污泥濃縮脫水及相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
目前國內(nèi)針對污水處理廠的污泥處理的主要技術(shù)手段是穩(wěn)定后濃縮脫水，但選擇不同的污泥濃縮脫水技術(shù)和調(diào)理方法對于污水處理廠污泥的處理效果、運(yùn)行費(fèi)用將會(huì)產(chǎn)生較大影響。
1 污泥濃縮
污水處理廠的剩余污泥的含水率很高，一般達(dá)到96%～99.3%（市政污水處理廠剩余污泥含水率一般為99.2%）。污泥濃縮的目的在于降低污泥中的水分含量，減少污泥體積。以利于運(yùn)輸（保持其流動(dòng)性）及后續(xù)處理和處置利用。污泥中水的存在形式有以下幾種：
（1）游離水或自由水。與污泥顆粒無關(guān)，可通過過濾去除，在不同種類污泥中，其含量變化很大。
（2）毛細(xì)水。存在于污泥固體顆粒內(nèi)部毛細(xì)管內(nèi)，由于表面張力作用而存在，一般占污泥非自由水分的20%左右，可離心去除。
（3）間隙水。存在于污泥固體顆粒間隙中，為固體顆粒污泥所包圍，一般可通過濃縮去除，約占污泥中非自由水分的70%。
（4）表面吸附水。又稱濕存水，吸附在污泥顆粒表面并形成一層薄的水膜，其含量與顆粒表面特性有關(guān)，約占污泥非自由水分的7%，可通過蒸發(fā)、離心去除。
（5）內(nèi)部水。又稱結(jié)合水，存在于顆粒內(nèi)部或微生物細(xì)胞內(nèi)，約占污泥非自由水分的3%，靠機(jī)械方法難以去除。
污泥濃縮常用的方法有重力濃縮、加壓過濾濃縮和離心濃縮3種，此外還有氣浮濃縮、隔膜濃縮等，但應(yīng)用領(lǐng)域十分有限。濃縮后的污泥含水率仍會(huì)高達(dá)90%以上（市政污水處理廠濃縮污泥含水率一般為97%），故污泥濃縮僅僅能去除污泥中的部分自由水和間隙水。
2 污泥調(diào)理
由于有機(jī)污泥是以有機(jī)物微粒為主體的懸濁液，顆粒很細(xì)且具有膠體特性，與水有很大的親和力，濃縮后的含水率仍在90%～97%，尤其是活性污泥更是如此，脫水性能較差。因此，有必要對污泥進(jìn)行調(diào)理，改善污泥的脫水性能，提高污泥脫水效率。污泥調(diào)理方法主要有：
2.1 污泥洗滌
污泥洗滌又稱污泥淘洗，是利用處理后的回用水與污泥混合（水：泥=2～5：1），淘洗后將污泥沉淀下來的一種預(yù)處理方法。目的是降低污泥的堿度和粘度，節(jié)省藥劑的用量，提高機(jī)械脫水的效果，降低污泥脫水的運(yùn)行費(fèi)用。該方法主要用于消化污泥的預(yù)處理，不適用于生污泥。生污泥洗滌效果較差，一般采取直接加藥調(diào)理。
洗滌法處理污泥簡單方便，但效果一般。
2.2 加藥調(diào)理（化學(xué)調(diào)理）
加藥調(diào)理法是通過向污泥加入助凝劑、絮凝劑等化學(xué)藥劑，促使污泥顆粒絮凝并改善其脫水性能的一種預(yù)處理方法。污泥中的固體粒子屬于細(xì)小帶負(fù)電水合粒子，會(huì)和污泥形成一種穩(wěn)定的膠體懸浮液，影響固液分離效果。加藥調(diào)理就是通過減少污泥粒子與水的親和力，使污泥粒子凝聚力增大并形成粗?；?。
其原理為：各類混凝劑產(chǎn)生帶正電荷的離子，與污泥顆粒上的負(fù)電荷相互吸引而中和，使電荷減小，從而降低相互間的排斥力，在范德華力作用下克服靜電排斥力而凝聚。加入混凝劑后增加了污泥中的離子濃度，通過正負(fù)電荷靜電引力，使離子相互迅速靠近，破壞污泥中原有的漫傘雙電層，使其變薄，而顆粒凝聚度增大，從而改善污泥的沉降性能和脫水性能。
加藥調(diào)理法處理效果較好，但運(yùn)行成本較高。
2.3 加熱調(diào)質(zhì)
污泥加熱調(diào)質(zhì)又稱污泥蒸煮處理，通過加熱使部分有機(jī)質(zhì)分解、親水性有機(jī)膠體分解、細(xì)胞分解，細(xì)胞膜中的水分游離出來，從而改善污泥濃縮及脫水性能。該方法對于活性污泥的脫水預(yù)處理特別有效。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)質(zhì)效果較好，濾餅不增容，可滅菌；缺點(diǎn)是換熱器易腐蝕結(jié)垢，蒸汽口有惡臭，設(shè)備較復(fù)雜，費(fèi)用較高。
污水處理廠附近有可利用的廢熱時(shí)可以考慮采用加熱法處理污泥。
2.4 凍融調(diào)理
凍融調(diào)理法是將污泥冷凍至零下20℃后再融化的一種改善污泥沉降性能的預(yù)處理方法。
其原理為：由于溫度大幅度變化，使污泥膠體脫穩(wěn)凝聚且細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞內(nèi)水分游離出來，從而提高了污泥的沉降性能和脫水性能，沉降速度可提高2～6倍，過濾產(chǎn)率可提高到200kg/m2·h，濾餅含水率為50%～70%。目前已被廣泛應(yīng)用于給水污泥處理。其優(yōu)點(diǎn)是無需加混凝劑，不增加濾餅量。
以污泥做肥料再利用時(shí)，為防止有效成分分解常采用凍融法。
3 污泥脫水
