城市剩余污泥深度脫水技術(shù)

目前，中國每年產(chǎn)生4000多萬噸剩余污泥。大部分城市剩余污泥經(jīng)過常規(guī)機(jī)械脫水后，含水率可降至80%左右。污泥的處理和處置，減量化是前提，而降低污泥含水率是主要途徑[1]。目前，污泥深度脫水技術(shù)日趨完善，可以更好地實(shí)施污泥脫水，降低污泥含水率。本文主要闡述了城市剩余污泥的深度脫水處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢。

1.污泥深度脫水

城市污水處理廠剩余污泥含水率在95%以上，經(jīng)過常規(guī)機(jī)械脫水后，污泥含水率可降至80%左右。無論污泥的最終處置方式如何，污泥的含水率一般在60%左右(或更低)。為了妥善處置污泥，污泥深度脫水已成為當(dāng)務(wù)之急。污水污泥主要有四種分布形式:間隙水(或自由水)、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水。常規(guī)的污泥脫水技術(shù)只能去除部分間隙水和游離水，很難去除其他形式的水。

目前很多學(xué)者對污泥深度脫水做了很多研究，可以總結(jié)為:首先，機(jī)械脫水前要對污泥進(jìn)行調(diào)理。二是優(yōu)化污泥脫水機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)。污泥深度脫水技術(shù)的成熟方法有電滲析脫水和超聲波脫水，本質(zhì)上都屬于助濾劑的范疇。隨著機(jī)械脫水技術(shù)的不斷完善，結(jié)合污泥調(diào)理，形成了以機(jī)械脫水為核心的多手段組合脫水技術(shù)。

二、影響污泥脫水的主要因素

剩余污泥顆粒親水性高，與水的結(jié)合力強(qiáng)。如果不進(jìn)行預(yù)處理，污泥脫水效果會很差。影響污泥脫水的主要因素是胞外聚合物(EPS)、粒徑分布、Zeta電位和粘度。

2.1細(xì)胞外聚合物(EPS)

胞外聚合物(EPS)在污泥中占有很大比例，EPS具有空間分布的特點(diǎn)，包括結(jié)合態(tài)EPS(TB-EPS)、松散態(tài)EPS(LB-EPS、泥層和溶解態(tài)EPS(S-EPS)，其中污泥的泥層和溶解態(tài)EPS(S-EPS)具有較高的持水能力。胡等發(fā)現(xiàn)，NaCl的加入降低了EPS層的疏水能力，使污泥的生物絮凝能力變差，有利于污泥脫水，減少污泥體積。然而，許多學(xué)者的研究并沒有達(dá)成一致意見。例如，李雅琳等人認(rèn)為污泥的脫水性能與結(jié)合態(tài)EPS和松散態(tài)EPS中的PN顯著相關(guān)，而與溶解態(tài)EPS中的PN不相關(guān)。而袁等2.2粒度分布發(fā)現(xiàn)，較好的松散EPS含量僅為15~18mg/L，過高的松散EPS會造成污泥脫水困難。

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污泥中細(xì)顆粒比例越大，污泥脫水效果越差。高比例的超細(xì)膠體顆粒會增加污泥顆粒的表面積/體積比，導(dǎo)致污泥顆粒水化，降低其脫水性能。增大污泥的粒徑可以提高污泥顆粒的團(tuán)聚效果，從而提高污泥的脫水性能。寧等研究結(jié)果表明，同時(shí)添加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，脫水性能明顯提高。

2.3ζ電勢

污泥顆粒具有雙電層結(jié)構(gòu)，Zeta電位會影響污泥膠體的凝聚和沉降。因此，在污泥脫水過程中，往往通過降低污泥顆粒的表面電位來加強(qiáng)污泥膠體顆粒的失穩(wěn)和沉降作用。通常，污泥絮凝物的ζ電勢在-30和10 mV之間。關(guān)等發(fā)現(xiàn)，在低溫(50~90℃)條件下，利用氯化鈣調(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粘度

