引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化的不斷加速，城市污水的排放量不斷增加。城市污水處理廠的規(guī)劃建設(shè)數(shù)量越來越多，與之伴隨產(chǎn)生的衍生品污泥產(chǎn)量也呈上升趨勢(shì)，截至2018年全國(guó)污泥總產(chǎn)量為5.665×107t，預(yù)計(jì)未來3年年復(fù)合增長(zhǎng)率4%左右 。而目前 ，國(guó)內(nèi)城市污水處理廠90%以上無污泥處理配套設(shè)施 ，全國(guó)污泥穩(wěn)定處理設(shè)施也不足1/4，產(chǎn)量大 、處理率偏 低、能力不足等污泥處理短板凸顯。這也導(dǎo)致污泥由于大量占地腐化產(chǎn)生惡臭氣體污染空氣，隨之帶來的是由于其中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)成分、重金屬 、致病微生物可能引起地下水、地表水以及土壤的污染，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致地區(qū)的生態(tài)破壞。造成這一問題的原因主要是污泥的處理技術(shù)發(fā)展還存在一定局限性 ，尤其是污泥含水量大的問題，始終得不到較好技術(shù)的解決。市政污泥處理已成為人們?cè)絹碓街匾暤膯栴}。

1國(guó)內(nèi)市政污泥處理現(xiàn)狀按照我國(guó)城鎮(zhèn)區(qū)域的劃分，村鎮(zhèn)污水處理規(guī)模小、產(chǎn)泥量少，且具有高度分散性，農(nóng)用潛力大。所產(chǎn)生的污泥經(jīng)好氧堆肥穩(wěn)定技術(shù)或厭氧穩(wěn)定技術(shù)最終都回到土地中利用，資源化效果明顯。但是，作為污泥中最主要的市政污泥以其產(chǎn)量大、重金屬和有毒有害物質(zhì)含量高、處理率低等問題困擾著市政管理。目前 ，市政污泥主要通過衛(wèi)生填埋、焚燒、土地利用等處理。但在這3種方法處理污泥的過程中 ，污泥含水率仍在80%左右 ，造成處理污泥技術(shù)的局限性。此外 ，由于含水率的偏高，導(dǎo)致污泥體積龐大，在運(yùn)輸和處置費(fèi)用上成本增高。因此，污泥脫水處理效果是影響污泥處理資源化的重要 指標(biāo)。

2傳統(tǒng)污泥脫水技術(shù)市政污泥產(chǎn)生時(shí)，水分高達(dá)95%以上 。為了便于污泥后處理的運(yùn)輸和貯存，污泥在產(chǎn)生初期進(jìn)行脫水處理 。傳統(tǒng)污泥脫水技術(shù)有干化脫水、機(jī)械脫水、濃縮脫水等（表1）。 隨著污泥脫水技術(shù)的應(yīng)用需求不斷擴(kuò)大，很多學(xué)者結(jié)合傳統(tǒng)脫水技術(shù)深入研究了污泥的脫水工藝。研究發(fā)現(xiàn)石灰穩(wěn)定干化后污泥含水率降到40%，污泥中未檢測(cè)出病原微生物 。干化脫水費(fèi)用高、脫水不徹底、藥劑用量大、對(duì)后續(xù)處理影響較大，未能普遍推廣。設(shè)計(jì)的電動(dòng)壓濾機(jī)脫水，將污泥含水率降低25%。單獨(dú)使用機(jī)械脫水法僅可除去污泥中10%~25%的水分，污泥濃縮含固率會(huì)提高到5%~10%，為污泥的進(jìn)一步脫水提供基本條件。但是 ，污泥濃縮和機(jī)械脫水因能耗大、利用率低、易堵塞的問題，未能得到持續(xù)使用。

3污泥脫水技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1電滲透脫水技術(shù)電滲透脫水是利用電場(chǎng)力的原理，使帶電顆粒向陽極運(yùn)動(dòng)，處于擴(kuò)散層的反離子攜帶水分向陰極運(yùn)動(dòng)，形成電滲透現(xiàn)象促使固液分離。發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用電滲析脫水時(shí)，在電壓為40 V時(shí)，1 h內(nèi)污泥水分去除到50%。在改進(jìn)組合電滲透技術(shù)中，研究將超聲輔助電滲透技術(shù)，利用超聲波低頻聲波使污泥內(nèi)部空化，提高污泥脫水效率。結(jié)果表明，電滲透脫水壓力0.1 MPa,電壓60 V，超聲波聲強(qiáng)0.255W/cm2作用3.5 min脫水效率增加到12.44%。采用與壓濾機(jī)結(jié)合，在1 A與4 A直流電模式下 ，經(jīng)45 min脫水時(shí)間后，污泥含水率分別降低14.3%和26.1%，脫水效果好。電滲透脫水技術(shù)處理后污泥含水率降到允許填埋的45%以下 ，應(yīng)用漸廣。上海奉賢區(qū)污泥處理工程處理規(guī)模為150t/d的脫水污泥，含水率80%，采用污泥電滲透脫水和膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵，最終實(shí)現(xiàn)污泥含水率降低到35%~45%，減量化顯著。電滲透污泥高干脫水設(shè)備脫水過程不需添加輔助藥劑和熱源，占地少，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用少，脫水中污泥有機(jī)質(zhì)無損失，資源化好。但在未來發(fā)展上應(yīng)解決電滲透設(shè)備虛接打火問題，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，優(yōu)化操作條件，提高電能轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)安全性。