污泥濃縮后，用物理方法進(jìn)一步降低污泥的含水率，便于污泥的運(yùn)送、堆積、利用或作進(jìn)一步處置。污泥脫水有自然蒸發(fā)法和機(jī)械脫水法兩類。習(xí)慣上稱機(jī)械脫水法為污泥脫水，稱自然蒸發(fā)法為污泥干化。
3.1 自然蒸發(fā)法
將濃縮后的污泥在污泥干化場上鋪成薄層，污泥所含水分一部分自然蒸發(fā)，一部分滲入土壤或?yàn)V水層。滲濾水通過鋪設(shè)在地下的排水管集中排走。排水管下面還須用粘土壓實(shí)形成不透水層（或鋪設(shè)防滲膜），以防止污染地下水。這種方法可使污泥的含水率降到65%～80%，污泥已沒有了流動(dòng)性，可用作肥料。夏季溫度高，蒸發(fā)量大，周期短，污泥自然蒸發(fā)一般也需要10天以上，因此占地面積較大。此法在干燥少雨且土地資源較寬裕的地區(qū)可以采用，還可以作為機(jī)械脫水系統(tǒng)的事故應(yīng)急處置方法。
自然蒸發(fā)法方法簡單，易于管理，但占地大，受氣候影響大，衛(wèi)生條件差，對某些不易脫水的污泥效果不好。
3.2 機(jī)械脫水法
在污泥采用機(jī)械脫水前，一般先采用加藥調(diào)理法，用化學(xué)調(diào)理的措施改善污泥的脫水特性，提高效率。凍融調(diào)理措施也是常用的一種污泥調(diào)節(jié)措施，能破壞污泥的親水膠體結(jié)構(gòu)，并大幅度提高脫水率。
常用的機(jī)械脫水法有：
（1）真空過濾法
機(jī)械型式較多，分為轉(zhuǎn)鼓式、盤式、帶式等多種。水處理行業(yè)中多使用轉(zhuǎn)鼓式，一般是用橫斷面為圓形的滾筒，外張濾布，部分浸入污泥槽中。滾筒內(nèi)抽為真空，部分水分透過濾布排出，污泥被截留在濾布上后隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)脫落下來，收集處理。脫水后的污泥的含水率約為80%。
（2）加壓過濾法
加壓過濾法分為帶式壓濾、鼓式壓濾和板框壓濾等。目前在水處理行業(yè)的污泥脫水中，大多使用帶式壓濾機(jī)，污泥用濾布擠壓脫水，壓力為3～5kgf/cm2。脫水后污泥含水率為70%～85%。
（3）離心分離法
離心脫水機(jī)分為立式和臥式兩種，目前國內(nèi)水處理行業(yè)主要使用臥式離心脫水機(jī)中的臥式螺旋沉降離心機(jī)形式（簡稱臥螺離心機(jī)），離心機(jī)轉(zhuǎn)速為2000～4000轉(zhuǎn)/分。污泥中的固體物在離心作用下向離心機(jī)轉(zhuǎn)筒周壁上密集，并經(jīng)固定在中軸上的螺旋葉片推出筒外收集。離心分離法的優(yōu)點(diǎn)是容易操作，比上述兩種過濾法節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；但分離液中仍有50%～60%的懸浮物，會(huì)給后續(xù)處理造成一定困難。
機(jī)械脫水法占地面積較小，不受氣候條件影響，脫水效果比較穩(wěn)定，但需要設(shè)備和動(dòng)力，管理比較復(fù)雜。
3.3 污泥脫水設(shè)備選型
一般大中型污水處理廠均采用機(jī)械脫水，使用較多的是帶式壓濾機(jī)、臥螺離心機(jī)兩類。
3.3.1 帶式壓濾脫水機(jī)
帶式壓濾脫水機(jī)是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形經(jīng)過，依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細(xì)水?dāng)D壓出來，獲得含固量較高的泥餅，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。
一般帶式壓濾脫水機(jī)由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系統(tǒng)和濾帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。作機(jī)型選擇時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以考慮：
（1）濾帶。要求其具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)考慮污泥的具體性質(zhì)，選擇適合的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性能及對污泥顆粒的攔截性能。
（2）輥壓筒的調(diào)偏系統(tǒng)。一般通過氣動(dòng)裝置完成。
（3）濾帶的張緊系統(tǒng)。一般也由氣動(dòng)系統(tǒng)來控制。濾帶張力一般控制在0.3～0.7MPa，常用值為0.5MPa。
（4）帶速控制。不同性質(zhì)的污泥對帶速的要求各不相同，即對任何一種特定的污泥都存在一個(gè)較佳的帶速控制范圍，在該范圍內(nèi)，脫水系統(tǒng)既能保證一定的處理能力，又能得到高質(zhì)量的泥餅。
