城市污水污泥深度脫水技術研究

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[摘要]隨著城市的快速發展，城市用水量不斷增加，無處理量逐年增加，污水處理廠每年的污泥總量也在不斷的增加，大量的污泥需要妥善的處理處置。污泥深度脫水技術是通過物理、化學等技術手段將含水污泥中的水分去除，將其轉化為固態或半固態的一種重要處理技術。圍繞化學調理脫水、高壓隔膜板框深度脫水、電滲透板框污泥深度脫水、生物瀝浸深度脫水、超聲波深度脫水等深度脫水技術介紹了污泥深度脫水技術原理，總結了不同脫水方式研究進展情況。結合我國污泥處理處置中存在的問題，對污泥深度脫水技術的發展趨勢與應用前景進行分析與展望，以期促進城市污水污泥深度脫水技術的創新與發展。

[關鍵詞]深度脫水；污泥；化學調理；生物瀝浸；污水處理

由于城鎮化和經濟發展需求，我國近年來城市污水排放量和處理量都呈現出一種上升的趨勢[1]。污泥作為污水生化處理后的一種主要副產物，近年來其產量也在不斷上升，與污泥產量連年遞增趨勢相不符的是，我國污泥有效處理率仍然偏低。現階段我國污水處理廠對于污泥的處理能力欠缺、技術手段相對落后，每年都有一定量的污泥沒有按照國家標準要求進行妥善的處理處置，這可能會對生態環境產生“二次污染”，對環境和人們生活構成了嚴重威脅[2]。目前，機械脫水是污泥處理的主要技術手段，一般處理后的污泥含水率約為80%。根據2010年中國環保部辦公廳發布的《關于加強城市污水處理廠污泥污染防治的通知》，通知規定“污水處理廠將污泥運出廠界貯存，污泥必須脫水至含水率的50%以下”。顯然，就目前污水處理廠傳統的脫水技術無法達到規定中對于含水率的要求的[1,3]。國內外學者已經對深度脫水過程和機理開展了相關研究，對污泥進行深度脫水后再進行處理處置是污泥外來的重要研究方向[4-6]。一般來說，泥深度脫水技術可以使處理后的污泥含水率達到60%以下，使用污泥深度脫水技術可以有效的去除污泥的含水量，這可以大大的提高污泥焚燒處理的經濟效益和焚燒處理效率。本文對城市污水深度脫水技術的原理與不同脫水方式進行了適當總結，以期促進城市污水污泥深度脫水技術的創新與發展。

1污泥深度脫水技術

污泥一種半固體廢物，其含有大量的有機質、細菌、病毒以及膠體重金屬等有毒有害物質，作為城市污水處理廠污水處理過程中的副產物其成分非常復雜[7]。城市污水污泥的含水率一般都比較高，具有惡臭氣味并且易腐敗，如果不能得到妥善處理，不僅會影響污水處理廠的日常運行，還會給周邊土壤和水環境等造成污染。污泥深度脫水既是污泥處理過程中一個重要的環節，又是一個最難實現的環節。污泥深度脫水技術是使用物理、化學、生物等手段對含水率較高的污泥進行調理，從而改變污泥結構，釋放結合水、吸附水等，提高污泥脫水性能的脫水技術[3,8]。目前，國內較為實用的污泥深度脫水方法有化學調理脫水、機械壓榨脫水、生物深度脫水等。

1.1化學調理脫水

化學調理一般是指采用化學試劑對污泥進行調理改性，消除污泥中的水合作用和電排斥作用，改善污泥的脫水性能，以利后續機械壓榨脫水。化學調理是污泥調理的重要方法之一，其可以通過化學藥品促進污泥的脫水和排水性能，根據調理原理的不同可以分為絮凝劑調理和氧化調理[9-10]。1.1.1絮凝調理組成污泥的固體顆粒通常很小，帶負電荷，能夠形成穩定的膠體懸浮液，這使得污泥固體與水很難分離。一般通過投加帶正電基團的絮凝劑可使污泥膠體脫穩，實現固液相分離，利于溶膠聚沉，所以絮凝調理一般通過添加適當的絮凝劑，改變污泥膠體的穩定性，實現污泥的固液分離。絮凝劑按照化學組成可分為無機和有機絮凝劑[9]。無機絮凝劑利用電性中和、壓縮雙電層、降低排斥電勢，從而降低顆粒間的排斥能。利用分子鏈對有機絮凝劑進行變性處理，達到混凝的目的。拉長分子鏈，充分發揮吸附架橋作用，使顆粒與水易于分離。1.1.2氧化調理氧化調理是指采用臭氧、氯氣、二氧化氯和Fenton試劑等強氧化劑對污泥進行調理，改善脫水效果，降低后續機械處理后的含水率。氧化調理采用較多的是Fenton調理。Fenton調理機理主要是降低Zeta電位和增強絮體疏水性，提高污泥的脫水性能；另外其較強的氧化性損壞了EPS，可以使細胞中的結合水變成表面吸附水，這改變了污泥性質提高了污泥的脫水性能[11]。Fenton試劑調理深度脫水主要通過三個步驟：酸化、Fenton氧化調理和機械脫水，可使污泥體積減少40%以上，實現深度脫水。

