污泥機(jī)械脫水技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景
行業(yè)動態(tài)
污泥脫水是污泥處理處置過程的一個重要環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)外采用的污泥脫水方法主要有自然干化法、熱干化法、機(jī)械脫水法等。其中，機(jī)械脫水法應(yīng)用較為廣泛，一般大中型污水處理廠均采用該技術(shù)。
1 污泥來源及機(jī)械脫水技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
污泥來源非常廣泛，理論上所有污水處理都可能產(chǎn)生污泥，具有代表性的污泥包括城鎮(zhèn)污水污泥、含油污泥（包括石油行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)等）、電鍍行業(yè)污泥、造紙行業(yè)污泥、紡織印染行業(yè)污泥、河道疏浚污泥等。
污泥機(jī)械脫水技術(shù)按原理可分為真空過濾脫水、壓濾脫水和離心脫水3類，目前常用的污泥機(jī)械脫水設(shè)備的性能及使用情況等詳見下表：
項目 | 優(yōu)缺點 | 處理能力 | 使用情況 |
真空過濾脫水機(jī) | 對管路密封性要求高、濾布易堵塞、泥餅含水率高、噪聲大 | 泥餅含水率高于85% | 早期污水處理廠使用較多，20世紀(jì)80年代以后應(yīng)用較少 |
離心脫水機(jī) | 可連續(xù)工作，脫水空間密閉，臭味小，工作場所衛(wèi)生條件好，分離效率高。大型離心脫水機(jī)內(nèi)部磨損較快，耗電量大，噪聲大，對材質(zhì)要求高，維修難度大 | 進(jìn)泥含水率95%～99.5%，污泥含水率75%～80%，污泥回收率95%以上 | 多行業(yè)有廣泛應(yīng)用。離心脫水技術(shù)通常在小型污水處理工程中采用較多 |
帶式壓濾脫水機(jī) | 一次性投資少，污泥負(fù)荷波動影響小，出泥含水率較低，工作穩(wěn)定及管理控制相對簡單。使用中需頻繁清洗濾布，水耗大；為使污泥形成較大絮團(tuán)，使用中需投加較多的絮凝劑 | 加藥為0.5～2kg/tds，污泥回收率約90%。進(jìn)泥含水率通常98%以下，出泥含水率一般為82%以下 | 我國大型污水處理廠使用較為普遍 |
板框壓濾脫水機(jī) | 對泥漿適應(yīng)性強(qiáng)，過濾壓力高，泥餅含固率高。占地和沖洗水量較大，車間環(huán)境差，卸泥勞動強(qiáng)度大 | 污泥含水率通常為97%以下，出泥含水率一般為65%～75% | 通常用于規(guī)模小且對脫水率要求較高的工程。水處理、冶金、洗煤、食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)使用較多 |
1.1 城鎮(zhèn)污水污泥
截至2015年，全國投運的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施共3830座，總設(shè)計處理能力1.62億m3/d，平均日處理水量1.44億m3/d，每年產(chǎn)生含水率80%污泥約4200萬t。從2009年的不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出：2009年在建城鎮(zhèn)污水處理廠污泥脫水方式主要方式仍然是帶式壓濾（48.62%）和離心脫水（22.98%），但新建水廠采用帶式壓濾的占比呈下降勢態(tài)，更多的污水處理廠選擇了自然干化和其他污泥脫水方式。主要原因包括：①在建中小型污水處理廠數(shù)量增加；②出現(xiàn)了一些新型的脫水技術(shù)。
總體上，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥脫水以帶式壓濾（55.85%）和離心脫水（22.59%）為主，主要原因是這兩項技術(shù)比較成熟，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠。
1.2 含油污泥
