城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水技術(shù)

———城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水技術(shù)目前我國每年產(chǎn)生4000多萬噸剩余污泥，常常規(guī)機(jī)械脫水處理后，大部分城鎮(zhèn)剩余污泥含水率可降至約80%。污泥處理處置，減量化是前提，主要途徑就是降低污泥含水率[1]。目前，污泥深度脫水的技術(shù)日趨完善，能夠更好地實(shí)施污泥脫水，降低污泥含水率。本文主要闡述了城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水處理技術(shù)及其進(jìn)展趨勢。

一、污泥深度脫水

城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥含水率高達(dá)95%以上，常常規(guī)機(jī)械脫水后，污泥含水率可降至約80%左右。無論污泥采納何種最終處置方式，對污泥的含水率要求一般在60%左右(或者更低)。為了妥當(dāng)處置污泥，污泥深度脫水成了迫在眉睫的任務(wù)。污泥中水的分布形態(tài)主要有四種：間隙水(或游離水)、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水，常規(guī)污泥脫水技術(shù)一般只能去除部分間隙水和自由水，很難去除其他形態(tài)的水。

目前，許多學(xué)者對污泥深度脫水進(jìn)行多方面討論，歸結(jié)起來主要有：一是在機(jī)械脫水前對污泥進(jìn)行調(diào)理。二是對污泥脫水機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。污泥深度脫水技術(shù)應(yīng)用較為成熟的方法包括：電滲析脫水法和超聲波脫水法，本質(zhì)上都屬于助濾的范疇。隨著機(jī)械脫水技術(shù)的不斷改進(jìn)，在結(jié)合污泥調(diào)理的基礎(chǔ)上，形成了以機(jī)械脫水為核心的多手段聯(lián)合脫水技術(shù)。

二、影響污泥脫水的主要因素

剩余污泥顆粒具有高親水性，與水結(jié)合力很強(qiáng)，如不進(jìn)行預(yù)處理，則污泥脫水效果差。影響污泥脫水的主要因素有：胞外聚合物(EPS)、粒徑分布、Zeta電位和黏度。

2.1胞外聚合物(EPS)

胞外聚合物(EPS)在污泥中占有很大比重，EPS具有空間分布的特征，包括緊縛EPS(TB-EPS)、松散EPS(LB-EPS、Slime層和溶解態(tài)EPS(S-EPS)，其中污泥的Slime層和溶解態(tài)EPS(S-EPS)具有高持水性。胡夢竹等討論發(fā)覺，NaCl的投加降低EPS各層疏水力量，使污泥生物絮凝力量變差，利于污泥脫水，降低污泥的體積。然而眾多學(xué)者的討論并沒有達(dá)成全都，如李亞林等討論認(rèn)為污泥的脫水性能與緊縛EPS和松散EPS中的PN存在顯著相關(guān)性，與溶解態(tài)EPS中PN的無顯著相關(guān)性。而Yuan等[9]討論得出最優(yōu)的松散EPS含量僅為15~18mg/L，過高的松散EPS反而會導(dǎo)致污泥脫水困難。

2.2粒徑分布

污泥中細(xì)小顆粒比例越大，污泥脫水效果越差。高比例的超微小膠體顆粒會使污泥顆粒表面積/體積比提高，故導(dǎo)致污泥顆粒的水合作用增加，降低其脫水性能。污泥粒徑增大，能提高污泥顆粒的聚沉效果，從而提高污泥脫水性能。Ning等討論結(jié)果表明：同時加入制革污泥焚燒灰和陽離子聚丙烯酰胺可以提高污泥顆粒的聚集沉淀效果，脫水性能明顯改善。

2.3Zeta電位

污泥顆粒具有雙電層結(jié)構(gòu)，Zeta電位會影響污泥膠體的分散和沉降，因此在污泥脫水過程中常通過降低污泥顆粒表面電位，強(qiáng)化污泥膠體顆粒的脫穩(wěn)和沉降效果。一般狀況下，污泥絮體的Zeta電位在-30~10mV之間。Guan等討論發(fā)覺低溫(50~90℃)條件下用CaC12調(diào)理污泥，壓縮雙電層，降低污泥表面Zeta電位，從而提高污泥脫水性能。

2.4黏度

污泥黏度的相關(guān)討論數(shù)據(jù)能為污泥深度脫水技術(shù)的優(yōu)化供應(yīng)參考。Li等討論結(jié)果發(fā)覺，污泥黏度與污泥脫水性能呈線性正相關(guān)，污泥黏度數(shù)值變大，則污泥脫水性能惡化。

