（環(huán)境學(xué)院張學(xué)海）活性污泥法作為20世紀(jì)環(huán)境工程領(lǐng)域的重大發(fā)明之一，在當(dāng)今世界的污水處理中扮演著不可替代的角色。而污水生化處理過程不可避免地產(chǎn)生了大量的剩余污泥，已成為環(huán)境工程領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)問題。污泥是由微生物細(xì)胞、胞外聚合物（EPS）、無機(jī)礦物等組成的高度異質(zhì)化聚集體，其含水率一般在 90%以上，具有觸變性、高度可壓縮、難脫水等特點。雖然以高壓過濾為主流的深度脫水工藝已在我國大規(guī)模應(yīng)用，并在污泥減量化過程中發(fā)揮著重要的作用，而其理論研究（尤其在污泥類凝膠結(jié)構(gòu)與脫水性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制和化學(xué)調(diào)理的微界面過程等方面）卻十分滯后。

       近年來，張偉軍副教授研究團(tuán)隊通過構(gòu)建針對類凝膠結(jié)構(gòu)關(guān)鍵組分——胞外聚合物（EPS）的表征體系，主要圍繞污泥深度脫水和資源化這一問題，對污泥調(diào)理過程中EPS的微界面反應(yīng)過程開展了系統(tǒng)研究，相關(guān)成果已經(jīng)在環(huán)境領(lǐng)域的主流期刊發(fā)表SCI論文近20篇。近期取得的重要進(jìn)展如下：

       1.以水平電場強(qiáng)化污泥脫水過程為例，研究了電壓、pH 和離子強(qiáng)度對污泥電脫水性能和電化學(xué)效應(yīng)的影響，解析了不同電場運行參數(shù)和溶液化學(xué)條件下污泥 EPS溶解和微觀形貌的區(qū)域化特征。結(jié)果顯示，電滲透的運行參數(shù)主要是通過調(diào)控電化學(xué)過程來影響EPS溶解的區(qū)域化特征，進(jìn)而對污泥的電滲透脫水行為產(chǎn)生影響。研究成果發(fā)表于Water Research。

       2.提出了甲醇和無機(jī)混凝劑耦合調(diào)理強(qiáng)化污泥脫水性能的新型技術(shù)，闡明了耦合調(diào)理過程中污泥類凝膠結(jié)構(gòu)的演變行為，發(fā)現(xiàn)了甲醇通過破壞蛋白質(zhì)的水化層和誘導(dǎo)凝聚實現(xiàn)污泥結(jié)合水的脫除。研究成果發(fā)表于Water Research。

圖1 甲醇和無機(jī)混凝劑耦合調(diào)控蛋白質(zhì)分子構(gòu)型強(qiáng)化污泥脫水性能的作用機(jī)制

       研究團(tuán)隊開發(fā)了兩種基于骨架助濾和有機(jī)高分子絮凝的厭氧消化污泥強(qiáng)化脫水新技術(shù)，揭示了聯(lián)合調(diào)理的作用機(jī)制。針對厭氧消化污泥高氨氮和高磷酸鹽等特點，采用誘導(dǎo)原位結(jié)晶骨架助濾耦合高分子絮凝，將污泥強(qiáng)化脫水和營養(yǎng)回收相耦合，提升污水處理的可持續(xù)性。研究發(fā)現(xiàn)原位結(jié)晶形成的磷酸銨鎂結(jié)晶（MAP）可以通過吸附 EPS 促使絮體的致密化，改善污泥的過濾行為。此外，研究組還提出基于污泥炭基材料（sludge based carbon，SBC）骨架助濾耦合高分子聚合物絮凝調(diào)理技術(shù)，同步實現(xiàn)強(qiáng)化污泥脫水和去除難降解生物聚合物的目的。研究表明 SBC 不僅可充當(dāng)骨架，降低污泥的可壓縮系數(shù)，同時能夠通過疏水作用吸附粘性的蛋白質(zhì)和腐殖酸等。陽離子有機(jī)聚合物（陽離子聚丙烯酰胺和殼聚糖）可進(jìn)一步促使污泥中蛋白質(zhì)分子團(tuán)聚，進(jìn)一步改善污泥的過濾脫水性能。SBC的橋聯(lián)作用能夠明顯提升絮體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剪切恢復(fù)性能，從而表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于Water Research 和 Chemical Engineering Journal。

圖2 基于骨架物質(zhì)助濾和有機(jī)高分子絮凝聯(lián)合調(diào)質(zhì)強(qiáng)化脫水的作用機(jī)制

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       Bingdi Cao, Weijun Zhang*, Youjing Du, et al. Compartmentalization of extracellular polymeric substances (EPS) solubilization and cake microstructure in relation to wastewater sludge dewatering behavior assisted by horizontal electric field: Effect of operating conditions. Water Research, 2018, 130: 363-375.

       Qiongying Xu Q, Qiandi Wang, Weijun Zhang*, et al. Highly effective enhancement of waste activated sludge dewaterability by altering proteins properties using methanol solution coupled with inorganic coagulants. Water research, 2018, 138: 181-191.

       Qiandi Wang, Weijun Zhang*, Zhaoyi Yang, et al. Enhancement of anaerobic digestion sludge dewatering performance using in-situ crystallization in combination with cationic organic polymers flocculation. Water research, 2018, 146: 19-29.

       Ning Wang, Weijun Zhang*, Bingdi Cao, et al. Advanced anaerobic digested sludge dewaterability enhancement using sludge based activated carbon (SBAC) in combination with organic polymers[J]. Chemical Engineering Journal, 2018, 350: 660-672.