3.2超聲波脫水技術(shù)超聲波脫水技術(shù)通過交替的擴(kuò)張和壓縮作用使水體產(chǎn)生空化作用，由空化作用引起強(qiáng)大的水力剪切力對(duì)微生物細(xì)胞起到破解效果。Xie等[9]研究低能超聲800kJ/kg有效改善脫水性能，而高能 超聲35 000 kJ/kg嚴(yán)重破壞污泥脫水性；馬守貴等[10]研究表明，低頻超聲28.7KHz對(duì)污泥脫水效果優(yōu)于高頻超聲40 kHz；Zhou等[11]研究超聲預(yù)處理對(duì)污泥厭氧消化過程中污泥脫水性能和PAHs降解的影響，發(fā)現(xiàn)加超聲處理后厭氧消化的脫水性能大大提高，超聲預(yù)處理后高環(huán)的熒蒽、苯并熒蒽、苯并(a )芘對(duì)照組去除率提高為16%、22%、18.5%。超聲波脫水技術(shù)使污泥固液分離快、適用范圍 廣，逐漸開始被應(yīng)用。德國(guó)代特莫爾德市污水處理廠等市政污泥脫水技術(shù)研究進(jìn)展用一套超聲波裝置運(yùn)行，反應(yīng)器有7個(gè)產(chǎn)生12~20kHz頻率的超聲波發(fā)射極，反應(yīng)器出口污泥含水率60%以下，絮凝劑減少25%。超聲波脫水技術(shù)具有清潔 、高效 、安全等優(yōu)點(diǎn)，但因其處理量小、能耗高等缺點(diǎn)而適用于單一且污泥產(chǎn)量較少的污水處理站。今后 有待提高超聲效率及超聲反應(yīng)器的合理設(shè)計(jì)，克服聲電極易腐蝕問題，最大發(fā)揮超聲波的特點(diǎn)。

3.3熱水解技術(shù)熱水解技術(shù)是在加熱過程中，污泥微生物絮凝體散開 ，微生物細(xì)胞破裂，有機(jī)物水解，降低污泥的黏度使得對(duì)水的束縛力減少，在解熱到170°C以上污泥中水分釋放，導(dǎo)致水易與污泥顆粒分離。發(fā)現(xiàn)水熱處 理改善污泥脫水性能的臨界溫度為150 °C，當(dāng)水熱溫度高于150°C時(shí)，污泥含水率降低程度增大；Neyens等[14]研究酸堿熱水解對(duì)污泥脫水影響，發(fā)現(xiàn)酸熱水解含水率從78%降至30%，優(yōu)于堿性熱水解；在較低溫度范圍（60~180°C）內(nèi)對(duì)城市污泥進(jìn)行水熱處理后再進(jìn)行機(jī)械脫水，發(fā)現(xiàn)污泥含水率從72%降至27%。熱水解技術(shù)處理污泥脫水效率高、無二次污染，可適用于中小型污水處理廠及大型污水處理廠新建和改擴(kuò)建。北京市高安屯污泥處理中心處理規(guī)模約1 850t/d，日產(chǎn)生污泥約6 000t，有機(jī)質(zhì)含量55%~70%，采用熱水解厭氧消化工藝處理剩余污泥。初試運(yùn)行泥餅含水率不大于60%，沼氣產(chǎn)生率（有機(jī)質(zhì)含量約65%）288~302m3/(t ·d)，處理后的H2S濃度不大于45× 10-6(體積濃度)（圖4）。熱水解技術(shù)能耗低，可殺死病原微生物及有害菌，適用范圍廣。在未來發(fā)展中仍需進(jìn)一步優(yōu)化處理產(chǎn)生的大量高濃度具有酸性和腐蝕性的臭氣，減少對(duì)設(shè)備的損害。

