城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水技術(shù)方案研究摘 要：隨著城鎮(zhèn)污水量的不斷增加，污水處理廠的剩余污泥量亦隨之增大，而實(shí)現(xiàn)污泥減量化的重要且簡(jiǎn)單易行的途徑包括污泥濃縮、污泥脫水以及污泥消化等。本文對(duì)現(xiàn)有污泥深度脫水技術(shù)進(jìn)行了深入全面的研究，著重介紹目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)方案：污泥調(diào)理預(yù)處理配合機(jī)械脫水主處理的技術(shù)方案。關(guān)鍵詞：污泥 深度脫水 污泥調(diào)理 機(jī)械脫水StudyondehydrationtechniqueofurbantreatmentsludgeAbstract:Astheamountofurbansewagecontinuestoincrease,theamountofsewagetreatmentsludgealsoincreases.Importantandsimplewaystoachievesludgereductionincludesludgeconcentration,sludgedehydration,andsludgedigestion.Inthispaper,thein-depthandcomprehensiveresearchontheexistingsludgedeepdehydrationtechnologyiscarriedout,andthetechnicalsolutionswidelyusedatpresentareintroduced:thetechnicalschemeofsludgeconditioningpretreatmentcombinedwithmechanicaldehydrationmaintreatment.Keywords:sewagetreatmentsludge deepdehydration sludgeconditioning mechanicaldehydration引言目前我國(guó)每年產(chǎn)生3000多萬(wàn)噸污泥，大部分污泥經(jīng)常規(guī)機(jī)械脫水后含水率達(dá)80%。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)的污泥產(chǎn)量將達(dá)到6000萬(wàn)噸以上[1-2]。污泥處理的四大原則是減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化，實(shí)現(xiàn)污泥減量化的重要且簡(jiǎn)單易行的主要途徑就是降低污泥含水率[3]。目前，污泥深度脫水技術(shù)日趨改善，能夠更好地實(shí)施污泥脫水，降低污泥含水率。本文主要闡述了城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。1污泥深度脫水城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的含水率一般為96%左右，經(jīng)機(jī)械脫水后污泥的含水量仍在80%左右。堆肥、焚燒、土地利用和填埋等污泥最終處置方法對(duì)污泥的含水量要求一般在55%～65%之間，因此污泥深度脫水成為污泥處理最緊迫的任務(wù)和行業(yè)共識(shí)[4-5]。污泥中水的分布形態(tài)主要有四種：間隙水（或游離水）、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水[6]，常規(guī)污泥脫水技術(shù)一般只能將部分間隙水和部分自由水去除。目前，很多學(xué)者對(duì)污泥深度脫水進(jìn)行多方面研究，歸結(jié)起來(lái)主要有：一是在機(jī)械脫水前對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理；二是對(duì)污泥脫水機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。污泥深度脫水技術(shù)應(yīng)用較成熟的方法有：電滲析脫水法和超聲波脫水法，本質(zhì)上都屬于助濾的范疇。隨著機(jī)械脫水技術(shù)的不斷改進(jìn)，在結(jié)合污泥調(diào)理的基礎(chǔ)上，形成了以機(jī)械脫水為核心的多手段聯(lián)合技術(shù)[7]。2影響污泥脫水的主要因素污泥顆粒具有高親水性，與水結(jié)合力很強(qiáng)，如無(wú)預(yù)處理，則污泥脫水難度極大。影響污泥脫水的主要因素包括：胞外聚合物（EPS）、粒徑分布、Zeta電位和黏度。2.1胞外聚合物(EPS)研究表明，EPS是一種聚集在污泥膠體細(xì)胞外的大分子聚合物，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[8]。