目前，污泥脫水處理方法大多針對(duì)污泥中的間隙水與毛細(xì)水，間隙水占比則高達(dá)70%，毛細(xì)水占比約20%；吸著水和結(jié)合水合計(jì)占比約%10，是 目前污泥中最難以處理的部分，大多數(shù)時(shí)候，這兩類水分需要熱處理或化學(xué)工藝等過(guò)程脫除。本文基于最新研究成果和工程應(yīng)用情況，擬對(duì)多項(xiàng)污泥脫水處理技術(shù)及原理進(jìn)行分析。

1 污泥脫水減量

污泥處理整個(gè)工藝流程中的關(guān)鍵技術(shù)之一便是污泥脫水處理。流態(tài)原生污泥在進(jìn)行多道脫水工序處理后，體積進(jìn)大大縮小，固體成分在污泥中所占比例也大大提高。經(jīng)過(guò)脫水減量處理的污泥具有運(yùn)輸、處理、處置與再利用的便利條件。一般污水處理廠產(chǎn)生的污泥主要成分為99%左右的水分和1%的固體成分，而這部分固體成分主要是由有機(jī)殘片、無(wú)機(jī)顆粒、膠體、細(xì)菌菌體及絮凝處理時(shí)所添加的藥劑等組成的，包含磷化物、多環(huán)芳烴、氮化物、病原體、重金屬離子及農(nóng)藥殘留等[4]。污水處理及污泥處理工藝流程如圖2所示。從以上分析可知，污泥通過(guò)濃縮、脫水、干燥等處理方式可降低污泥含水率，達(dá)到污泥濃縮減量的目的。

2 污泥脫水處理技術(shù)污泥處理一般經(jīng)歷4個(gè)過(guò)程：污泥脫水濃縮，即污泥初步脫水；污泥調(diào)理，改變絮體結(jié)構(gòu)；污泥深度脫水；污泥最終處理處置。

2.1 干化脫水技術(shù) 污泥脫水技術(shù)最初以自然干化脫水處理為主，熱能作為核心工作能源，實(shí)現(xiàn)污泥水分蒸發(fā)干化。該技術(shù)不需要對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理。但自然干化受氣候影響嚴(yán)重，所需場(chǎng)地面積大且環(huán)境污染嚴(yán)重，工人勞動(dòng)量繁重、時(shí)間長(zhǎng)，且會(huì)殘留有毒有害物質(zhì)，現(xiàn)在已很少采用。20世紀(jì)中期以來(lái)，污泥脫水干化處理技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了流化干燥、間壁干燥、對(duì)撞流干燥、過(guò)熱蒸汽干燥、紅外輻射干燥等。目前，歐美常見(jiàn)的干化工藝主要以轉(zhuǎn)鼓干化、流化床干化、盤(pán)式干化為主，此外還有碟片式、帶式、日光式，閃蒸式等干化工藝[7]。利用熱源對(duì)污泥進(jìn)行整體性的加熱處理，對(duì)干化處理的固體顆粒進(jìn)行二次回收，儲(chǔ)存進(jìn)入固體顆粒儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，節(jié)約資源和減少能耗。經(jīng)過(guò)干化處理，污泥最終含水率可低于%10，但是其投資和運(yùn)行成本過(guò)高，一般適合集中處理。

2.2 機(jī)械脫水技術(shù) 污泥機(jī)械脫水技術(shù)主要有壓濾式脫水、離心式脫水和疊螺式脫水等。Sludge filter press dewatering主要依靠過(guò)濾介質(zhì)兩邊的壓力差，強(qiáng)制水分通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，污泥固體顆粒被截留，實(shí)現(xiàn)泥水分離。壓力差有正壓和負(fù)壓之分，則壓濾式脫水又細(xì)分為正壓的板框壓濾脫水和帶式壓濾脫水以及負(fù)壓的真空壓濾脫水。無(wú)錫市蘆村污水處理廠四期，采用隔膜板框壓濾機(jī)結(jié)合化學(xué)調(diào)理等輔助工藝，污泥含水率可降低到60%甚至更低。發(fā)達(dá)國(guó)家，離心式污泥脫水因設(shè)備成熟、技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)衛(wèi)生等原因而得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)城市污水處理廠雖然引進(jìn)了離心脫水機(jī)，但離心機(jī)所需要的能耗過(guò)高，因而在實(shí)際生產(chǎn)中使用頻率較低。不同污泥脫水機(jī)械均存在某些不足。真空過(guò)濾機(jī)運(yùn)行費(fèi)用高，維修復(fù)雜，運(yùn)行車間環(huán)境差；帶式脫水機(jī)開(kāi)敞式運(yùn)行，占地面積和沖洗水量均較大，易出現(xiàn)濾布堵塞、濾帶跑偏，脫水機(jī)車間環(huán)境差；板框式脫水機(jī)附屬設(shè)備較多，故障率高，占地面積大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)泥處理，工作時(shí)設(shè)備為開(kāi)敞式，工作環(huán)境較差；離心脫水機(jī)電耗高，噪聲大，維修率高。污泥機(jī)械脫水能耗大，脫水前往往須要進(jìn)行污泥調(diào)理，運(yùn)行費(fèi)用高，中小型城鎮(zhèn)污水處理廠，尤其在欠發(fā)達(dá)地區(qū)很難維持。