我國每年產(chǎn)生的各種含油污泥總量約1000萬t，其中石油石化行業(yè)的含油污泥產(chǎn)量較大。該類型污泥產(chǎn)量大，重質(zhì)油含量高，處理難度大，且產(chǎn)量呈逐年上升趨勢。含油污泥的比阻比一般污泥大40倍，可壓縮性系數(shù)大20倍，屬難過濾性污泥；又由于其顆粒細(xì)小、呈絮凝體狀、含水率高、體積龐大，不易實現(xiàn)油-水-泥三相分離。我國大部分油田含油污泥的含水率一般為70%～90%，油、鹽含量較高，且含有重金屬和苯系物等有毒有害物質(zhì)。
含油污泥主要處理技術(shù)有：調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水分離、固化處理、焚燒、填埋與干化、生物處理等。含油污泥機(jī)械脫水主要技術(shù)有真空過濾、加壓過濾、滾壓過濾和離心過濾。目前國內(nèi)多使用板框壓濾機(jī)和帶式壓濾機(jī)，而國外廣泛使用帶式壓濾機(jī)和臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，而集污泥濃縮、油水分離功能于一體的三相臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)對處理含油污泥有較大優(yōu)勢。近年來，疊螺式污泥脫水機(jī)在處理含油污泥方面已經(jīng)有不少成功案例。
1.3 電鍍污泥
電鍍污泥是電鍍行業(yè)廢水處理的“終態(tài)物”，主要含有鉻、鐵、鎳、銅、鋅等重金屬化合物及可溶性鹽類。電鍍企業(yè)在初步處理電鍍廢水時，需要將廢水中的各種重金屬鹽類轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氫氧化物并沉淀固化，因而需要加入還原劑、中和劑及絮凝劑等多種化學(xué)藥品，導(dǎo)致電鍍污泥中化學(xué)組分增多，重金屬混合物在組分中分散且含量偏低，以致進(jìn)一步的無害化處理、分離和綜合利用較為困難。據(jù)調(diào)查，一般新產(chǎn)生的電鍍污泥含水率為75%～80%，鉻、鐵、鎳、銅及鋅的化合物含量一般為0.5%～3%（以氧化物計），石膏（硫酸鈣）含量為8%～10%，其他水溶性鹽類及雜質(zhì)含量為5%左右。
我國約有電鍍工廠1萬多家，年均電鍍廢水排放量超過40億t，按照每立方米污水產(chǎn)生絕干污泥0.2～0.3kg估算，我國每年產(chǎn)生80～120萬t電鍍干污泥。針對此類污泥，目前國內(nèi)主要采用板框壓濾機(jī)和帶式壓濾機(jī)。
1.4 造紙污泥
造紙污泥是制漿造紙廢水處理的副產(chǎn)物，造紙污泥有機(jī)質(zhì)含量較高，但理化性質(zhì)與其他污泥有所不同。制漿造紙污泥有機(jī)物含量為50%～65%，主要含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等高分子有機(jī)物以及凝聚劑等。
每生產(chǎn)1t紙，即產(chǎn)生含水率為80%的污泥約1200kg，2012年我國機(jī)制紙漿、機(jī)制紙和紙板共計1.81億t，估算每年造紙污泥產(chǎn)生量約為2.2億t（含水率80%），污泥產(chǎn)生量是同等規(guī)模市政污水處理廠的5～10倍，且成分復(fù)雜，含水量高，處理難度大，處置費用約占造紙廢水處理總費用的50%以上。
造紙污泥以板框壓濾和帶式壓濾為主，也有企業(yè)開發(fā)了連續(xù)式污泥深度脫水設(shè)備。這種設(shè)備利用不銹鋼帶，可提供高達(dá)150kg/cm的張力，將污泥從含水率80%干化到50%左右。
2 新型污泥機(jī)械脫水技術(shù)
近幾年來，隨著污泥脫水工程需求的增加以及科技創(chuàng)新發(fā)展的帶動，污泥機(jī)械脫水技術(shù)在國內(nèi)外都有了長足進(jìn)步新技術(shù)層出不窮。下文介紹幾種新型污泥脫水技術(shù)。
2.1 螺旋壓榨脫水機(jī)
螺旋壓榨脫水機(jī)是近年來新發(fā)展起來的新型過濾分離機(jī)械，其脫水性能高、結(jié)構(gòu)緊湊密閉，具有噪音低、電耗低、沖洗水量少、工作環(huán)境好、自動化程度高等優(yōu)點，但單機(jī)容量小，維修維護(hù)要求比較高。
螺旋壓榨脫水機(jī)的工作原理是將圓錐狀螺旋軸與圓筒狀螺旋軸與圓筒狀金屬外筒形成的間隙作為濾室，其內(nèi)部的圓錐狀螺旋軸以0.02～2r/min的低速旋轉(zhuǎn)，污泥從入口到出口，過濾壓榨區(qū)的容積逐漸減小，內(nèi)部壓力不斷上升，實現(xiàn)壓榨脫水。螺旋壓榨脫水進(jìn)泥含水率要求一般為95%～99.5%，出泥含水率一般可降至75%～80%。
