目前我國每年產生4000多萬噸剩余污泥，經常規(guī)機械脫水處理后，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日趨完善，能夠更好地實施污泥脫水，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及其發(fā)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95%以上，經常規(guī)機械脫水后，污泥含水率可降至約80%左右。無論污泥采用何種最終處置方式，對污泥的含水率要求一般在60%左右(或者更低)。為了妥善處置污泥，污泥深度脫水成了迫在眉睫的任務。污泥中水的分布形態(tài)主要有四種：間隙水(或游離水)、毛細水、表面吸附水和內部結合水，常規(guī)污泥脫水技術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，很多學者對污泥深度脫水進行多方面研究，歸結起來主要有：一是在機械脫水前對污泥進行調理。二是對污泥脫水機械設備進行優(yōu)化設計。污泥深度脫水技術應用較為成熟的方法包括：電滲析脫水法和超聲波脫水法，本質上都屬于助濾的范疇。隨著機械脫水技術的不斷改進，在結合污泥調理的基礎上，形成了以機械脫水為核心的多手段聯(lián)合脫水技術。
二、影響污泥脫水的主要因素
剩余污泥顆粒具有高親水性，與水結合力很強，如不進行預處理，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。胡夢竹等研究發(fā)現(xiàn)，NaCl的投加降低EPS各層疏水能力，使污泥生物絮凝能力變差，利于污泥脫水，降低污泥的體積。然而眾多學者的研究并沒有達成一致，如李亞林等研究認為污泥的脫水性能與緊縛EPS和松散EPS中的PN存在顯著相關性，與溶解態(tài)EPS中PN的無顯著相關性。而Yuan等[9]研究得出最優(yōu)的松散EPS含量僅為15~18mg/L，過高的松散EPS反而會導致污泥脫水困難。
2.2 粒徑分布
污泥中細小顆粒比例越大，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，故導致污泥顆粒的水合作用增強，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等研究結果表明：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。
2.3 Zeta電位
污泥顆粒具有雙電層結構，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常通過降低污泥顆粒表面電位，強化污泥膠體顆粒的脫穩(wěn)和沉降效果。一般情況下，污泥絮體的Zeta電位在-30~10mV之間。Guan等研究發(fā)現(xiàn)低溫(50~90℃)條件下用CaC12調理污泥，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
污泥黏度的相關研究數據能為污泥深度脫水技術的優(yōu)化提供參考。Li等研究結果發(fā)現(xiàn)，污泥黏度與污泥脫水性能呈線性正相關，污泥黏度數值變大，則污泥脫水性能惡化。
三、污泥調理
城鎮(zhèn)污水剩余污泥先進行調理，降低污泥的親水性，從而提高污泥脫水效果。污泥調理方法主要包括物理調理、化學調理、微生物調理和復合調理。多種調理聯(lián)合作用可以使污泥脫水效果更佳，故污泥復合調理研究最多，應用廣泛。
3.1 物理調理法
物理調理法有加熱調理、微波調理、超聲波調理和電滲透脫水。污泥加熱調理可以使污泥中的細胞分解，改變顆粒結構，使有機物水解，從而使細胞膜中的內部結合水游離出來，改善污泥的脫水性能。但高溫導致的臭味、腐蝕以及經濟成本等問題，限制了加熱調理的大規(guī)模應用。微波調理是對污泥進行熱處理改性，能有效地破壞污泥細胞結構，具有升溫快、加熱均勻等特點，能改善污泥脫水性能。與微波調理類似，單一超聲波調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。李亞林等研究結果表明，經電滲透技術脫水后，污泥含水率降至49.15%。
3.2 化學調理法
污泥化學調理法中常用的藥劑有無機絮凝劑、有機絮凝劑、復合絮凝劑和助凝劑等。
3.2.1 無機絮凝劑