胡夢(mèng)竹等[9]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(xué)者的研究并沒有達(dá)成一致，如李亞林等[10]研究認(rèn)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(guān)性，與溶解態(tài)EPS中PN的無(wú)顯著相關(guān)性。而Ｙｕａｎ等[11]研究得出最優(yōu)的松散EPS含量?jī)H為15-18ｍｇ／Ｌ，過(guò)高的松散EPS反而會(huì)導(dǎo)致污泥脫水困難。所以污泥中的EPS作用機(jī)理仍需不斷地深入研究。2.2粒徑分布細(xì)小顆粒在污泥中所占的組分比例越大，污泥脫水性能就越差。高比例的超微小膠體顆粒會(huì)使污泥顆粒表面積／體積比提高，故導(dǎo)致污泥顆粒的水合作用增強(qiáng)，降低其脫水性能[12]。污泥顆粒的凝聚和增大能提高污泥脫水效果已成共識(shí)。如Ning等[13]研究結(jié)果表明：同時(shí)加入制革污泥焚燒灰和陽(yáng)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。2.3Zeta電位污泥顆粒具有雙電層結(jié)構(gòu)，Zeta電位會(huì)影響污泥膠體的凝聚和沉降，因此在污泥脫水過(guò)程中常通過(guò)降低污泥顆粒表面電位，強(qiáng)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[14]研究發(fā)現(xiàn)低溫(50~90℃)條件下用CaC12調(diào)理污泥，壓縮雙電層，降低污泥表面Zeta電位，使污泥顆粒聚沉，提高污泥脫水性能。2.4黏度污泥作為非牛頓流體，具有黏度和彈性兩種特性。近年來(lái)，污泥黏度對(duì)污泥脫水性能的影響越來(lái)越引起研究學(xué)者的關(guān)注。污泥黏度作為評(píng)價(jià)污泥脫水性能的重要影響參數(shù)，為污泥深度脫水技術(shù)的優(yōu)化方法提供極其重要的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。Li等[15]研究發(fā)現(xiàn)，胞外聚合物對(duì)污泥黏度影響顯著，而污泥黏度隨胞外聚合物中的LB—EPS含量的增加而增大，他們的研究進(jìn)一步揭示，污泥脫水性能(SRF)與黏度呈顯著正相關(guān)性，黏度增加則脫水性能惡化。3污泥調(diào)理城鎮(zhèn)污水剩余污泥具有高度親水性，使污泥脫水困難，須對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，提高污泥的脫水效果。目前，污泥調(diào)理方法主要有物理調(diào)理、化學(xué)調(diào)理、微生物調(diào)理和復(fù)合調(diào)理。污泥單一調(diào)理法均有一定的不足，多種調(diào)理法聯(lián)合作用可以使污泥脫水效果更佳，故污泥復(fù)合調(diào)理研究最多，應(yīng)用廣泛。3.1物理調(diào)理法物理調(diào)理主要有加熱調(diào)理、微波調(diào)理、超聲波調(diào)理和電滲透脫水技術(shù)。污泥加熱調(diào)理可以使污泥中的細(xì)胞分解，改變顆粒結(jié)構(gòu)，使有機(jī)物水解，從而使細(xì)胞膜中的內(nèi)部結(jié)合水游離出來(lái)，改善污泥的脫水性能[16]。但高溫導(dǎo)致的臭味、腐蝕以及經(jīng)濟(jì)成本等問(wèn)題，限制了加熱調(diào)理的大規(guī)模應(yīng)用。微波調(diào)理是對(duì)污泥進(jìn)行熱處理改性，能有效地破壞污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有升溫快、加熱均勻等特點(diǎn)，能改善污泥脫水性能。與微波調(diào)理類似，單一超聲波調(diào)理對(duì)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(wèn)題[17]。電滲透脫水主要用于高含水率、低滲透性污泥的二次脫水，能夠?qū)⑽勰嗪式档椭?0%以下，但電滲透脫水過(guò)程緩慢，耗時(shí)較長(zhǎng)[18]。李亞林等[19]研究了電滲透脫水技術(shù)對(duì)污泥的脫水效果，結(jié)果表明，采用電滲透脫水技術(shù)，可使污泥含水率降至49.14%。3.2化學(xué)調(diào)理法污泥化學(xué)調(diào)理法指通過(guò)向污泥中投加一定量的調(diào)理劑，使污泥顆粒凝聚或增大，從而提高污泥的脫水性能。污泥調(diào)理劑主要有無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑和助凝劑等。無(wú)機(jī)絮凝劑制備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，調(diào)理污泥作用明顯，但對(duì)污泥的pH值和離子強(qiáng)度有限制。