2.2 隔膜式板框壓濾機(jī)
隔膜式板框壓濾機(jī)是一種間歇性加壓過濾設(shè)備，脫水原理主要是通過高壓進(jìn)料及高壓壓榨。進(jìn)泥后利用隔膜壓榨泵往壓濾機(jī)隔膜板中注入高壓水，利用隔膜張力對污泥進(jìn)行強(qiáng)力擠壓脫水，形成含水率較低的干物質(zhì)。
隔膜式板框壓濾機(jī)處理的污泥水分含量一般能達(dá)到50%以下，其干度與高壓進(jìn)料壓力及壓榨壓力相關(guān)，但綜合考慮運行的經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備的安全性，設(shè)計時選高壓進(jìn)料壓力及壓榨壓力為1.6MPa，則污泥干度可達(dá)到50%～60%。若壓榨壓力不能達(dá)到一定值，則不能使隔膜鼓張或張開不充分，從而影響污泥脫水效果，故壓榨壓力一般不應(yīng)低于1MPa。
CJ/T249-2007《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)》中對混合填埋污泥含水率的基本要求為污泥含水率≤60%。目前常用的帶式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)等一般只能保證出泥含水率在70%～80%。故隔膜式板框壓濾機(jī)能將脫水污泥含水率保持在60%以下，屬深度脫水范疇。
2.3 臥式螺旋離心脫水機(jī)
臥式螺旋離心脫水機(jī)（簡稱臥螺離心機(jī)）是利用離心沉降原理分離懸浮液。固相顆粒當(dāng)量直徑≥3μm，質(zhì)量濃度比≤10%或體積濃度比≤70%以及液固密度差≥0.05g/cm3的各種懸浮液均適合采用臥螺離心機(jī)進(jìn)行液固分離或顆粒分級，泥餅含固率可達(dá)30%以上，而且操作是在全封閉的環(huán)境中進(jìn)行，脫水機(jī)周圍沒有污水及惡臭氣體，可大大改善操作環(huán)境，但該裝置維修費用較高。
2.4 電滲透污泥深度脫水技術(shù)
電滲透污泥脫水技術(shù)利用電滲透和電泳原理實現(xiàn)污泥的深度脫水，適用于有機(jī)污泥的二次脫水。含水率為75%～80%的一次脫水污泥泥餅，利用電滲透脫水技術(shù)進(jìn)行深度脫水后，污泥泥餅含水率可降低至40%～60%，減容效果顯著。電滲透脫水技術(shù)的效果受污泥有機(jī)質(zhì)含量的影響，有機(jī)質(zhì)含量越低，則脫水效果越好。在工程中可與現(xiàn)有的常規(guī)一次脫水設(shè)備直接銜接，使用過程中無需添加任何藥劑，選擇后續(xù)污泥處置方法時不受限制，耗電量為70～150kW·h/t。該技術(shù)在國內(nèi)外市政污水、工業(yè)廢水中均有成功使用的案例。
2.5 新型LCSS離心脫水技術(shù)機(jī)
日本某公司生產(chǎn)的固液分離裝置（LCSS)是一種利用比重差的原理，通過高速離心的方式完成分級、分離、脫水過程的新型離心設(shè)備。其主要特點是能夠高效回收超微細(xì)顆粒，與普通離心機(jī)相比，脫水后的污泥含水率降低5%～20%，減容效果明顯，通常情況下無需加藥劑并能夠利用再生電力運轉(zhuǎn)。由于LCSS裝置回轉(zhuǎn)筒與螺旋軸的轉(zhuǎn)速差可以在0.2r/min以上任意調(diào)整，可以實現(xiàn)納米級別超微粒子的回收，并獲得澄清的分離液和含水率較低的污泥。
但由于LCSS設(shè)備價格昂貴，在市政污泥處理領(lǐng)域使用，一次性投資大，資金回收期長。短期內(nèi)國內(nèi)的污水處理企業(yè)負(fù)擔(dān)有一定困難。但由于該設(shè)備出色的脫水率和超細(xì)微顆粒的回收效果，在貴金屬回收、資源再生利用、核污染廢水處理等方面具有普通離心機(jī)無法替代的優(yōu)勢。
3 技術(shù)發(fā)展前景
與污泥的自然干化脫水和熱干化脫水等技術(shù)相比，物理機(jī)械脫水技術(shù)因其占地面積小、處理效率高、處理成本低等諸多優(yōu)點，仍是未來一段時間污泥脫水工程采用的主要技術(shù)。結(jié)合我國未來幾年污染治理及污泥資源利用需求的增加以及自控、機(jī)械加工整體水平給提高，未來污泥機(jī)械脫水技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有如下幾個方面。