1.2高壓隔膜板框深度脫水

現有的污水處理廠的污泥含水率一般都比較高，現階段國家在大力提倡污泥的脫水減量，為了響應國家號召，滿足污泥的填埋、焚燒等處理要求，引進污泥脫水壓榨設備，降低污泥含水率。污泥脫水壓榨技術是現階段污泥脫水減量化最有效的形式，其可以滿足國家對污泥減量化和穩定化的要求[3]。常用的污泥脫水壓榨設備有隔膜式壓濾機、板框壓濾機、帶式壓濾機和離心壓濾機，一般來說隔膜板框深度脫水效果較佳，而帶式壓濾機和離心壓濾機的脫水效果不能滿足低含水率的要求[11]。高壓隔膜板框脫水系統主要有高壓進料泵、隔膜壓榨泵、進料口、空壓機、濾板與濾布、冷干機等配套設施組成，與普通壓濾機不同，高壓隔膜板框脫水系統的基本結構在支撐濾板上另外固定了一塊隔膜[12]。將回收后的污泥送入濾室，在濾室內填入污泥進料，向壓濾機隔膜板中注入高壓水，產生的隔膜張力擠壓污泥，從而實現污泥脫水，通過過濾介質(濾布)，留下固體經濾布阻隔收集，形成低含水率物質。高壓隔膜板框深度脫水技術通過物理擠壓，板框給污泥施加一定的壓力，污泥壓制濾餅的水含量降低至小于60%，實現污泥含水率降低的目標。高壓隔膜板框深度脫水技術具有脫水泥餅含水率低，操作條件氣味小，但其設備投資和占地面積相對較大，作業周期較長。總體來說高壓隔膜板框深度脫水技術對污泥脫水的減量效果明顯，可以達到我國對污泥脫水的減量化、穩定化等要求，在新建的污水處理廠使用較為廣泛。

1.3電滲透板框污泥深度脫水

電滲透污泥脫水是利用反離子在電場力的作用下攜帶水分子向電極運動的方式，配合板框或帶式脫水機的壓力可以有效地對污泥進行脫水。現階段，常見的電滲透污泥脫水機主要有電滲透板框式污泥脫水機、電滲透帶式污泥脫水機以及電滲透疊螺式污泥脫水機。電滲透板框污泥深度脫水的原理主要為，污泥顆粒表面的胞外聚合物中有帶負電的官能團，由于離子吸附作用，容易吸附一些陽離子。在電場作用下，帶有部分正電荷的水分子向陰極移動，而污泥顆粒帶有負電荷，由于陽極的吸引，其便向陽極方向移動，從而實現了污泥脫水的目的。電滲透板框污泥深度脫水工藝就是常規脫水機處理后的污泥餅通過通電后的電脫水機的滾筒和履帶之間，由于滾筒和履帶之間形成的電位差，帶有部分正電荷的水分子向陰極移動，污泥顆粒帶有負電荷向陽極移動，這使得污泥顆粒和水分分別向陰、陽兩極定向遷移[13]，再通過加壓過濾，從而實現固液分離，這種方法可以有效的脫除污泥的間隙水、吸附水等。電滲透板框污泥深度脫水可以實現不投加如何化學試劑的情況下，實現污泥的減量，為污泥的處理、處置提供技術支持，該技術工藝簡單、占地面積小、將電滲析與板框壓濾相結合，可以有效的解決我們城市污水污泥的處理處置含水率高的困擾，對于實現污泥減量化與資源化有重要意義。