無(wú)機(jī)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[20]研究了單獨(dú)投加聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)時(shí)對(duì)污泥脫水性能影響的試驗(yàn)。研究表明，PAC和FeCl3對(duì)污泥脫水性能改善效果都比較明顯。但從經(jīng)濟(jì)成本考慮，PAC比FeCl3更為經(jīng)濟(jì)合適。黃紹松等[21]研究結(jié)果表明，F(xiàn)enton氧化聯(lián)合氧化鈣對(duì)污泥脫水效果明顯，聯(lián)合作用改變絮體的大小，同時(shí)去除部分胞外聚合物，從而改善了污泥脫水效果。有機(jī)絮凝劑絮凝能力好，受污泥pH值影響小，但有毒性強(qiáng)、難溶解和費(fèi)用高等缺點(diǎn)，故有機(jī)絮凝劑實(shí)際應(yīng)用受限。張梅杰等[22]對(duì)比研究了5種有機(jī)絮凝劑陽(yáng)離子聚丙烯酰胺對(duì)污泥脫水性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)污泥比阻(SRF)與毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)比值明顯線性相關(guān)，因此能為污泥調(diào)理提供相關(guān)的研究數(shù)據(jù)。Yan等[23]探討研究了非離子PAM、陽(yáng)離子PAM和陰離子PAM絮凝劑對(duì)污泥脫水效果的影響，研究得出陽(yáng)離子PAM對(duì)污泥脫水效果比其他兩種絮凝劑更好。復(fù)合絮凝劑是通過(guò)兩種或兩種以上絮凝劑的復(fù)合協(xié)同作用來(lái)有效提高污泥脫水效果。ZhaiLF等[24]研究了由氯化鐵、PAM和鈣質(zhì)礦物粉組成的復(fù)合絮凝劑對(duì)污泥脫水效果的影響，研究表明，復(fù)合絮凝劑比單一藥劑調(diào)理污泥脫水效果顯著要好，且藥劑用量要減少一半，但問(wèn)題是復(fù)合絮凝劑制備較復(fù)雜，成本高，反應(yīng)條件限制多。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，使污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變硬，形成更多的空隙結(jié)構(gòu)，以利于脫水過(guò)程中自由水的滲出。助凝劑使用較多的有石灰和粉煤灰。姜惠民等[25]分別研究了石灰，粉煤灰，硅藻土，工業(yè)石灰，飛灰和十二烷基磺酸鈉單獨(dú)使用時(shí)對(duì)污泥脫水性能的影響，結(jié)果表明，單獨(dú)使用時(shí)污泥脫水性能最好的是石灰，復(fù)合投加時(shí)污泥脫水效果最好的是粉煤灰加石灰。劉強(qiáng)等[26]研究了粉煤灰與生石灰復(fù)配對(duì)城鎮(zhèn)污水污泥脫水效果的影響。研究表明，粉煤灰與生石灰聯(lián)用可較好提高污泥脫水性能，使污泥含水率降低到60％以下。3.3微生物調(diào)理法近年來(lái)，微生物調(diào)理法成為較熱門的污泥調(diào)理技術(shù)，其作用機(jī)理是利用微生物或微生物的代謝產(chǎn)物來(lái)提高污泥的脫水性能。微生物絮凝劑具有易生物降解、無(wú)二次污染和對(duì)污泥自身?xiàng)l件具有良好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，但制備成本高，故目前還是和傳統(tǒng)絮凝劑聯(lián)合使用調(diào)理污泥。微生物調(diào)理法以生物瀝浸為代表，目前在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用最多。何足道等[27]分別用生物瀝浸法(BC)、Fenton法和石灰/三氯化鐵/PAM法(石灰法)對(duì)同一批城市污泥進(jìn)行調(diào)理。研究結(jié)果表明，與Fenton法和石灰法調(diào)理相比，生物瀝浸法既具有能大幅提高污泥脫水性能，脫水濾液水質(zhì)相對(duì)較好的優(yōu)點(diǎn)，又具有泥餅有機(jī)質(zhì)和氮磷養(yǎng)分高，重金屬含量低的優(yōu)點(diǎn)。劉杰偉等[28]研究了微生物絮凝劑對(duì)污泥脫水性能的影響，并將其與常規(guī)調(diào)理劑的調(diào)理效果對(duì)比研究。結(jié)果表明，經(jīng)微生物調(diào)理后的污泥脫水性能明顯優(yōu)于硫酸鋁、聚合氯化鋁(PAC)等無(wú)機(jī)絮凝劑。3.4復(fù)合調(diào)理法目前污泥復(fù)合調(diào)理法是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，多種調(diào)理法聯(lián)用可以克服單一調(diào)理法各自的缺點(diǎn)，起到較好的協(xié)同效果，提高污泥脫水性能。李亞林等[29]采用電滲透/過(guò)硫酸鹽耦合對(duì)某市政污水處理廠的脫水污泥進(jìn)行二次脫水。