污泥粘度的相關(guān)研究數(shù)據(jù)可為污泥深度脫水工藝的優(yōu)化提供參考。李等的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污泥粘度與污泥脫水性能呈線性正相關(guān)關(guān)系，污泥粘度越大，污泥脫水性能越差。

三。污泥處理

首先應(yīng)對城市污水的剩余污泥進(jìn)行調(diào)理，降低污泥的親水性，以提高污泥的脫水效果。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。多重調(diào)理的聯(lián)合作用可以使污泥脫水效果更好，因此污泥復(fù)合調(diào)理的研究越來越廣泛。

3.1身體調(diào)理法

物理調(diào)理方法包括加熱調(diào)理、微波調(diào)理、超聲波調(diào)理和電滲脫水。對污泥進(jìn)行加熱調(diào)理，可以分解污泥中的細(xì)胞，改變顆粒結(jié)構(gòu)，水解有機(jī)物，使細(xì)胞膜內(nèi)部結(jié)合水得以釋放，提高污泥的脫水性能。但是高溫帶來的異味、腐蝕和經(jīng)濟(jì)成本限制了采暖空調(diào)的大規(guī)模應(yīng)用。微波調(diào)質(zhì)是污泥的熱處理改性，能有效破壞污泥的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有加熱迅速、加熱均勻的特點(diǎn)，能提高污泥的脫水性能。與微波調(diào)理類似，單一超聲波調(diào)理對污泥脫水性能的影響存在較好的輻射能量極限和能耗等問題。電滲脫水耗時(shí)較長，但對含水率高、滲透率低的污泥脫水效果較好，污泥含水率可降至60%以下。李雅琳等研究結(jié)果表明，污泥經(jīng)電滲脫水后，含水率降至49.15%。

3.2化學(xué)調(diào)節(jié)方法

污泥化學(xué)調(diào)理常用的化學(xué)品包括無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑和助凝劑。

無機(jī)絮凝劑

無機(jī)絮凝劑應(yīng)用廣泛，如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硅酸鋁等。王馨悅等人分別用聚合氯化鋁(PAC)和氯化鐵(FeCl3)進(jìn)行了污泥調(diào)理脫水試驗(yàn)。研究表明，兩者對改善污泥脫水性能都有明顯的效果。但考慮到經(jīng)濟(jì)成本，PAC比FeCl3更經(jīng)濟(jì)適用。黃少松等研究了Fenton氧化結(jié)合氧化鈣對污泥脫水的效果。結(jié)果表明，污泥含水率明顯下降。兩者的共同作用可以改變污泥絮體的大小，去除部分胞外聚合物，從而提高污泥脫水效果。

有機(jī)絮凝劑

有機(jī)絮凝劑具有良好的調(diào)理能力，受污泥pH值的影響較小，但存在毒性強(qiáng)、難溶解、成本高等缺點(diǎn)。張等對比研究了5種有機(jī)絮凝劑對污泥脫水性能的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)絮凝劑條件下污泥比電阻與毛細(xì)管吸水時(shí)間的比值呈線性相關(guān)，相關(guān)研究可為污泥調(diào)理提供相關(guān)研究數(shù)據(jù)。嚴(yán)等討論了三種絮凝劑對污泥脫水的效果，通過比較發(fā)現(xiàn)陽離子PAM的污泥脫水效果優(yōu)于其他兩種絮凝劑。

3.2.3復(fù)合絮凝劑

ZhaiLF等【研究表明，復(fù)合絮凝劑對污泥脫水的效果明顯優(yōu)于單一藥劑，藥劑用量可節(jié)省一半，但問題是復(fù)合絮凝劑制備復(fù)雜，成本高，反應(yīng)條件受限。

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，污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變硬，形成更多的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于脫水過程中自由水的滲流。石灰和粉煤灰被廣泛用作助凝劑。蔣惠民等分別研究了六種助凝劑對污泥脫水性能的影響。研究表明，使用單一助凝劑時(shí)，石灰對污泥脫水效果較好。復(fù)合投加時(shí)，粉煤灰和石灰的聯(lián)合作用對污泥脫水效果更好。劉強(qiáng)等人研究了通過聯(lián)合添加粉煤灰和生石灰來調(diào)理污泥。實(shí)驗(yàn)表明，污泥含水率可降至60%以下。

