城市污水廠剩余污泥脫水技術

原標題：城市污水廠剩余污泥脫水技術

本文在闡述污泥脫水性能影響因素的基礎上，介紹了近十年來有關城市污泥傳統、常用及新型的污泥脫水技術，并基于當下最新技術研究成果，對未來研究方向進行了展望。

隨著社會的發展以及人們生活水平的提高，我國的污水處理技術迅猛發展。截至2016年9月，全國共有污水處理廠3 976座，污泥年產量超過3×107 t，是全球最大的污泥產生國。污泥的大量產生對污泥的運輸及處理造成了巨大的經濟和環境負擔。污泥的組分復雜，性質不穩定，如果直接排到自然環境中，將會對周邊土壤、水體、空氣造成嚴重污染，并且散發惡臭氣體，影響人類生活。因此如何科學、妥善處理污泥，使其減量化、資源化、無害化、穩定化已經成為環保界的焦點問題。

1 污泥的特性和分類

污泥含水率極高，可以達到99%，甚至更高。其中還包含重金屬、有機質、氮和磷等植物性營養元素以及有毒有害有機物等。污泥絮體呈膠狀態，易腐化變質甚至引起流行病，極易造成二次污染。一般來說污泥按污水來源特性的不同可將污泥分為生活污泥及工業污泥。污泥中水分的存在形式有四種：間隙水、毛細管結合水、表面吸附水以及內部結合水。

表1 污泥中的水分分布

2 影響污泥脫水的因素

2.1

胞外聚合物(EPS)胞外聚合物(EPS)是一種高分子有機聚合體，主要聚集在污泥膠體微生物細胞外，一般認為EPS占活性污泥總有機質的50%～90%。由于存在親水性官能團(如羥基)和具有復雜網狀結構的菌膠團，EPS可改變污泥顆粒的表面特性，增加其親水性和黏度。

例如劉軼等的實驗研究表明，胞外聚合物對污泥脫水的性能影響顯著，胞外蛋白質含量、胞外多糖含量以及EPS的總含量對污泥脫水性能的影響性能并不顯著。然而眾多學者的研究并沒有達成一致，如Feng等認為低含量S-EPS(溶解性胞外聚合物)能促進細小顆粒污泥的絮凝沉降，有助于提高污泥的混凝效應，從而提高脫水性能，并提出最優的S-EPS含量約為400~500 mg/L。而Yuan 等也發表了類似的結論，但其得出最優的S-EPS含量僅為15~18 mg/L。對EPS的作用機理的研究仍需不斷的深入。

2.2

粒徑分布在污泥中，細小污泥顆粒所占比例越大，污泥的脫水性能就越差。因為越是細小的污泥其水合程度越高，從而影響污泥的脫水性能。

眾多的研究表明污泥脫水的關鍵在于釋放內部結合水，僅僅去除毛細結合水和表面吸附水遠遠不能達到污泥脫水的目的。Feng等指出，污泥的最佳粒徑在80~90 μm之間，污泥的比阻與毛細水時間同時達到最小值，此時增大或縮小污泥粒徑都將使污泥脫水性能惡化。而yang得出的最佳粒徑為129.87 μm，造成這種不同的結論可能是由于污泥種類與性質的不同。

2.3

Zeta電位污泥顆粒具有雙電層結構，由帶負電的微生物菌膠團粒子組成。Zeta電位的高低對污泥膠體顆粒的凝聚和沉降性能有著決定性的影響，進而影響污泥的脫水性能。

一般來說Zeta電位在-5~0 mV時可以獲得較好的混凝效果。李敏在研究中發現pH值與介質性質也會影響Zeta電位。Wilén等試驗研究進一步指出，污泥顆粒表面帶電的重要影響因素是EPS，且EPS中PN和HS對Zeta電位的貢獻最大。

2.4黏度污泥為非牛頓流體，具有粘度和彈性兩種特性，因此黏度是評價污泥流變特性、化學調理效率和脫水性能的重要參數。

Li的研究發現污泥的粘度受LB-EPS(疏松型胞外聚合物)的影響顯著，并且污泥的粘度越大脫水性能越差。Chen的研究表明，污泥黏度和濾餅含水率呈正相關性(R=0.84)，但濾餅含水率隨黏度增加呈現出先下降后上升的趨勢，污泥的脫水最佳黏度為20~25 mPa˙s。