帶式壓濾脫水機(jī)受污泥負(fù)荷波動(dòng)的影響較小，并具有出泥含水率較低且工作穩(wěn)定能耗小、管理控制相對簡單、對運(yùn)轉(zhuǎn)人員的素質(zhì)要求不高等特點(diǎn)。同時(shí)，由于帶式壓濾脫水機(jī)進(jìn)入國內(nèi)較早，已有相當(dāng)數(shù)量的廠家可以生產(chǎn)這種設(shè)備。在污水處理工程建設(shè)決策時(shí)，可以選用帶式壓濾機(jī)以降低工程投資。
3.3.2 臥式離心式脫水機(jī)
臥式離心脫水機(jī)的核心部分由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入脫水機(jī)后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。污泥顆粒比重較大，因而產(chǎn)生的離心力也較大，被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上后形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內(nèi)側(cè)產(chǎn)生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動(dòng)下，被輸送到錐端，經(jīng)周圍的出口連續(xù)排出，匯集后排出脫水機(jī)。
臥式離心脫水機(jī)的關(guān)鍵部件是轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓的直徑越大，脫水處理能力就越大，污泥的含固率就越高，但由于其制造及運(yùn)行成本都相當(dāng)高，很不經(jīng)濟(jì)。使用過程中，轉(zhuǎn)速是一個(gè)重要的控制參數(shù)，控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，使其既能獲得較高的污泥含固率又能降低能耗，是離心脫水機(jī)運(yùn)行效果的關(guān)鍵。目前，多采用低速離心脫水機(jī)。在進(jìn)行離心式脫水機(jī)選型時(shí)，因螺旋的外緣極易磨損，對其材質(zhì)要有特殊要求。新型離心脫水機(jī)螺旋外緣大多做成裝配塊，以便更換。裝配塊的材質(zhì)一般為碳化鎢，價(jià)格昂貴。
臥式離心脫水機(jī)有噪音大、能耗高、處理能力較低等缺點(diǎn)。國內(nèi)目前只有為數(shù)不多的幾個(gè)企業(yè)可以生產(chǎn)小型離心脫水機(jī)，如果選擇大型離心脫水機(jī)，就只能依靠進(jìn)口，這樣就會(huì)增加工程投資。同時(shí)，離心脫水機(jī)受污泥負(fù)荷的波動(dòng)影響較大，對運(yùn)行人員的素質(zhì)要求較高。近幾年來，隨著科技進(jìn)步，離心式脫水機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，其泥餅含固率可達(dá)30%以上，而且操作也是在全封閉的環(huán)境中進(jìn)行，脫水機(jī)周圍沒有污泥、污水及惡臭，大大改善了運(yùn)行人員的工作環(huán)境。
4 超聲波技術(shù)在污泥脫水中的應(yīng)用
利用超聲波處理濃縮污泥是采用超聲波段為20～100kHz的聲波對經(jīng)消化單元處理后的污泥進(jìn)行處理。該方法可有效提高沼氣生成量，增強(qiáng)對有機(jī)物的降解能力，提高污泥脫水能力，破壞分解污泥中的絲狀菌，使整個(gè)生化處理系統(tǒng)的剩余污泥減量化，降低運(yùn)行成本。
超聲波處理污泥是近幾年國際上新推出的污泥處理輔助技術(shù)。德國已經(jīng)開始推廣使用超聲波技術(shù)處理濃縮污泥，英國、瑞典、美國、澳大利亞等 也在測試這項(xiàng)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)顯示，濃縮污泥經(jīng)過超聲波處理后再進(jìn)行厭氧消化，可以更有效地分解污泥和細(xì)菌，而且可以產(chǎn)生更多甲烷，并且處理過程不會(huì)產(chǎn)生其他副產(chǎn)品。歐洲 的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)證明，使用超聲波技術(shù)可使分解污泥的效率和沼氣發(fā)生率都提高20%以上。
超聲波處理濃縮污泥技術(shù)的控制參數(shù)（如超聲波降解的時(shí)間、密度和濃度等），必須依污泥成分并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定。因此超聲波技術(shù)在國內(nèi)污泥處理領(lǐng)域的真正推廣應(yīng)用尚需時(shí)日。
5 結(jié)語
污水處理廠的污泥處理作為一類成熟技術(shù)也存在著很多不足，因此無論采用哪種技術(shù)都必須根據(jù)應(yīng)用對象的實(shí)際情況，有針對性地選擇。此外，還需要注意污泥處理的目標(biāo)是在減量化、無害化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源化，污泥處理技術(shù)的選擇應(yīng)該立足長遠(yuǎn)，充分考慮到污泥作為一種資源應(yīng)該被合理有效利用。
