市政污泥脱水技术进展

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污泥处理与处置问题是世界性难题，而无论采取何种处置方式，污泥的脱水干化都是其必要前提。对现有的污泥脱水干化技术进行了研究，分别介绍了污泥浓缩技术、脱水技术和干化技术，详细阐述了其各自的现有技术手段、达到的干化效果和研究进展。并指出物理化学调理联合机械脱水是目前主流的脱水技术，而热干化是最为成熟的干化技术。重点描述了目前工程上应用比较多的工艺技术，以及污泥的脱水干化对于污泥农用、燃料化、焚烧和填埋等处理处置方式的积极作用。

随着我国社会和经济的高速发展，污水处理工业有了长足的发展。污泥是污水处理过程中的副产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥具有双面性：一方面污泥中含有氮磷等营养物质和大量有机质，使其具备了制造肥料和作为燃料的基本条件；另一方面污泥中又含有大量病原菌，寄生虫和生物难降解物质以及较多的重金属离子和有毒有害物质[3]。因此市镇污水处理厂污泥处理问题越来越得到人们的重视。我国目前使市政污泥达到无害化处理常用的方式主要有卫生填埋、焚烧和堆肥三种方式。但是，这几种方法对环境影响较大，且污泥焚烧的投资运行成本较高，不适宜在我国广泛运用。水泥窑中污泥焚烧新技术的应用，一方面可在一定程度上处置污泥废弃物，减少城市污泥的无序排放；另一方面还可有效利用污泥中有机燃料的热值，减少水泥熟料煅烧过程中一次能源的使用。

1、污泥中水分存在形式

污泥中的固体颗粒主要为胶体粒子，有复杂的结构，与水的亲和力很强。污泥中所含水分有四种存在形态，即空隙水、毛细结合水（简称毛细水）、表面吸附水（简称吸附水）和内部结合水（简称内部水）。空隙水是指大小污泥颗粒包围着的自由水分，它并不与固体直接结合，因而很容易分离，利用重力作用，就能将其分离出来。空隙水一般占污泥中总含水量的70%。毛细结合水是指在污泥颗粒接触面上由毛细压力结合，或充满于污泥与污泥颗粒之间或充满于污泥本身裂隙中的水分。毛细水约占污泥中总含水量的20%。由于毛细水和污泥颗粒之间的结合力较强，需借助较高的机械作用力和能量才能去除这部分水分。表面吸附水是通过表面张力的作用吸附在污泥表面上的水分。这部分水比毛细水更难脱除，需要在污泥中加入能起絮凝作用的电解质，使污泥颗粒呈不稳定状态而粘附在一起，最后沉降下来。内部结合水是指包含在污泥中微生物细胞体内的水分。这种内部结合水与固体成分结合得很紧密，要去除这部分水分，必须破坏细胞膜，使细胞液渗出，由内部结合水变为外部液体。表面吸附水和内部结合水总共约占污泥总含水量的10%。

2、污泥脱水技术

针对污泥的不同脱水要求，国内外发展了不同的污泥脱水技术。概括起来，主要分为物理脱水（污泥浓缩、机械脱水等）和化学脱水（污泥调理）两大类。

2.1污泥浓缩

污泥浓缩去除的主要是污泥的空隙水，由于污泥水分中空隙水所占的比例最大，因此污泥浓缩是减少污泥体积最经济有效的方法。目前污泥浓缩最常用的方法有：重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。污泥经过浓缩后，含固率提高到5%～10%，为污泥的进一步脱水提供了基本的条件。

