提供絮凝劑制備的反應(yīng)位點(diǎn)。典型產(chǎn)物中，N-葡萄糖基胺在結(jié)構(gòu)上與葡萄糖類似，且含有羥基，具備絮凝改性潛力；丁間醇醛聚合物分子質(zhì)量大且含有較多羥基，有利于為帶電荷單體提供更多接枝位點(diǎn)，形成分子質(zhì)量更大的聚合物，減少用于提高分子質(zhì)量的單體的使用。

綜上，污泥水熱反應(yīng)產(chǎn)生的水溶性有機(jī)物具備絮凝劑合成原料所需特征：（1）具有活性基團(tuán)的高分子聚合物可以為制備絮凝劑提供大分子骨架和改性反應(yīng)位點(diǎn)；（2）既包含具有活性基團(tuán)的大分子骨架結(jié)構(gòu)，又包含可產(chǎn)生共聚作用的聚合物單體，可能成為絮凝劑合成的主體材料。

污泥的水熱產(chǎn)物種類多樣、結(jié)構(gòu)各異，通過調(diào)整水熱參數(shù)可能得到具有大分子質(zhì)量、特定結(jié)構(gòu)、指定官能團(tuán)的產(chǎn)物。此外，還可通過化學(xué)、物理等手段對(duì)水熱產(chǎn)物進(jìn)行改性，提高其電荷密度和分子質(zhì)量。因而，與天然高分子絮凝劑的制備類似，利用污水污泥的水熱產(chǎn)物作為主要原料，通過投加少量有機(jī)單體和化學(xué)改性藥劑，可能制備具有較好絮凝性能的聚集介質(zhì)。

3 利用污水污泥水熱產(chǎn)物制備聚集介質(zhì)

以污水污泥水熱處理產(chǎn)生的水溶性大分子有機(jī)物為原料改性制備具有絮凝性能的聚集介質(zhì)，用以去除城市污水中懸浮態(tài)或膠體態(tài)有機(jī)物，是一種值得深入探究嘗試的城市污水有機(jī)物資源化處理和利用的方式。盡管目前尚無(wú)針對(duì)污水污泥水熱產(chǎn)物的研究，但污水污泥與各類污水廠產(chǎn)生的污泥具有相似的成分，因而水熱產(chǎn)物也應(yīng)具有相似性。已有研究顯示，各類污泥的水熱產(chǎn)物中的水溶性大分子有機(jī)物與天然高分子有機(jī)物相似，本身具有一定的絮凝性能，但不足以直接用于城市污水有機(jī)物的富集；但在適宜水熱條件下獲得的大分子有機(jī)物，結(jié)構(gòu)中通常含有氨基、羥基等活性基團(tuán)，可以通過改性優(yōu)化獲得更好的絮凝性能。

對(duì)天然高分子有機(jī)物改性制備絮凝劑的現(xiàn)有研究表明，可通過N取代、O取代、自由基接枝共聚等方法，根據(jù)需求對(duì)天然高分子改性制備具有一種或多種功能的水處理劑〔16〕。類似天然有機(jī)高分子絮凝劑制備改性的方法有望幫助污水污泥水熱產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)更好的絮凝效果，獲得聚集介質(zhì)。一些常見的天然高分子改性方法包括接枝共聚〔35〕、醚化/胺化〔36〕和氧化〔37〕等。

