污泥深度脫水技術(shù)研究進展
技術(shù)支持
全球社會經(jīng)濟快速發(fā)展和人民生活水平逐漸改善，隨之而來的環(huán)境問題也逐漸增多。其中，污水、污泥問題愈發(fā)嚴重，污水排放、處理量逐漸增加，相應(yīng)的污泥生成量也增加。根據(jù)中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于全國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)和運行情況的通報，截至2017年6月底，全國城鎮(zhèn)累計建成運行污水處理廠4063座，污水處理能力達1.78×108m3/d，年產(chǎn)生含水率80%的污泥可達5000余萬噸。 對污泥處理愈發(fā)重視，污泥的處理處置迫在眉睫。在現(xiàn)有的污泥處理處置方法中，填埋、堆肥、自然干化及焚燒等為我國目前主要處理處置方法，分別占比為65%、15%、6%、3%。目前國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理企業(yè)處置能力不足，處置手段落后，大量污泥得不到規(guī)范化處理，直接造成“二次污染”，嚴重危害生態(tài)環(huán)境。根據(jù)“十三五”規(guī)劃中提出的污泥無害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化的處理處置技術(shù)要求，我國現(xiàn)存的污泥處理處置方式需逐漸轉(zhuǎn)型，填埋占比將逐漸降低，堆肥、自然干化、焚燒及其他處理處置技術(shù)將是以后發(fā)展的主要方向。
在眾多處理處置方式中，對污泥含水率有很高的要求。城鎮(zhèn)污水處理廠污泥用于填埋或混合填埋時，其含水率需至少達到60%以下，用于垃圾填埋覆蓋土?xí)r，需將含水率降低至45%；而用作土壤改良劑、肥料，或作為水泥窯、發(fā)電廠和焚燒爐燃料時，至少將污泥含水率降低至30%以下；污泥用作制磚等建筑材料，需將含水率降至40%以下。受污泥本身特性的限制，一般常規(guī)添加CaO后板框壓濾脫水方式，污泥脫水后仍然含有60%左右的水分。因此，脫水是目前制約污泥處理處置進一步發(fā)展的關(guān)鍵。由污泥胞外聚合物（EPS）形成的污泥有機絮體結(jié)構(gòu)，親水性高，包裹能力強，阻礙了污泥在處理處置過程中釋放結(jié)合水。因此，為滿足污泥的處理處置要求，需進一步降低污泥含水率，完成對污泥的深度脫水。
污泥深度脫水技術(shù)是指在對高含水率、難脫水污泥進行預(yù)處理后，再經(jīng)過高壓壓榨、熱干化等脫水工藝，將含水率降低到45%以下的一種污泥處理技術(shù)。污泥脫水性能是衡量污泥脫水難易的重要指標，其表現(xiàn)形式為污泥可脫水程度、過濾性能以及脫水速率，主要體現(xiàn)在污泥含水率（Wc）、污泥壓濾比阻（SRF）以及毛細吸水時間（CST）的研究分析。目前污泥深度脫水技術(shù)較為成熟的主要有酸處理、 氧化技術(shù)和熱處理等物理化學(xué)方法以及生物瀝浸和酶處理等生物降解方法。將物理、化學(xué)以及生物法聯(lián)合處理污泥，通過協(xié)同作用改善污泥的脫水效果，或者添加調(diào)理劑調(diào)節(jié)等常規(guī)方法，達到污泥的脫水性能及經(jīng)濟性等各方面的較優(yōu)條件。污泥深度脫水的作用機理是通過破壞改變EPS的有機絮體結(jié)構(gòu)。污泥顆粒中EPS是由不同成分組成的，可能具有以緊密結(jié)合的胞外聚合物（TB-EPS）為中心、由松散結(jié)合的胞外聚合物（LB-EPS）包圍的雙層結(jié)構(gòu)。在將TB-EPS降解為LB-EPS和溶解性胞外聚合物（SEPS）后，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)以及由有機絮體包裹的結(jié)合水，從而改善污泥脫水性能，達到污泥深度脫水的目的。單一的預(yù)處理方法可能無法同時滿足污泥可脫水程度、過濾性能和脫水速率的整體提升，需要輔助其他預(yù)處理方法協(xié)同處理實現(xiàn)污泥深度脫水。
本文首先介紹了我國污泥的分類及基本特性，然后介紹了幾種常見污泥預(yù)處理方法，分別從宏觀與微觀的層面分析了不同預(yù)處理方法對污泥的脫水性能的影響，對比不同預(yù)處理方法各自的優(yōu)缺點。介紹幾種常見的污泥后續(xù)脫水工藝，如機械脫水、水熱脫水、熱干化等工藝。并結(jié)合污泥處理處置利用要求，給出具體的污泥處理流程。系統(tǒng)全面地分析了污泥深度脫水的方法、特點及系統(tǒng)工藝，對我國污泥處理實際應(yīng)用具有重要意義。
1 污泥特性
1.1 污泥分類
污泥的組成成分及性質(zhì)決定了污泥處置工藝的選擇，污泥有多種分類方法，實際工作中污泥接收工作以污水廠劃分，因此按來源進行劃分是符合實際生產(chǎn)規(guī)律的分類方式，且以此方法劃分的污泥在成分特性等方面更加相似。污泥根據(jù)來源不同可分為市政污泥和工業(yè)污泥。