三、污泥調(diào)理

城鎮(zhèn)污水剩余污泥先進(jìn)行調(diào)理，降低污泥的親水性，從而提高污泥脫水效果。污泥調(diào)理方法主要包括物理調(diào)理、化學(xué)調(diào)理、微生物調(diào)理和復(fù)合調(diào)理。多種調(diào)理聯(lián)合作用可以使污泥脫水效果更佳，故污泥復(fù)合調(diào)理討論最多，應(yīng)用廣泛。

3.1物理調(diào)理法

物理調(diào)理法有加熱調(diào)理、微波調(diào)理、超聲波調(diào)理和電滲透脫水。污泥加熱調(diào)理可以使污泥中的細(xì)胞分解，轉(zhuǎn)變顆粒結(jié)構(gòu)，使有機(jī)物水解，從而使細(xì)胞膜中的內(nèi)部結(jié)合水游離出來，改善污泥的脫水性能。但高溫導(dǎo)致的臭味、腐蝕以及經(jīng)濟(jì)成本等問題，限制了加熱調(diào)理的大規(guī)模應(yīng)用。微波調(diào)理是對污泥進(jìn)行熱處理改性，能有效地破壞污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有升溫快、加熱勻稱等特點(diǎn)，能改善污泥脫水性能。與微波調(diào)理類似，單一超聲波調(diào)理對污泥脫水性能影響存在最佳的輻射能量限值，以及能耗等問題。電滲透脫水過程耗時較長，但對高含水率且低滲透性污泥脫水效果好，污泥含水率可降低至60%以下。李亞林等討論結(jié)果表明，經(jīng)電滲透技術(shù)脫水后，污泥含水率降至49.15%。

3.2化學(xué)調(diào)理法

污泥化學(xué)調(diào)理法中常用的藥劑有無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑和助凝劑等。

3.2.1無機(jī)絮凝劑

無機(jī)絮凝劑用得比較多的有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁等。王馨悅等討論了分別用聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)對污泥調(diào)理脫水的試驗(yàn)。討論表明，兩者對污泥脫水性能改善效果都比較明顯。但從經(jīng)濟(jì)成本考慮，PAC比FeCl3更為經(jīng)濟(jì)合適。黃紹松等討論Fenton氧化聯(lián)合氧化鈣對污泥脫水的影響，結(jié)果表明，污泥含水率明顯降低。兩者聯(lián)合作用轉(zhuǎn)變污泥絮體的大小，且能去除部分胞外聚合物，進(jìn)而改善了污泥脫水效果。

3.2.2有機(jī)絮凝劑

有機(jī)絮凝劑調(diào)理力量好，受污泥pH值影響小，但存在毒性強(qiáng)、難溶解和費(fèi)用高等缺點(diǎn)。張梅杰等對比討論了五種有機(jī)絮凝劑對污泥脫水性能的影響，討論發(fā)覺在有機(jī)絮凝劑調(diào)理下，污泥比阻與毛細(xì)吸水時間比值呈明顯線性相關(guān)，相關(guān)討論能為污泥調(diào)理供應(yīng)相關(guān)的討論數(shù)據(jù)。Yan等探討了三種絮凝劑分別投加時對污泥脫水效果的影響，討論對比得出，陽離子PAM對污泥脫水效果比其他兩種絮凝劑更好。

3.2.3復(fù)合絮凝劑

ZhaiLF等[討論表明，復(fù)合絮凝劑對污泥脫水的效果比單一藥劑顯著要好，且藥劑用量能節(jié)約一半，但問題是復(fù)合絮凝劑制備較簡單，成本高，反應(yīng)條件限制多。

3.2.4助凝劑

助凝劑改善污泥脫水性能的機(jī)理是助凝劑與污泥混合后，使污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變硬，形成更多的空隙結(jié)構(gòu)，以利于脫水過程中自由水的滲出。助凝劑實(shí)際應(yīng)用較多的有石灰和粉煤灰。姜惠民等分別討論了六種助凝劑對污泥脫水性能的影響，討論表明，單一助凝劑使用時，石灰對污泥脫水效果最好。復(fù)合投加時，粉煤灰加石灰兩者聯(lián)合作用對污泥脫水效果最好。劉強(qiáng)等討論了粉煤灰與生石灰聯(lián)合投加對污泥調(diào)理，試驗(yàn)表明，污泥含水率可降低至60%以下。