3.1 自由基接枝共聚法

接枝共聚法是指將作為支鏈的聚合物接在聚合物主鏈上，形成支鏈型共聚物。天然高分子上的活性基團(tuán)可作為接枝點(diǎn)引入諸如乙烯類物質(zhì)的接枝單體。自由基接枝共聚法是天然高分子改性的常見手段，自由基的聚合通常由以下4個(gè)基元反應(yīng)組成：（1）鏈引發(fā)，其主要作用是生成自由基和引發(fā)單體聚合，常見的化學(xué)引發(fā)劑有鈰鹽〔38〕、過硫酸鹽〔39〕、錳鹽〔40〕等，還可以在微波〔41〕、γ射線〔42〕和超聲〔43〕等條件下引發(fā)；（2）鏈增長(zhǎng)，其過程為單體自由基打開烴類分子的π鍵，加成形成新的自由基，隨后繼續(xù)加成，形成結(jié)構(gòu)單元更多的鏈自由基，加成單體可以是非離子型、陽(yáng)離子型或陰離子型〔19〕，表3列出了幾個(gè)示例；（3）鏈終止，這一步發(fā)生在自由基活性高并易相互作用的階段；（4）鏈轉(zhuǎn)移，除以上三步基元反應(yīng)外，自由基聚合反應(yīng)過程中還伴隨鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即增長(zhǎng)著的自由基從其他分子上奪取一個(gè)原子，終止成為穩(wěn)定的大分子。

3.2 醚化/胺化

天然有機(jī)高分子上羥基或氨基基團(tuán)中的質(zhì)子在堿催化條件下可與改性劑（如氯代羧酸類化合物、丙烯酸、環(huán)氧乙烷、胺類化合物等）發(fā)生親核置換反應(yīng)〔50〕。醚化過程中羥基基團(tuán)轉(zhuǎn)化成C—O—C結(jié)構(gòu)，胺化過程中氨基基團(tuán)轉(zhuǎn)化成C—N—C結(jié)構(gòu)〔51〕。通常情況下，氨基的反應(yīng)活性優(yōu)于羥基。該合成方法的操作步驟較接枝共聚法簡(jiǎn)單，產(chǎn)物易分離提純。以木質(zhì)素和2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨反應(yīng)為例，合成過程如圖4所示〔52〕。

圖4 木質(zhì)素和2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨醚化反應(yīng)Fig.4 Etherification of lignin and 2，3-epoxy propyl trimethylammonium chloride

3.3 氧化

天然高分子有機(jī)物上的羥基可與氧化劑作用，被氧 化 成羧基或羰基〔53〕。T.SUOPAJ?RVI等〔54〕以從木樺和白樺廢棄物中提取的纖維素為原料，在高碘酸鈉和亞氯酸鈉的氧化作用下制備了二羧酸納米纖維素（DCC）絮凝劑，反應(yīng)式見圖5〔55〕。

圖5 纖維素氧化反應(yīng)式Fig.5 Cellulose oxidation reaction formula

天然高分子材料改性制備絮凝劑主要根據(jù)目標(biāo)污染物的性質(zhì)和構(gòu)效關(guān)系對(duì)大分子鏈進(jìn)行化學(xué)修飾，如引入某些官能團(tuán)等〔56〕，最終得到具備特定性能的水處理劑。此外，還可以結(jié)合多種技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行多步改性，以達(dá)到最佳的絮凝效果〔57〕。

4 聚集介質(zhì)原位利用碳捕獲設(shè)想

污泥水熱液相產(chǎn)物中的水溶性大分子的部分特性符合絮凝劑制備要求。污水污泥與各類污泥具有相似性，因而水熱產(chǎn)物也應(yīng)具有共性，擁有符合絮凝劑制備要求的部分特性。在此基礎(chǔ)上提出一種利用污水污泥為原料原位制備聚集介質(zhì)、濃縮富集污水有機(jī)物并循環(huán)利用的城市污水資源化處理工藝，流程見圖6。

圖6 以污水污泥為原料原位制備聚集介質(zhì)的城市污水資源化處理工藝Fig.6 Urban sewage recycling treatment process with sewage sludge by in situ preparation of aggregation medium from sewage sludge