3.4Fenton氧化技術(shù)Fenton氧化是利用Fenton試劑的強(qiáng)氧化性，氧化分解污泥中有機(jī)物，破壞污泥特殊的絮體結(jié)構(gòu)，污泥中結(jié)合水和細(xì)胞水得以釋放，脫水性能得到改善 。采用Fenton氧化破解污泥反應(yīng)1 h后，污泥溶解性增加57倍，污泥體積減少一半；Yu等[17]研究無酸化Fenton反應(yīng)調(diào)理污泥，研究表 明，F(xiàn)e2+、H2O2和石灰投加量為47.9、34.3、43.2mg/g處理后的污泥含水率下降至(55.8%±0.6%)，上清液pH為6.6；研究表明，污泥經(jīng)Fenton體系處理后，富里酸類物質(zhì)消失，EPS被破壞， 污泥脫水性能提高。Fenton氧化處理污泥，因符合污泥處理減量化、資源化、 無害化要求而被推廣。瑞典Kemira公司在丹麥建立的Fenton氧化污泥處理廠，通過酸化、Fenton氧化和調(diào)理脫水，污泥體積減少25%~50%，處理后污泥達(dá)到直接農(nóng)用要求。但H2O2的使用 、污泥酸化環(huán)境的調(diào)節(jié)使處理成本增加，H2O2反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧氣，存在一定安全隱患。將Fenton與其他生物處理技術(shù)耦合聯(lián)用 ，降低處理成本，為污泥處理與資源化利用提供切實(shí)可行的途徑，是今后的發(fā)展方向。

3.5生物技術(shù)生物技術(shù)是利用微生物或微生物制劑溶解污泥細(xì)胞 、膠體結(jié)構(gòu)。微生物制劑較為常用，制得的絮凝劑主要成分為兩性的聚電解質(zhì)蛋白質(zhì)、糖蛋白 、多糖 、纖維素和DNA等，利用高分子電荷中和特性，使膠體絮凝 ，達(dá)到固液分離的目的。在最佳培養(yǎng)條件下 ，利用黑曲霉制得的微生物絮凝劑對(duì)污泥脫水有良好效果，當(dāng)其投加質(zhì)量濃度為27 g/L時(shí)，污泥含水率從97.1%降至78.2%；以稻草為原料，研究了生物絮凝劑的制備及其在污泥脫水中的應(yīng)用潛力，結(jié)果表明 ，生物絮凝劑的產(chǎn)生與細(xì)胞生長(zhǎng)呈正相關(guān)，同時(shí)使用生物絮凝劑和PAC可進(jìn)一步提高污泥脫水性能。生物技術(shù)能有效降低污泥產(chǎn)量，改善出水水質(zhì)，污泥脫水明顯，備受人們關(guān)注。威海毅恒環(huán)境熱水解厭氧污泥脫水項(xiàng)目 ，采用自主研發(fā)的酶學(xué)方法合成生物基高效污泥脫水劑利用熱水解技術(shù)處理污泥。污泥處置能力700t/d，日產(chǎn)生污泥537t，污泥含水率95%。處理后的 污泥脫水率可達(dá)80%以上 ，產(chǎn)生的沼氣純度 高。生物制劑無毒、可自然降解，降低了成本，有利于泥餅回收和資源化再利用。微生物絮凝劑研究應(yīng)重點(diǎn)集中在新絮凝劑菌種培養(yǎng)及菌種培養(yǎng)條件上，制備出廉價(jià)易得、高效 、降解速率快的生物絮凝脫水劑。

4結(jié)語和展望污泥作為污水處理最后環(huán)節(jié)的污染物匯集體，會(huì)因?yàn)楹胁≡⑸铩⒅亟饘俚葐栴}造成大氣、土壤的二次污染，但其還 具備有機(jī)物含量高、有一定黏性和熱值等可資源化的優(yōu)勢(shì)。然而 ，其高的含水率導(dǎo)致污泥的資源化技術(shù)應(yīng)用受到限制。目前 ，污泥的脫水技術(shù)主要以破壞污泥結(jié)構(gòu)的方式降低含水率，技術(shù)目標(biāo)單一 ，還存在能耗大、運(yùn)行穩(wěn)定性差等不足。未來污泥脫水技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該兼顧污泥資源化的方向，充分利用污泥中高的有機(jī)質(zhì)含量和微生物效應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)污泥脫水技術(shù)的同時(shí)促進(jìn)資源化技術(shù)的應(yīng)用，充分挖掘污泥內(nèi)在的能量，開發(fā)高效污泥脫水與資源化相結(jié)合的綜合性技術(shù)，以降低污泥處理處置成本、節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境作為發(fā)展趨勢(shì)。

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