城鎮(zhèn)剩余污泥深度脫水技術(shù)

　　目前我國(guó)每年產(chǎn)生4000多萬噸剩余污泥，經(jīng)常規(guī)機(jī)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(shù)日趨完善，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)剩余污泥深度脫水處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。

　　一、污泥深度脫水

　　城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥含水率高達(dá)95%以上，經(jīng)常規(guī)機(jī)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(duì)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(wù)。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，常規(guī)污泥脫水技術(shù)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(xué)者對(duì)污泥深度脫水進(jìn)行多方面研究，歸結(jié)起來主要有：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)用較為成熟的方法包括：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)合脫水技術(shù)。

　　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(jié)合力很強(qiáng)，如不進(jìn)行預(yù)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(mèng)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(xué)者的研究并沒有達(dá)成一致，如李亞林等研究認(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的無顯著相關(guān)性。而Yuan等[9]研究得出最優(yōu)的松散EPS含量?jī)H為15~18mg/L，過高的松散EPS反而會(huì)導(dǎo)致污泥脫水困難。

　　2.2 粒徑分布

　　污泥中細(xì)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(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。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(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。

　　2.3 Zeta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，因此在污泥脫水過程中常通過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，從而提高污泥脫水性能。

　　2.4 黏度

　　污泥黏度的相關(guān)研究數(shù)據(jù)能為污泥深度脫水技術(shù)的優(yōu)化提供參考。Li等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污泥黏度與污泥脫水性能呈線性正相關(guān)，污泥黏度數(shù)值變大，則污泥脫水性能惡化。

　　三、污泥調(diào)理

　　城鎮(zhèn)污水剩余污泥先進(jìn)行調(diào)理，降低污泥的親水性，從而提高污泥脫水效果。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。多種調(diào)理聯(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)理法有加熱調(diào)理、微波調(diào)理、超聲波調(diào)理和電滲透脫水。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，改善污泥的脫水性能。但高溫導(dǎo)致的臭味、腐蝕以及經(jīng)濟(jì)成本等問題，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，以及能耗等問題。電滲透脫水過程耗時(shí)較長(zhǎng)，但對(duì)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(jié)果表明，經(jīng)電滲透技術(shù)脫水后，污泥含水率降至49.15%。

　　3.2 化學(xué)調(diào)理法

　　污泥化學(xué)調(diào)理法中常用的藥劑有無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑和助凝劑等。

　　3.2.1 無機(jī)絮凝劑

　　無機(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。王馨悅等研究了分別用聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)對(duì)污泥調(diào)理脫水的試驗(yàn)。研究表明，兩者對(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。黃紹松等研究Fenton氧化聯(lián)合氧化鈣對(duì)污泥脫水的影響，結(jié)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(jìn)而改善了污泥脫水效果。

　　3.2.2 有機(jī)絮凝劑

　　有機(jī)絮凝劑調(diào)理能力好，受污泥pH值影響小，但存在毒性強(qiáng)、難溶解和費(fèi)用高等缺點(diǎn)。張梅杰等對(duì)比研究了五種有機(jī)絮凝劑對(duì)污泥脫水性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)在有機(jī)絮凝劑調(diào)理下，污泥比阻與毛細(xì)吸水時(shí)間比值呈明顯線性相關(guān)，相關(guān)研究能為污泥調(diào)理提供相關(guān)的研究數(shù)據(jù)。Yan等探討了三種絮凝劑分別投加時(shí)對(duì)污泥脫水效果的影響，研究對(duì)比得出，陽(yáng)離子PAM對(duì)污泥脫水效果比其他兩種絮凝劑更好。

　　3.2.3 復(fù)合絮凝劑

　　ZhaiLF等[研究表明，復(fù)合絮凝劑對(duì)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(fù)合絮凝劑制備較復(fù)雜，成本高，反應(yīng)條件限制多。

　　3.2.4 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，使污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)變硬，形成更多的空隙結(jié)構(gòu)，以利于脫水過程中自由水的滲出。助凝劑實(shí)際應(yīng)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(duì)污泥脫水性能的影響，研究表明，單一助凝劑使用時(shí)，石灰對(duì)污泥脫水效果最好。復(fù)合投加時(shí)，粉煤灰加石灰兩者聯(lián)合作用對(duì)污泥脫水效果最好。劉強(qiáng)等研究了粉煤灰與生石灰聯(lián)合投加對(duì)污泥調(diào)理，試驗(yàn)表明，污泥含水率可降低至60%以下。

　　3.3 微生物調(diào)理法

　　微生物絮凝劑無二次污染和對(duì)污泥自身?xiàng)l件具有良好的適應(yīng)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(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。何足道等研究結(jié)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(zhì)相對(duì)較好等優(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)。劉杰偉等分別研究了微生物絮凝劑與無機(jī)絮凝劑對(duì)污泥脫水效果的影響。結(jié)果表明，污泥脫水效果較好的是微生物絮凝劑。

　　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，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(duì)剩余污泥進(jìn)行二次脫水。結(jié)果表明，相比單一電滲透脫水技術(shù)，兩者耦合工藝在能耗方面增加，但污泥脫水時(shí)間減少了44%。同時(shí)電滲透與過硫酸鹽耦合脫水對(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。羅璐等探討了聚丙烯酰胺和溶菌酶復(fù)合投加對(duì)城鎮(zhèn)剩余污泥的脫水影響，研究結(jié)果表明，聚丙烯酰胺和溶菌酶2種藥劑共同作用時(shí)，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(shí)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(duì)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(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。

　　四、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)是現(xiàn)在很多污泥研究學(xué)者的研究方向。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%。馬維超等研究表明，相比其他污泥脫水設(shè)備，使用經(jīng)過優(yōu)化的新型高壓板框式污泥脫水機(jī)，污泥的脫水率可提高5%以上。

　　五、結(jié)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(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，仍舊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)