2.2污泥机械脱水

机械脱水是以过滤介质两侧的压力差为推动力，通过强制污泥水分经过过滤介质形成滤液，并使固体颗粒截留在介质上形成滤饼的方式来实现污泥脱水的过程。常用方法主要有压滤脱水法，真空吸滤脱水法和离心脱水法。机械脱水的目的是进一步提高污泥的含固率，主要将污泥颗粒间的毛细水和部分表面吸附水分离出来，这部分水占污泥总含水量的10%～25%。最新设计了一种机械加压污泥脱水机，采用液压缸加压的方式驱动过滤组件对污泥进行固液分离，其污泥脱水工艺流程见图2。其脱水过滤单元利用钢架结构进行支撑，钢架的外形为长方体结构，可以根据污泥的处理量进行模块化的拼装，大大提高了设备的适应性和产量可调能力。使用该设备可将污泥的含水率从90%降到50%以下。研制了用于污泥脱水的柔韧管压榨机。该柔韧管压榨机采用了独特的过滤组件结构，排渣系统，施压系统和压紧力发生机构。用该柔韧管压榨机实际处理含水率80%的泥饼，可以把含水率降至60%以下，并且将污泥的处置成本降低了43%。设计一种电动压滤脱水机并实际应用于污泥脱水，在最佳工况条件下可将污泥含水率降低25%，其污泥脱水费用仅为其他污泥脱水方法的十分之一。机械脱水后，污泥的体积可以减小至原有的1/10以下，含固率提高至20%左右，从而有利于污泥的后续处理。

2.3污泥调理

经过浓缩和消化，污泥中的固体物主要由亲水性带负电的胶体颗粒组成，污泥水与污泥固体颗粒的结合力很强，比阻值较大，脱水性能较差。为了改善污泥脱水的性能，提高机械脱水的效果，需要通过调理来改变污泥的理化性质，减少胶体颗粒与水的亲和力，为固液分离创造条件。污泥调理方法主要有物理调理法、化学调理法和微生物调理法三大类。三种方法在实际中都有应用，但以化学调理法为主，原因是化学调理方法操作简单，投资成本较低，调理效果较稳定，是目前比较合理的方法。化学调理药剂又包括无机调理剂和有机调理剂。

2.3.1无机调理剂

污泥调理无机药剂主要使用铁盐、铝盐、石灰和粉煤灰。硫酸铝是世界上水和废水处理中使用最早、最多的药剂。自19世纪末美国首先将硫酸铝用于给水处理以来，一直就被广泛采用。无机高分子药剂产业始于日本，于上世纪60年代后期在世界各地发展起来。它比原有传统药剂效能更高而价格相应较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。研究粗细两种粉煤灰对水厂污泥脱水性能的改善污泥，污泥比阻大幅度降低，使用粗粉煤灰对污泥脱水后泥饼含水率降至40%。在单独投加粉煤灰20g/mL污泥时，泥饼含水率最低，为50.8%。用干化的明矾污泥做为调理剂调理污泥发现，当干化污泥投加量为20g/100mL湿污泥，搅拌时间为80s时，脱水效果最好，污泥比阻降到0.3×1011m/kg。其中，起主要调理作用的是硫酸铝。无机药剂用于污泥脱水可以把含水率降到较低的水平，并且能加强絮体的结构。但是无机药剂存在着投加量大、成本高、对设备有腐蚀等缺点，而且会显著降低污泥的热值，不利于污泥焚烧。同时无机调理剂对过滤速度的提高不如有机调理剂。

结束语

城市污泥的脱水干化是污泥农用、填埋、燃料化和焚烧等处置方式的前提。由于污泥特殊的胶体结构，污泥的脱水干化变得异常困难。污泥的干化一般需要经过污泥浓缩、污泥脱水和污泥干化三个过程。污泥浓缩仅能去除污泥中的部分自由水和间隙水，应用领域有限。污泥脱水是污泥干化的重要一步，污泥脱水普遍存在脱水效率不高的问题，如何根据污泥性质选择合适的脱水设备、如何优化脱水机械设备、如何选择合适的絮凝剂、如何选择适当的物理调理方法达到高效地脱水将是今后研究的方向。污泥干化主要以热干化为主，其他新兴干化技术也得到了部分应用，污泥干化今后的研究方向是改进106环境工程。