近年來，邢奕等研究表明pH的波動也會影響污泥的脫水性能。在Ph值為3.03的條件下， CST和污泥濾餅含水率均降至最低，污泥脫水性能達到最優。

3 污泥脫水技術

污泥脫水流程主要分為四個部分：1) 污泥濃縮，對污泥進行初步脫水;2)污泥調質，改變污泥的絮體結構;3) 污泥脫水，減少污泥體積;4) 污泥最終處置。

3.1傳統污泥脫水工藝

3.1.1

干化傳統的污泥脫水方式是自然干化，主要方法有污泥池法、沙地干化床和冷凍脫水等。雖然自然干化成本低，操作簡單，但其也具有時耗長、有毒有害物質殘留、脫水不徹底等缺點。自然干化通常需要4~5周的時間，第一周可以將污泥的含水率降低至60%左右，4~5周后污泥的含水率通常低于10%，但為了保證脫水效果，該工藝只能在氣候干燥的地區使用。

為避免造成二次污染和降低成本，很多技術都是建立在微生物的基礎上。污泥生物干化法是快速散發污泥中的水分降低其含水率，并使物料保持較高的熱值，便于焚燒或作為肥料等后續再利用，該技術雖未能推廣運用，但具有極高的開發價值和廣闊的運用前景。

3.1.2

機械脫水機械脫水是污泥最常見的脫水方式，常見的脫水機有離心分離機、壓濾、機真空過濾機等。主要是依靠過濾介質兩面的壓力差作為推動力，使污泥泥水強制分離。

但是，直接通過機械脫水，污泥的含水率并不能有效的降低。李華等試驗研究表明，某石油化工企業污水處理廠的污泥，經過濃縮作用和機械脫水后, 污泥的含水率仍高達85 %左右。而且也沒有解決污泥干化時成本高的問題。

目前，國家提倡把污泥的含水率降低到60%以下。南京某污水處理廠所采用的高壓雙膜片壓濾機系統。與現普遍使用的帶式脫水機和離心脫水機相比，高壓雙膜片污泥壓濾機的脫水效果得到極大的提高，脫水后污泥含水率最低可達到45%。

3.2 常見的脫水工藝

3.2.1

酸處理工藝酸處理污泥的作用機理是在酸性條件下，活性污泥的胞外聚合物受到破壞水解，改變污泥的水分分布，使部分間隙水從污泥絮體或細胞中釋放出來，從而達到提高污泥脫水性能的效果。

將酸處理與絮凝劑相結合能有效的降低藥劑的投加量，如何文遠等使用H2SO4對污泥進行預處理，并與僅使用陽離子型PAM處理的污泥進行對照，H2SO4預處理之后，板框壓濾30 min后，泥餅含水率降低了5.9%(從76.14%降低到70.24%)，提高了脫水性能。同樣的洪晨等的研究也表明，酸性條件下表面活性劑的作用效果較好，污泥濾餅含水率明顯降低。當pH值為3、表面活性劑投加量為93.75 mg/g時含水率和比阻可分別降至60.12%、0.59×1013 m/kg。

3.2.2

氧化法工藝氧化法是利用強氧化性的藥劑，破壞污泥顆粒中的細胞組織及膠體結構，釋放內部結合水，從而提高污泥的脫水性能。

常用的工藝為Fenton，在實際操作中也有良好的效果。如梁秀娟等采用Fenton氧化法對印染污泥進行處理，當pH值為2.0，H2O2和Fe2+投加量分別為428 mg˙g-1 (干泥)和42.8 mg˙g-1(干泥)，反應時間1.5 h、反應溫度80 ℃時,TSS 由18.66 g/L下降至4.82 g/L。毛細水時間和比阻分別由98.6 s和6.03×1011 s2/g下降至18.9 s和8.42×1010 s2/g。

3.2.3

冷凍凍融技術冷凍凍融技術，通過有效地壓縮污泥絮體結構來提高污泥的脫水性能。污泥中的水分子在冷凍時會形成不規則的冰針，這些冰針不斷凝結污泥絮體中的自由水，絮體網狀結構被破壞，釋放大部分的間隙水。返回搜狐，查看更多

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