3.3微生物調(diào)理法

微生物絮凝劑無二次污染和對污泥自身?xiàng)l件具有良好的適應(yīng)性，但制備成本高，故目前還是和傳統(tǒng)絮凝劑聯(lián)合使用調(diào)理污泥。微生物調(diào)理法以生物瀝浸為代表，目前在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用最多。何足道等討論結(jié)果表明，生物瀝浸法既能明顯提高污泥脫水性能，處理后水質(zhì)相對較好等優(yōu)點(diǎn)，又具有泥餅有機(jī)質(zhì)和氮磷養(yǎng)分高，重金屬含量低的優(yōu)點(diǎn)。劉杰偉等分別討論了微生物絮凝劑與無機(jī)絮凝劑對污泥脫水效果的影響。結(jié)果表明，污泥脫水效果較好的是微生物絮凝劑。

3.4復(fù)合調(diào)理法

目前污泥復(fù)合調(diào)理法是國內(nèi)外討論的熱點(diǎn)，多種調(diào)理法聯(lián)用可以克服單一調(diào)理法各自的缺點(diǎn)，起到較好的協(xié)同效果，改善污泥脫水性能。李亞林等采納電滲透與過硫酸鹽耦合對剩余污泥進(jìn)行二次脫水。結(jié)果表明，相比單一電滲透脫水技術(shù)，兩者耦合工藝在能耗方面增加，但污泥脫水時間削減了44%。同時電滲透與過硫酸鹽耦合脫水對于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞程度優(yōu)于傳統(tǒng)電滲透，得到的脫水污泥具有更好的干燥特性。羅璐等探討了聚丙烯酰胺和溶菌酶復(fù)合投加對城鎮(zhèn)剩余污泥的脫水影響，討論結(jié)果表明，聚丙烯酰胺和溶菌酶2種藥劑共同作用時，能明顯提高污泥脫水性能和脫水速度，且污泥脫水率比單一藥劑處理時提升許多。高雯等討論了臭氧、超聲波和微生物絮凝劑三種方式對污泥脫水效果的影響。討論表明：臭氧、超聲波和微生物絮凝劑組合聯(lián)用，對破壞污泥菌體結(jié)構(gòu)有較好的效果，對提高污泥脫水性能有顯著效果。

四、優(yōu)化污泥脫水機(jī)械工藝

污泥先調(diào)理，同時優(yōu)化污泥脫水機(jī)械工藝，形成高效低成本的污泥深度脫水技術(shù)是現(xiàn)在許多污泥討論學(xué)者的討論方向。廣東省機(jī)械討論所研發(fā)的新型高壓壓濾脫水設(shè)備保留傳統(tǒng)壓濾脫水機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，并做了大量改進(jìn)優(yōu)化和設(shè)計創(chuàng)新。經(jīng)過試驗(yàn)，新型高壓壓濾脫水設(shè)備可將調(diào)理改性后的市政污泥實(shí)現(xiàn)深度脫水，污泥含水率可降低到40%。馬維超等討論表明，相比其他污泥脫水設(shè)備，使用經(jīng)過優(yōu)化的新型高壓板框式污泥脫水機(jī)，污泥的脫水率可提高5%以上。

五、結(jié)語

城鎮(zhèn)剩余污泥脫水性能的提升有利于污泥后續(xù)的減量化、無害化處理，而污泥調(diào)理協(xié)作污泥機(jī)械脫水核心工藝成為了污泥深度脫水目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)方案之一。本文對此進(jìn)行了深化全面的分析總結(jié)，并著重指出：依據(jù)污泥的性質(zhì)選擇合適的污泥調(diào)理方法以及合適的脫水設(shè)備，討論開發(fā)新型的綠色高效的污泥調(diào)理絮凝劑，照舊是今后污泥脫水討論的主要方向。

目前我國每年產(chǎn)生4000多萬噸剩余污泥，常常規(guī)機(jī)械脫水處理后，大部分城鎮(zhèn)剩余污泥含水率可降至約80%。污泥處理處置，減量化是前提，主要途徑就是降低污泥含水率[1]。目前，污泥深度脫水的技術(shù)日趨完善，能夠更好地實(shí)施污泥脫水，降低污泥含水率。本文主要闡述了城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水處理技術(shù)及其進(jìn)展趨勢。

一、污泥深度脫水

城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥含水率高達(dá)95%以上，常常規(guī)機(jī)械脫水后，污泥含水率可降至約80%左右。無論污泥采納何種最終處置方式，對污泥的含水率要求一般在60%左右(或者更低)。為了妥當(dāng)處置污泥，污泥深度脫水成了迫在眉睫的任務(wù)。污泥中水的分布形態(tài)主要有四種：間隙水(或游離水)、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水，常規(guī)污泥脫水技術(shù)一般只能去除部分間隙水和自由水，很難去除其他形態(tài)的水。