2.3 超聲波脫水技術(shù) 超聲波是指頻率在20 kHz至10 MHz范圍內(nèi)的聲波，空化效應(yīng)是超聲波技術(shù)的關(guān)鍵，即超聲波傳導(dǎo)在污水中產(chǎn)生“空穴”。在超聲波的液態(tài)條件下，極其微小的泡核顆粒將產(chǎn)生周期性震蕩。超聲波作為聲波，其傳導(dǎo)過(guò)程中具備疏相、密相周期性反復(fù)的特點(diǎn)。在這種周期性沖擊下，泡核顆粒體積也隨之增加、減小呈周期性循環(huán)，最終導(dǎo)致瞬態(tài)崩裂，使得菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)損毀，從而提高污泥的脫水率。超聲波對(duì)污泥的作用效果主要受超聲波作用時(shí)間、頻率及強(qiáng)度的影響。賈舒婷等研究發(fā)現(xiàn)，在污泥的厭氧發(fā)酵過(guò)程中，用適當(dāng)強(qiáng)度適當(dāng)時(shí)間的超聲波處理，能促進(jìn)污泥中微生物的生長(zhǎng)，去除有機(jī)物能力提高。殷絢研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超聲波強(qiáng)度較小、處理時(shí)間較短時(shí)，更加有利于減少污泥的結(jié)合水含量，反之亦然。研究發(fā)現(xiàn)，最佳的超聲處理時(shí)間是10 min，強(qiáng)度是0.8 W·mL-1 。綜上，影響超聲波作用效果的因素非常復(fù)雜且互相影響，使得超聲波處理技術(shù)難以廣泛化應(yīng)用。

2.4 熱處理脫水技術(shù)

熱處理是通過(guò)對(duì)污泥進(jìn)行加熱分解和破壞污泥中的的固體顆粒，使得污泥固體顆粒中的內(nèi)部結(jié)合水游離出來(lái)，以提高污泥脫水效果[19]。熱處理工藝俗稱為蒸煮處理，主要針對(duì)活性污泥正常脫水處理效果十分不理想而采用的處理方法。污泥熱處理技術(shù)與超聲波有著異曲同工之妙。在高溫環(huán)境下，微生物及其在微生物表面的代謝物溶解，其中包裹的固體顆粒自然脫離，與有機(jī)質(zhì)分離，類似于細(xì)胞體因熱膨脹而破裂，形成細(xì)胞膜碎片。在碎裂過(guò)程中，蛋白質(zhì)、膠體和礦物質(zhì)等逃逸，具有揮發(fā)性的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)迅速分解。有機(jī)質(zhì)揮發(fā)分解產(chǎn)生大量氣體，諸如二氧化碳、甲烷、揮發(fā)性醇類或酸類等。在氣體分子的疏浚下產(chǎn)生釋水通道，間隙水與毛細(xì)管水得以迅速排出。同時(shí)，在高溫環(huán)境下變得脆弱失穩(wěn)的膠體結(jié)構(gòu)，會(huì)在被破壞的同時(shí)凝聚沉淀并釋放出大量?jī)?nèi)部結(jié)合水。因此，污泥熱處理也是重金屬鈍化和微生物滅毒最有效的方法之一。熱處理還可以有效改善污泥的厭氧消化，有機(jī)物在高溫下分解，脂肪類、蛋白質(zhì)、糖類等大分子在熱處理過(guò)程中轉(zhuǎn)化為小分子，微生物分解脂肪酸為氨基酸、甲烷、氨氣等小分子時(shí)將更有效率。熱處理法主要分為高溫法和低溫法2種工藝。高溫法是污泥在溫度170~200 °C、壓力1.8~2 MPa、反應(yīng)時(shí)間為1~2 h的環(huán)境下進(jìn)行脫水處理。這種處理方式結(jié)合機(jī)械脫水最終含水率可降到45%~55%。低溫?zé)崽幚矸▌t是將污泥處理溫度控制在150 °C以下[24]。熱處理法的問(wèn)題有污泥熱容、熱傳導(dǎo)及加熱升溫緩慢不均勻等。