3.1 機(jī)械脫水技術(shù)優(yōu)化設(shè)計
我國的污泥脫水機(jī)國產(chǎn)化程度高，生產(chǎn)企業(yè)眾多，但污泥的脫水處理技術(shù)還存在不足，需要進(jìn)一步優(yōu)化。真空過濾、離心脫水及壓濾脫水等技術(shù)都需要通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計來提高設(shè)備的整體效能。通過優(yōu)化設(shè)計降低操作難度，降低運行電耗、提高脫水效率。
3.2 機(jī)械脫水技術(shù)的行業(yè)細(xì)分
對污泥來源行業(yè)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，根據(jù)處理對象的具體性質(zhì)，開發(fā)出針對性更強(qiáng)的適用機(jī)械脫水設(shè)備，可以提高脫水效率和資源的回收水平。
3.3 加快深度脫水技術(shù)的研發(fā)
《國務(wù)院關(guān)于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的若干意見》中將污泥減量化、資源化利用作為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點環(huán)節(jié)之一。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》也提出，污泥處理處置的目標(biāo)是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無害化；鼓勵回收和利用污泥中的能源和資源。高含水率給污泥后續(xù)處理、運輸及處置均帶來了很大難度，因此在有條件的地區(qū)，應(yīng)推行污泥的深度脫水。
所謂深度脫水是指脫水后污泥含水率達(dá)到55%～65%，特殊條件下還可以更低。通常污泥脫水后含水率從97%左右降到70%～80%，體積縮減為原體積的1/6～1/5，但仍達(dá)不到混合填埋的干度要求，也不能滿足專用填埋的污泥含水率須小于60%的要求。深度脫水設(shè)備的市場空間是可觀的。
3.4 機(jī)械脫水設(shè)備與污泥調(diào)理技術(shù)的融合
當(dāng)機(jī)械脫水設(shè)備因受材質(zhì)限制，機(jī)械脫水設(shè)備因壓力提高而大幅度增加運行成本時，污泥調(diào)理技術(shù)能彌補(bǔ)機(jī)械脫水設(shè)備的不足，機(jī)械脫水設(shè)備與污泥調(diào)理技術(shù)的融合顯得尤為重要。將機(jī)械脫水設(shè)備與污泥調(diào)理技術(shù)（物理調(diào)理法、化學(xué)調(diào)理法、微生物調(diào)理法、復(fù)合調(diào)理法）相配合，可以達(dá)到更好的脫水效果。如生物污泥電磁破壁技術(shù)、污泥的加藥調(diào)理技術(shù)等與板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、臥式離心脫水機(jī)的結(jié)合，均可有效提高污泥脫水率。
3.5 機(jī)械脫水設(shè)備與自控、材料等技術(shù)的耦合
任何一項機(jī)械脫水設(shè)備都是各項技術(shù)的綜合體，包含了自動控制、系統(tǒng)工程學(xué)、材料制造（如隔膜等）等，各種技術(shù)的進(jìn)步均可以提高物理機(jī)械設(shè)備的實際效能，如板框壓濾機(jī)與自動控制技術(shù)的耦合、機(jī)械脫水設(shè)備與材料制造（如隔膜等）等結(jié)合。
4 結(jié)束語
綜上所述，高性能污泥脫水設(shè)備的開發(fā)研究、推廣應(yīng)用應(yīng)是物理機(jī)械脫水技術(shù)的主要發(fā)展方向。主要內(nèi)容包括研發(fā)和推廣脫水后污泥含水率低于60%的深度脫水設(shè)備，提高污泥的減容率和固形物的回收率；開發(fā)低藥劑用量的設(shè)備及低能耗設(shè)備，并通過科學(xué)計算產(chǎn)泥量，優(yōu)化設(shè)備選型等提高設(shè)備的運行效率，降低運行成本；提高設(shè)備的自動化程度和連續(xù)穩(wěn)定運行率等。