無機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。王馨悅等研究了分別用聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)對污泥調理脫水的試驗。研究表明，兩者對污泥脫水性能改善效果都比較明顯。但從經濟成本考慮，PAC比FeCl3更為經濟合適。黃紹松等研究Fenton氧化聯(lián)合氧化鈣對污泥脫水的影響，結果表明，污泥含水率明顯降低。兩者聯(lián)合作用改變污泥絮體的大小，且能去除部分胞外聚合物，進而改善了污泥脫水效果。
3.2.2 有機絮凝劑
有機絮凝劑調理能力好，受污泥pH值影響小，但存在毒性強、難溶解和費用高等缺點。張梅杰等對比研究了五種有機絮凝劑對污泥脫水性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)在有機絮凝劑調理下，污泥比阻與毛細吸水時間比值呈明顯線性相關，相關研究能為污泥調理提供相關的研究數據。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，研究對比得出，陽離子PAM對污泥脫水效果比其他兩種絮凝劑更好。
3.2.3 復合絮凝劑
ZhaiLF等[研究表明，復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)省一半，但問題是復合絮凝劑制備較復雜，成本高，反應條件限制多。
3.2.4 助凝劑
助凝劑改善污泥脫水性能的機理是助凝劑與污泥混合后，使污泥內部結構變硬，形成更多的空隙結構，以利于脫水過程中自由水的滲出。助凝劑實際應用較多的有石灰和粉煤灰。姜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，單一助凝劑使用時，石灰對污泥脫水效果最好。復合投加時，粉煤灰加石灰兩者聯(lián)合作用對污泥脫水效果最好。劉強等研究了粉煤灰與生石灰聯(lián)合投加對污泥調理，試驗表明，污泥含水率可降低至60%以下。
3.3 微生物調理法
微生物絮凝劑無二次污染和對污泥自身條件具有良好的適應性，但制備成本高，故目前還是和傳統(tǒng)絮凝劑聯(lián)合使用調理污泥。微生物調理法以生物瀝浸為代表，目前在實際工程中推廣應用最多。何足道等研究結果表明，生物瀝浸法既能明顯提高污泥脫水性能，處理后水質相對較好等優(yōu)點，又具有泥餅有機質和氮磷養(yǎng)分高，重金屬含量低的優(yōu)點。劉杰偉等分別研究了微生物絮凝劑與無機絮凝劑對污泥脫水效果的影響。結果表明，污泥脫水效果較好的是微生物絮凝劑。
3.4 復合調理法
目前污泥復合調理法是國內外研究的熱點，多種調理法聯(lián)用可以克服單一調理法各自的缺點，起到較好的協(xié)同效果，改善污泥脫水性能。李亞林等采用電滲透與過硫酸鹽耦合對剩余污泥進行二次脫水。結果表明，相比單一電滲透脫水技術，兩者耦合工藝在能耗方面增加，但污泥脫水時間減少了44%。同時電滲透與過硫酸鹽耦合脫水對于細胞結構的破壞程度優(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合投加對城鎮(zhèn)剩余污泥的脫水影響，研究結果表明，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很多。高雯等研究了臭氧、超聲波和微生物絮凝劑三種方式對污泥脫水效果的影響。研究表明：臭氧、超聲波和微生物絮凝劑組合聯(lián)用，對破壞污泥菌體結構有較好的效果，對提高污泥脫水性能有顯著效果。
四、優(yōu)化污泥脫水機械工藝
污泥先調理，同時優(yōu)化污泥脫水機械工藝，形成高效低成本的污泥深度脫水技術是現(xiàn)在很多污泥研究學者的研究方向。廣東省機械研究所研發(fā)的新型高壓壓濾脫水設備保留傳統(tǒng)壓濾脫水機的優(yōu)點，并做了大量改進優(yōu)化和設計創(chuàng)新。經過試驗，新型高壓壓濾脫水設備可將調理改性后的市政污泥實現(xiàn)深度脫水，污泥含水率可降低到40%。馬維超等研究表明，相比其他污泥脫水設備，使用經過優(yōu)化的新型高壓板框式污泥脫水機，污泥的脫水率可提高5%以上。
五、結語
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，而污泥調理配合污泥機械脫水核心工藝成為了污泥深度脫水目前應用最為廣泛的技術方案之一。本文對此進行了深入全面的分析總結，并著重指出：根據污泥的性質選擇合適的污泥調理方法以及合適的脫水設備，研究開發(fā)新型的綠色高效的污泥調理絮凝劑，仍舊是今后污泥脫水研究的主要方向。
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