結(jié)果表明，與電滲透脫水相比，電滲透/過(guò)硫酸鹽耦合工藝能耗增加，但脫水時(shí)間可以減少44%；同時(shí)電滲透/過(guò)硫酸鹽耦合脫水對(duì)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)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。郭俊元等[30]通過(guò)將微生物絮凝劑與聚合氯化鋁進(jìn)行復(fù)配，研究其復(fù)配調(diào)理劑對(duì)污泥脫水性能的影響。結(jié)果表明，微生物絮凝劑與聚合氯化鋁復(fù)配均優(yōu)于單獨(dú)采用微生物絮凝劑和PAC時(shí)的污泥脫水效果。羅璐等[31]研究了聚丙烯酰胺絮凝劑和溶菌酶聯(lián)用對(duì)城鎮(zhèn)污水污泥脫水效果的影響，研究結(jié)果表明，絮凝劑和溶菌酶分別單獨(dú)作用于污泥脫水時(shí)，均可改善污泥的脫水性能；但2種藥劑共同作用時(shí)，能同時(shí)提高污泥沉降性能和脫水速度，且脫水程度較2種藥劑單獨(dú)處理時(shí)進(jìn)一步提升。高雯等[32]研究了臭氧、超聲波和微生物絮凝劑三種方式，單一調(diào)理和組合調(diào)理對(duì)污泥脫水效果的影響。結(jié)果表明：臭氧、超聲波和微生物絮凝劑組合聯(lián)用，對(duì)破壞污泥菌體結(jié)構(gòu)有較好的效果，對(duì)提高污泥脫水性能有顯著效果。4優(yōu)化污泥脫水機(jī)械工藝污泥先調(diào)理，同時(shí)優(yōu)化污泥脫水機(jī)械工藝，形成高效低成本的污泥深度脫水技術(shù)是目前污泥脫水的主要研究方向。污泥脫水常用的機(jī)械脫水設(shè)施有帶式壓濾脫水、離心脫水和板框壓濾脫水設(shè)施。廣東省機(jī)械研究所研發(fā)的新型高壓壓濾脫水設(shè)備保留傳統(tǒng)壓濾脫水機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，并做了大量改進(jìn)優(yōu)化和設(shè)計(jì)創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，新型高壓壓濾脫水設(shè)備可將調(diào)理改性后的市政污泥實(shí)現(xiàn)深度脫水，污泥含水率可降低到40％[33]。馬維超等[34]研究結(jié)果表明，用新型高壓板框式污泥脫水機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行脫水，污泥的脫水率比其他污泥脫水設(shè)備提高5%以上。5結(jié)語(yǔ)城鎮(zhèn)污泥脫水性能的提升有利于污泥后續(xù)的減量化、無(wú)害化處理，而污泥調(diào)理配合污泥機(jī)械脫水核心工藝成為了污泥深度脫水目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)方案之一。本文對(duì)此進(jìn)行了深入全面的分析總結(jié)，并著重指出：根據(jù)污泥的性質(zhì)選擇合適的污泥調(diào)理方法以及合適的脫水設(shè)備，研究開發(fā)新型的綠色高效的污泥調(diào)理絮凝劑（助凝劑），仍舊是今后污泥脫水研究的主要方向。參考文獻(xiàn)[1]QianX．WangY．ZhengH．2016．Migrationanddistributionofwaterandorganicmatterforactivatedsludgeduringcouplingmagneticconditioninghorizontalelectro—dewatering(CM—HED)[J]．WaterResearch，88：93-103．[2]ZhanTL，ZhanX，LinW，ela1．2014．FieldandlaboratoryinvestigationongeotechnicalpropertiesofsewagesludgedisposedinapitatChanganlandfill，Chengdu，China[J]．EngineeringGeology，170：24-32．[3]李立欣，趙乾身，馬放，等．廢水處理中污泥減量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．水處理技術(shù)，2015，41(1)：1-4．[4]董立文，張鶴清，汪誠(chéng)文，等．造紙污泥的電滲透脫水效果［J］．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6(11):4185-4190.[5]湯連生，張龍艦，羅珍貴．污泥中水分布形式劃分及脫水性能研究［J］．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2017，26(2):309－314．[6]VaxelaireJ，CezacP．Moisturedistributioninactivatedsludge:Areview［J］．WaterResearch，2004，38(9):2215-2230.[7]湯連生，羅珍貴，張龍艦，宋晶，鄧立新．污泥脫水研究現(xiàn)狀與新認(rèn)識(shí)［J］．