1.4生物瀝浸深度脫水

生物瀝浸深度脫水技術是一種基于生物濕法冶金基本原理的一種污泥脫水技術，使用的是不同于污水處理的以自養型微生物為主，結合一部分特殊異養菌共同組成的特殊微生物復合菌群，其很快替代了污泥中原有以異養型微生物為主的污泥菌體膠團，從而破壞了原活性污泥中的菌膠團，包裹其中的毛細水予以釋放，從而污泥脫水性能顯著提高，這有利于污泥今后的焚燒處理或資源化利用，另外生物瀝浸深度脫水技術對有效去除污泥中的重金屬等有害物質也有一定的效果。微生物瀝浸技術特點是污泥經微生物調理后，可直接注入專門為生物瀝浸設計的板框壓濾機進行脫水，操作簡單，卻無需添加化學試劑，一般處理后的含水率可以降低到60%以下，且污泥有機質含量基本不變，容易實現后續資源化利用[14]。對于重金屬超標的污泥，可以采取加強特殊微生物菌群的結構，使重金屬含量大幅減少，除臭和殺滅病原菌效果也極顯著[15]。對于老舊污水處理廠升級改造是如果沒有足夠的空間改建或擴建污泥深度脫水處理裝置，或者沒有污泥處理設施的中、小型污水處理廠，都可以將經過常規脫水的污泥集中收集起來進行生物瀝浸深度脫水處理。

1.5超聲波深度脫水

超聲波能產生瞬間高溫高壓及剪切力，改變疏水性膜物質的理化性質，破壞細菌膠束結構，并分解難降解有機物；可以提高波面傳播產生的通道中水分子的通過通量，促進污泥團聚；介質引入超聲波時，顆粒與介質一起發生震動，從而加速了顆粒的碰撞和粘合。超聲波深度脫水技術是一種利用超聲波的能量傳輸的方式，通過分子震動將污泥表面的吸附水脫除的技術。通過超聲波深度脫水技術進行污泥脫水時可以不加如化學試劑，其主要利用超聲的連續、高頻率作用于污泥顆粒表面，將污泥中的微生物細胞快速的震碎，從而達到較好的物理脫水效果。部分研究表明，從超聲波改善污泥脫水性能來看，中低頻超聲波和較短的超聲時間對于污泥脫水效果顯著，但是加大超聲波頻率以及延長超聲時間效果相對較差[16]，長時間作可能導致污泥結構的損壞，有可能會使得污泥全部破碎，懸浮的顆粒影響污泥的脫水，降低脫水效果。齊健等[17]發現用超聲波技術處理城市污泥時，會產生海綿效應，使水更容易通過波前傳播產生的通道，增加水分子的通量，這會導致污泥之間的團聚，增加污泥顆粒尺寸。隨著其不斷增大，就會發生布朗運動，相互碰撞、結合，最終形成沉淀。使用較短時間就可以改變污泥的結構特征，增強污泥的脫水性能。利用超聲波技術的液相中產生的機械效應、化學效應以及空化效應等，超聲波技術也可以用于市政厭氧污泥脫水，可以使市政污泥進行厭氧消化，馮力[18]采用超聲波聯合化學調理技術進行污泥脫水處理，實驗結果表明投加合適的化學調理劑和控制合理的超聲時間，可以有效的改善污泥脫水性能，實現較好的脫水效果。生物瀝浸法具有處理效果好、操作簡單快速等優點，被廣泛應用于水處理等領域，張慕詩等[18]研究了采用合超聲波聯合生物瀝浸法技術對市政厭氧污泥進行脫水，驗證該聯合技術在市政厭氧污泥脫水具有良好的可行性，其中厭氧污泥脫水量可以達到99%，研究成果對提高城市污水污泥脫硫效率和脫水效果具有一定的借鑒作用。

2結語

隨著我國環保要求的提高、污泥處理處置壓力的升高，污泥深度脫水技術將得到更加廣泛的重視與應用。現階段我國深度脫水技術研究目標主要集中在脫水試劑的選擇與使用上，大多數脫水藥劑都存在造成二次污染的可能，故而今后的研究方法可以向微生物絮凝劑、生物質粉末等無二次污染的環境友好型和低成本的污泥調理脫水藥劑。污泥深度脫水技術的研究應該與現在的污泥脫除處理技術緊密聯合起來，由于常規單一機械脫水技術一般都無法滿足需要的處理效果，通過研發新型污泥資源化技術的同時實現污泥深度脫水，不斷地加強對新型污泥脫水處理技術的調研、研究和開發，這才符合我國環境與經濟建設的發展需要。污泥深度脫水技術的發展方向不僅僅是發揮單一技術的優點，需要再聯合多種深度調理技術共同處理，從而更好地適應我國社會經濟和環境發展需求。

作者：王艷 單位：蚌埠市五河縣生態環境監測站