2.5 電滲析脫水技術(shù) 電滲析脫水的主要原理是在電場(chǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)固液分離。電場(chǎng)作用下，固體顆粒和液體分子根據(jù)電場(chǎng)方向做定向運(yùn)動(dòng)，多孔濾膜截留固體顆粒。電滲析法的基本理論依據(jù)來(lái)自固液分離中膠粒的雙電層理論。在電場(chǎng)中，由于膠體顆粒與擴(kuò)散層的電荷性不同，形成滑動(dòng)面，擴(kuò)散層帶走液體。經(jīng)電滲析脫水處理后，污泥含水率可降至35%~45%。電滲析過(guò)程中，電極材料、電場(chǎng)強(qiáng)度及絮凝劑等均不同程度影響到脫水效果。對(duì)污泥電滲透脫水工藝參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果表明，電滲透技術(shù)可以改善污泥的脫水性能。還將鐵鹽及過(guò)硫酸鹽與電滲透相結(jié)合，將污泥的含水率降低到60%以下，相對(duì)于單獨(dú)使用電滲透技術(shù)，泥餅更加均勻。電滲透技術(shù)已在敦煌市污水處理廠成功應(yīng)用，可將污泥含水率由 99.5%降至 80%。電滲析技術(shù)在低耗能的同時(shí)能有效避免二次污染。電滲析耗能低，脫水效率高，有很強(qiáng)的應(yīng)用性。但電滲析技術(shù)存在兩電極間脫水速率的差異導(dǎo)致兩電極間電阻率和電壓不均衡的問(wèn)題。

2.6 絮凝劑脫水技術(shù) 污泥絮劑凝脫水一般不作為污泥脫水處理的單獨(dú)方法，更多的是作為污泥脫水處理中的一道重要工序，是提升污泥脫水效率的必要保障手段[28]。絮凝劑一般分為天然絮凝劑（如淀粉等）和人工合成絮凝劑（如聚合鋁類、聚合鐵類和聚丙烯酰胺類等）。絮凝劑的脫水性能主要與碳鏈長(zhǎng)度和所帶電荷有關(guān)，而絮凝劑的特性、投加方式及污泥成分都會(huì)對(duì)污泥的最終沉淀效果造成影響。天然絮凝劑不常用，多為人工絮凝劑。天然高分子絮凝劑，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，但依舊處于研制階段。需要注意的是絮凝劑還可能存在生態(tài)隱患，所以在考慮采用絮凝劑脫水處理之前，需要嚴(yán)格把關(guān)，確保絮凝脫水處理方法不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞。另外，絮凝劑添加量非常重要，過(guò)量添加絮凝劑，絮凝劑的正電荷被污泥顆粒吸附后，污泥顆粒將產(chǎn)生同極相斥的靜電斥力，影響污泥脫水。

3 結(jié)論從以上分析知，每種污泥脫水技術(shù)均有各自的優(yōu)勢(shì)與不足。因此，綜合各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，采用多種技術(shù)聯(lián)合處理是污泥脫水發(fā)展的趨勢(shì)，例如Fenton試劑與CPAM聯(lián)合調(diào)理污泥脫水，無(wú)機(jī)混凝劑聯(lián)合殼聚糖調(diào)理污泥脫水，優(yōu)化超聲波聯(lián)合絮凝劑強(qiáng)化污泥脫水等。我國(guó)白龍港污泥處理廠采用“中溫厭氧消化+離心脫水+部分脫水污泥熱干化”集成工藝，很好地解決了污泥脫水的問(wèn)題。時(shí)至今日，我國(guó)仍存在嚴(yán)重的“重水輕泥”的思想，污泥處理與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在很大差距。目前，添加絮凝劑已經(jīng)成為了每一種工藝流程中必備的輔助手段，但在污泥處理過(guò)程中應(yīng)當(dāng)杜絕絮凝劑產(chǎn)生的二次污染。總而言之，降低處理成本、減少環(huán)境污染、提高脫水效率和效果，是污泥脫水技術(shù)發(fā)展的方向。

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