目前，許多學(xué)者對污泥深度脫水進(jìn)行多方面討論，歸結(jié)起來主要有：一是在機(jī)械脫水前對污泥進(jìn)行調(diào)理。二是對污泥脫水機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。污泥深度脫水技術(shù)應(yīng)用較為成熟的方法包括：電滲析脫水法和超聲波脫水法，本質(zhì)上都屬于助濾的范疇。隨著機(jī)械脫水技術(shù)的不斷改進(jìn)，在結(jié)合污泥調(diào)理的基礎(chǔ)上，形成了以機(jī)械脫水為核心的多手段聯(lián)合脫水技術(shù)。

二、影響污泥脫水的主要因素

剩余污泥顆粒具有高親水性，與水結(jié)合力很強(qiáng)，如不進(jìn)行預(yù)處理，則污泥脫水效果差。影響污泥脫水的主要因素有：胞外聚合物(EPS)、粒徑分布、Zeta電位和黏度。

2.1胞外聚合物(EPS)

胞外聚合物(EPS)在污泥中占有很大比重，EPS具有空間分布的特征，包括緊縛EPS(TB-EPS)、松散EPS(LB-EPS、Slime層和溶解態(tài)EPS(S-EPS)，其中污泥的Slime層和溶解態(tài)EPS(S-EPS)具有高持水性。胡夢竹等討論發(fā)覺，NaCl的投加降低EPS各層疏水力量，使污泥生物絮凝力量變差，利于污泥脫水，降低污泥的體積。然而眾多學(xué)者的討論并沒有達(dá)成全都，如李亞林等討論認(rèn)為污泥的脫水性能與緊縛EPS和松散EPS中的PN存在顯著相關(guān)性，與溶解態(tài)EPS中PN的無顯著相關(guān)性。而Yuan等[9]討論得出最優(yōu)的松散EPS含量僅為15~18mg/L，過高的松散EPS反而會導(dǎo)致污泥脫水困難。

2.2粒徑分布

污泥中細(xì)小顆粒比例越大，污泥脫水效果越差。高比例的超微小膠體顆粒會使污泥顆粒表面積/體積比提高，故導(dǎo)致污泥顆粒的水合作用增加，降低其脫水性能。污泥粒徑增大，能提高污泥顆粒的聚沉效果，從而提高污泥脫水性能。Ning等討論結(jié)果表明：同時加入制革污泥焚燒灰和陽離子聚丙烯酰胺可以提高污泥顆粒的聚集沉淀效果，脫水性能明顯改善。

2.3Zeta電位

污泥顆粒具有雙電層結(jié)構(gòu)，Zeta電位會影響污泥膠體的分散和沉降，因此在污泥脫水過程中常通過降低污泥顆粒表面電位，強(qiáng)化污泥膠體顆粒的脫穩(wěn)和沉降效果。一般狀況下，污泥絮體的Zeta電位在-30~10mV之間。Guan等討論發(fā)覺低溫(50~90℃)條件下用CaC12調(diào)理污泥，壓縮雙電層，降低污泥表面Zeta電位，從而提高污泥脫水性能。

2.4黏度

污泥黏度的相關(guān)討論數(shù)據(jù)能為污泥深度脫水技術(shù)的優(yōu)化供應(yīng)參考。Li等討論結(jié)果發(fā)覺，污泥黏度與污泥脫水性能呈線性正相關(guān)，污泥黏度數(shù)值變大，則污泥脫水性能惡化。

三、污泥調(diào)理

城鎮(zhèn)污水剩余污泥先進(jìn)行調(diào)理，降低污泥的親水性，從而提高污泥脫水效果。污泥調(diào)理方法主要包括物理調(diào)理、化學(xué)調(diào)理、微生物調(diào)理和復(fù)合調(diào)理。多種調(diào)理聯(lián)合作用可以使污泥脫水效果更佳，故污泥復(fù)合調(diào)理討論最多，應(yīng)用廣泛。