水處理技術(shù)，2016，42(6):12-17.[8]YuGH，HePJ，ShaoLM.Novelinsightsintosludgedewaterabilitybyfluorescenceexcitation-emissionmatrixcombinedwithparallelfactoranalysis［J］.WaterResearch，2010，44（3）：797-806.[9]胡夢(mèng)竹，張海豐，梁毅，汪浩.NaCl對(duì)污泥脫水性能及胞外聚合物分層結(jié)構(gòu)的影響.工業(yè)水處理［J］，2018，38(12):64-68.[10]李亞林，劉蕾，張景玉，任萌萌等．電滲透耦合Fe2+過(guò)硫酸鈉污泥脫水過(guò)程中EPS的變化特性[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2019,13(2):431-440.[11]Yuan，H．P．N．W．Zhu，andF．Y．Song，Dewaterabilitycharacteristicsofsludgeconditionedwithsurfactantspretreatmentbyelectrolysis［J］．BioresourceTechnology，2011(102)：2308—2315.[12]Turovskiy，I．S．a(chǎn)ndP．K．M．Mathai，Wastewatersludgeprocessing［M］．JohnWiley＆Sons，Inc．，Hoboken：NewJersey：62-63．[13]Ning，X．，etal．，Effectsoftannerysludgeincinerationslagpretreatmentonsludgedewaterability［J］．ChemicalEngineeringJournal，2013．221：1-7．[14]Guan，B．H．，etal．，ImprovementofactivatedsludgedewaterabilitybymildthermaltreatmentinCaCI2solution［J]．WaterRes．，2012(6)：425-432．[15]Ye，F(xiàn)．X．，X．W．Liu，andY．Li，EffectsofpotassiumferrateonExtracellularpolymericsubstances(EPS)andphysicoehemiealpropertiesofexcessactivatedsludge［J］．Hazard．Mater．，2012(199-200)：158-163．[16]莊修政，陰秀麗，黃艷琴，吳創(chuàng)之．城市污泥水熱脫水處理的工業(yè)應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]．化工進(jìn)展，2017，36(11)：4224-4231.[17]劉吉寶，魏源送，王亞煒，才興，邵春巖．基于預(yù)處理的強(qiáng)化污泥脫水研究進(jìn)展[J]．中國(guó)給水排水，2014,30（14）：1-6.[18]MahmoudA,HoadleyAFA,ConrardyJB,etal.Influenceofprocessoperatingparametersondrynesslevelandenergysavingduringwastewatersludgeelectro-dewatering[J].WaterResearch,2016,103：109-123.[19]李亞林，劉蕾，魏添，張素冰，任萌萌．電滲透污泥脫水的影響因素分析及響應(yīng)曲面優(yōu)化[J]．應(yīng)用化工，2017,46（1）：127-131.[20]王馨悅，胡紅旗，朱文芳．使用無(wú)機(jī)調(diào)理劑改善污泥脫水性能的試驗(yàn)研究[J]．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017,5：174-176.[21]張梅杰，左劍惡，李曉霞，等．城市剩余污泥脫水性能指標(biāo)的相關(guān)性研究［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2016，12(39):170－171．[22]黃紹松，梁嘉林，張斯瑋，黃錦佳，徐啟智，戴永康等．Fenton氧化聯(lián)合氧化鈣調(diào)理對(duì)污泥脫水的機(jī)理研究［J］．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，34(4):1－23．[23]YanaWL，WangaYL，ChenYJ．EffectofconditioningbyPAMpolymerswithdifferentchargesonthestructuralandcharacteristicevolutionsofwatertreatmentresiduals［J］．WaterＲesearch，2013，47(17):6445-6456.[24]ZhaiaLF，SunaM，SongW，etal．Anintegratedapproachtooptimizethe