3.3微生物調(diào)理方法

微生物絮凝劑無二次污染，對污泥的條件適應(yīng)性好，但制備成本高，所以仍與傳統(tǒng)絮凝劑結(jié)合使用來調(diào)理污泥。以生物淋濾為代表的微生物調(diào)理法目前在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。何祖道的研究結(jié)果表明，生物淋濾可以明顯改善污泥的脫水性能，處理后的水質(zhì)相對較好。還具有有機(jī)質(zhì)、氮磷養(yǎng)分高，泥餅重金屬含量低的優(yōu)點(diǎn)。劉等研究了微生物絮凝劑和無機(jī)絮凝劑對污泥脫水的影響。結(jié)果表明，微生物絮凝劑是污泥脫水的最佳絮凝劑。

3.4復(fù)合調(diào)理法

目前，復(fù)合污泥調(diào)理方法是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。多種調(diào)理方法的組合可以克服單一調(diào)理方法的缺點(diǎn)，發(fā)揮更好的協(xié)同效應(yīng)，提高污泥的脫水性能。李雅琳等。采用電滲析和過硫酸鹽耦合對剩余污泥進(jìn)行二次脫水。結(jié)果表明，與單一電滲脫水技術(shù)相比，耦合技術(shù)的能耗有所增加，但污泥脫水時(shí)間縮短了44%。同時(shí)，電滲析與過硫酸鹽耦合脫水對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞程度優(yōu)于傳統(tǒng)電滲析，脫水污泥具有更好的干燥特性。羅路等人討論了聚丙烯酰胺和溶菌酶對城市剩余污泥脫水的影響。結(jié)果表明，聚丙烯酰胺和溶菌酶共同作用時(shí)，污泥的脫水性能和脫水速度明顯提高，脫水率遠(yuǎn)高于單一藥劑處理。高文研究了臭氧、超聲波和微生物絮凝劑對污泥脫水的影響。結(jié)果表明，臭氧、超聲波和微生物絮凝劑的組合對破壞污泥細(xì)菌結(jié)構(gòu)，提高污泥脫水性能具有良好的效果。

第四，優(yōu)化污泥脫水的機(jī)械流程。

目前，首先對污泥進(jìn)行調(diào)理，優(yōu)化污泥脫水的機(jī)械過程，形成高效、低成本的污泥深度脫水技術(shù)，是許多污泥研究者的研究方向。廣東省機(jī)械研究所開發(fā)的新型高壓壓濾脫水設(shè)備保持了傳統(tǒng)壓濾脫水機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)行了大量的改進(jìn)、優(yōu)化和設(shè)計(jì)創(chuàng)新。經(jīng)試驗(yàn)，新型高壓壓濾脫水設(shè)備經(jīng)調(diào)理、改造后可實(shí)現(xiàn)城市污泥深度脫水，污泥含水率可降至40%。馬超的研究表明，與其他污泥脫水設(shè)備相比，使用優(yōu)化后的新型高壓板框污泥脫水機(jī)，污泥脫水率可提高5%以上。

動詞 （verb的縮寫）結(jié)論。

城市剩余污泥脫水性能的提高有利于污泥的后續(xù)減量化和無害化處理，污泥調(diào)理與機(jī)械脫水相結(jié)合的核心技術(shù)已成為廣泛應(yīng)用的污泥深度脫水技術(shù)方案之一。本文對此進(jìn)行了深入全面的分析和總結(jié)，并著重指出根據(jù)污泥的性質(zhì)選擇合適的污泥調(diào)理方法和脫水設(shè)備，研發(fā)新型綠色高效的污泥調(diào)理絮凝劑仍是今后污泥脫水研究的主要方向。(來源:廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院)

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