3.1物理調(diào)理法

物理調(diào)理法有加熱調(diào)理、微波調(diào)理、超聲波調(diào)理和電滲透脫水。污泥加熱調(diào)理可以使污泥中的細(xì)胞分解，轉(zhuǎn)變顆粒結(jié)構(gòu)，使有機(jī)物水解，從而使細(xì)胞膜中的內(nèi)部結(jié)合水游離出來，改善污泥的脫水性能。但高溫導(dǎo)致的臭味、腐蝕以及經(jīng)濟(jì)成本等問題，限制了加熱調(diào)理的大規(guī)模應(yīng)用。微波調(diào)理是對污泥進(jìn)行熱處理改性，能有效地破壞污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有升溫快、加熱勻稱等特點(diǎn)，能改善污泥脫水性能。與微波調(diào)理類似，單一超聲波調(diào)理對污泥脫水性能影響存在最佳的輻射能量限值，以及能耗等問題。電滲透脫水過程耗時較長，但對高含水率且低滲透性污泥脫水效果好，污泥含水率可降低至60%以下。李亞林等討論結(jié)果表明，經(jīng)電滲透技術(shù)脫水后，污泥含水率降至49.15%。

3.2化學(xué)調(diào)理法

污泥化學(xué)調(diào)理法中常用的藥劑有無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑和助凝劑等。

3.2.1無機(jī)絮凝劑

無機(jī)絮凝劑用得比較多的有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁等。王馨悅等討論了分別用聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)對污泥調(diào)理脫水的試驗(yàn)。討論表明，兩者對污泥脫水性能改善效果都比較明顯。但從經(jīng)濟(jì)成本考慮，PAC比FeCl3更為經(jīng)濟(jì)合適。黃紹松等討論Fenton氧化聯(lián)合氧化鈣對污泥脫水的影響，結(jié)果表明，污泥含水率明顯降低。兩者聯(lián)合作用轉(zhuǎn)變污泥絮體的大小，且能去除部分胞外聚合物，進(jìn)而改善了污泥脫水效果。

3.2.2有機(jī)絮凝劑

有機(jī)絮凝劑調(diào)理力量好，受污泥pH值影響小，但存在毒性強(qiáng)、難溶解和費(fèi)用高等缺點(diǎn)。張梅杰等對比討論了五種有機(jī)絮凝劑對污泥脫水性能的影響，討論發(fā)覺在有機(jī)絮凝劑調(diào)理下，污泥比阻與毛細(xì)吸水時間比值呈明顯線性相關(guān)，相關(guān)討論能為污泥調(diào)理供應(yīng)相關(guān)的討論數(shù)據(jù)。Yan等探討了三種絮凝劑分別投加時對污泥脫水效果的影響，討論對比得出，陽離子PAM對污泥脫水效果比其他兩種絮凝劑更好。

3.2.3復(fù)合絮凝劑

ZhaiLF等[討論表明，復(fù)合絮凝劑對污泥脫水的效果比單一藥劑顯著要好，且藥劑用量能節(jié)約一半，但問題是復(fù)合絮凝劑制備較簡單，成本高，反應(yīng)條件限制多。

3.2.4助凝劑

助凝劑改善污泥脫水性能的機(jī)理是助凝劑與污泥混合后，使污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變硬，形成更多的空隙結(jié)構(gòu)，以利于脫水過程中自由水的滲出。助凝劑實(shí)際應(yīng)用較多的有石灰和粉煤灰。姜惠民等分別討論了六種助凝劑對污泥脫水性能的影響，討論表明，單一助凝劑使用時，石灰對污泥脫水效果最好。復(fù)合投加時，粉煤灰加石灰兩者聯(lián)合作用對污泥脫水效果最好。劉強(qiáng)等討論了粉煤灰與生石灰聯(lián)合投加對污泥調(diào)理，試驗(yàn)表明，污泥含水率可降低至60%以下。

3.3微生物調(diào)理法

微生物絮凝劑無二次污染和對污泥自身?xiàng)l件具有良好的適應(yīng)性，但制備成本高，故目前還是和傳統(tǒng)絮凝劑聯(lián)合使用調(diào)理污泥。微生物調(diào)理法以生物瀝浸為代表，目前在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用最多。何足道等討論結(jié)果表明，生物瀝浸法既能明顯提高污泥脫水性能，處理后水質(zhì)相對較好等優(yōu)點(diǎn)，又具有泥餅有機(jī)質(zhì)和氮磷養(yǎng)分高，重金屬含量低的優(yōu)點(diǎn)。劉杰偉等分別討論了微生物絮凝劑與無機(jī)絮凝劑對污泥脫水效果的影響。結(jié)果表明，污泥脫水效果較好的是微生物絮凝劑。

3.4復(fù)合調(diào)理法

目前污泥復(fù)合調(diào)理法是國內(nèi)外討論的熱點(diǎn)，多種調(diào)理法聯(lián)用可以克服單一調(diào)理法各自的缺點(diǎn)，起到較好的協(xié)同效果，改善污