以污水污泥為原料原位制備聚集介質(zhì)的工藝系統(tǒng)由絮凝聚集、沉淀分離、水熱處理、改性制備等主要工藝單元組成。城市污水通過簡(jiǎn)單的預(yù)處理后，投加聚集介質(zhì)進(jìn)行絮凝聚集、沉淀分離以濃縮富集大部分有機(jī)物；去除大部分有機(jī)物的城市污水再進(jìn)行氮、磷的去除回收；取部分富集有機(jī)物（含聚集介質(zhì)）進(jìn)行水熱處理，提取水熱液相產(chǎn)物中大分子聚合物進(jìn)行改性，得到具有絮凝性能的聚集介質(zhì)，回用于污水的絮凝聚集工藝。除少部分污水污泥繼續(xù)用作聚集介質(zhì)制備原料，其余大部分污水污泥可采用其他方法進(jìn)行資源回收利用。聚集介質(zhì)制備過程中水熱處理后產(chǎn)生的固相產(chǎn)物主要為品質(zhì)不高的水熱炭，經(jīng)分離干化后可作為低品質(zhì)炭產(chǎn)品用于土壤改良或作為輔助燃料等回收利用；酸沉降產(chǎn)生的水溶性小分子有機(jī)物則可用作城市污水處理全過程后續(xù)N、P回收所需碳源。

課題組的前期研究首先對(duì)初沉污泥進(jìn)行了水熱處理，獲得了具有高分子質(zhì)量的水溶性聚合物。隨后嘗試使用醚化、接枝共聚法對(duì)水溶性聚合物進(jìn)行陽(yáng)離子改性，接枝共聚可以有效引入改性單體，獲得較好的聚集性能；通過接枝AM（丙烯酰胺）與DMC（甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨）制備聚集介質(zhì)，改善了聚集介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與電荷特性，調(diào)整AM與DMC比例還可以在一定程度上改善聚集介質(zhì)的絮凝效果；聚集介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了城市污水中60%的COD去除率，且保留了水中85%以上的PO43--P及NH4+-N〔58-59〕。隨后，課題組又在簡(jiǎn)化制備方法、減少改性單體使用比例等方面進(jìn)行了優(yōu)化。課題組的前期研究在實(shí)際制備與應(yīng)用方面初步證實(shí)了以污水污泥為原料原位制備聚集介質(zhì)的可行性。

以污水污泥為原料原位制備聚集介質(zhì)的方法和原位循環(huán)利用工藝還面臨很多理論基礎(chǔ)研究和技術(shù)優(yōu)化問題，包括優(yōu)化水溶性大分子提取、減少改性單體物料投入、篩選改性方法等，距離實(shí)際工程應(yīng)用仍有較大差距，還需要進(jìn)一步深入研究。

5 總結(jié)與展望

目前，針對(duì)以污水污泥水熱液相產(chǎn)物中的水溶性大分子為改性原料制備城市污水有機(jī)物聚集介質(zhì)的研究尚處于起步階段。今后對(duì)這種聚集介質(zhì)的制備與應(yīng)用研究還需著重考慮以下幾點(diǎn)：（1）通過比較分析、相關(guān)分析、趨勢(shì)分析，探明水熱產(chǎn)物與水熱條件間的響應(yīng)機(jī)制，明確水熱產(chǎn)物的定向調(diào)控機(jī)制，獲得聚集介質(zhì)前驅(qū)物的調(diào)控條件；（2）明確聚集介質(zhì)的制備路徑，探究不同合成參數(shù)對(duì)合成聚集介質(zhì)的影響；（3）利用聚集介質(zhì)開展生活污水有機(jī)物聚集/分離實(shí)驗(yàn)，探討混凝參數(shù)對(duì)聚集/分離效果的影響，并比較不同聚集介質(zhì)對(duì)有機(jī)物的聚集/分離效果，解析聚集介質(zhì)的不同特性（結(jié)構(gòu)、電荷、官能團(tuán)）對(duì)有機(jī)物聚集效果的影響，建立聚集介質(zhì)與聚集/分離效果間的構(gòu)效關(guān)系，闡釋聚集機(jī)制；（4）簡(jiǎn)化操作步驟，確保實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。