1.1.1 市政污泥
市政污泥的含水率極高，初沉池污泥含水率為95%～97%，二沉池剩余污泥含水率達99%以上。我國城市污水廠的初沉池污泥有機成分含量極高，有機物含量為50%～70%，揮發(fā)性固體（VSS）以及碳水化合物質(zhì)量分數(shù)在50%以上，脂肪質(zhì)量分數(shù)達20%左右。污泥中富含N、P、K等營養(yǎng)元素以及多種植物成長所需的微量元素，作土地利用時可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤活性。另外，市政污泥中無機氧化物含量也極高，分別為污水處理過程中添加的CaO、Fe2O3等絮凝劑以及污泥含有的SiO2、Al2O3等無機物。市政污泥中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等重金屬含量較低。
1.1.2 工業(yè)污泥
相較于市政污泥，工業(yè)污泥來源更廣、產(chǎn)量更大，且成分更復(fù)雜，毒害物質(zhì)含量更高。工業(yè)污泥主要可分為電鍍污泥、冶金污泥、紡織印染污泥、化工污泥以及造紙污泥等。
電鍍污泥是電鍍行業(yè)在污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，其產(chǎn)量大，危害面廣，含大量有毒重金屬，且含水率較高。目前國內(nèi)針對電鍍污泥主要采取固化-填埋的處置方法。但由于重金屬含量大，為防“二次污染”，較佳的處置方法是將電鍍污泥用作焚燒等熱化學(xué)處理。高溫處理后污泥中的有機物徹底氧化分解，部分金屬的毒性減小，大幅降低了電鍍污泥中的毒害成分，且焚燒后的灰渣可用于制磚、鋪路等。當(dāng)然，理想的處置方法還是將重金屬資源回收，實現(xiàn)資源的有效利用。
冶金污泥出自冶金工業(yè)，以鋼鐵和有色金屬冶煉為主，多為酸性廢水污泥，具有一定的腐蝕性、化學(xué)毒性，且鐵、鋅、鉛、碳、硫、磷等元素含量較高。目前國內(nèi)外主要以廠內(nèi)循環(huán)使用、重金屬和碳回收以及建筑材料制造等方法對污泥進行處理。
紡織印染行業(yè)中的污泥來源于生產(chǎn)中的大量廢水。由于其用水量極大，產(chǎn)生的污泥量也大。紡織印染污泥分為無機污泥和有機污泥。無機污泥相對密度大，易于沉積、壓密、脫水，含水率低，污泥穩(wěn)定性好；有機污泥相對密度大，顆粒小，不易下沉、壓密、脫水，含水率高，流動性好。處理處置方法與市政污泥相同，多采用填埋、土地利用、焚燒等。但針對污泥的資源化處理，諸如回收鋁制備聚合硫酸鋁等方法尚在研究中。
化工污泥中，由于使用不同化學(xué)方法處理廢水，所產(chǎn)生的污泥含有大量的病原微生物和細菌，并包括很多合成有機物和重金屬離子等有害物質(zhì)。如農(nóng)藥化工廠產(chǎn)生的污泥中含有毒性化合物，煉油廠的含油污泥中含有苯系物、酚類等劇毒物質(zhì)。目前針對化工污泥的處置方法主要以填埋和焚燒為主，在資源化處置方面，化工污泥更偏向于內(nèi)部循環(huán)使用。
造紙污泥產(chǎn)量巨大，遠超同等規(guī)模的市政污水處理廠，每生產(chǎn)1t可再生紙產(chǎn)生700kg含水率65%的污泥。造紙污泥中生物質(zhì)含量豐富，含水率高，重金屬含量相對較低，黏度高，具有流變特性。結(jié)合其特性，造紙污泥主要以填埋和焚燒為主，大約60%的污泥仍是通過填埋處理，資源化利用往堆肥、焚燒等方向發(fā)展。
1.2 污泥成分
不同來源的污泥成分大致相同。污泥中灰分是主要成分，通常占50%以上，其次是揮發(fā)分，固定碳含量只占極小比例，且工業(yè)污泥中幾乎不含固定碳。污泥的熱值主要來源于其中揮發(fā)分的占比，固定碳含量對熱值的影響較小。洛陽市的污泥由于其高揮發(fā)分以及較高的固定碳含量，熱值也處于較高的水平。污泥熱值低、灰分高，難以作為單一燃料，一般可用作摻燒材料或建筑用材料。
1.3 物化特性
污泥主要由微生物有機絮體、無機雜質(zhì)以及其他有機污染物組成。污泥中有機成分占比極高，達75%～85%。污泥絮體多呈黃褐色，具有含水率高、結(jié)構(gòu)松散等特點。是一種介于固體與液體之間的濃稠物，具有流動性，但很難通過沉降的方式將其固液分離。其主要原因是污泥絮體中存在大量硫酸根、磷酸根、羧基等帶負電荷的含氧官能團，與水分子的親和力很強，因此污泥的含水率很高，達99%左右。且在采用機械方式脫水時，受擠壓后污泥通道堵塞，水分很難排出。
1.4 污泥污染物含量
污泥中存在眾多毒害和危害，其中以重金屬污染和有機污染物為主。重金屬污染是污泥污染中重要的部分之一，不同地區(qū)污泥重金屬含量相差較大，跟實際的經(jīng)濟發(fā)展水平相關(guān)。我國市政污泥中重金屬Zn含量較高，這主要是因為我國城市大量使用鍍鋅管道。工業(yè)污泥中的部分重金屬如Cu、Cr、Ni等重金屬含量遠超過市政污泥，且超過全國平均水平。在電鍍污泥中各重金屬含量遠超其他類型工業(yè)污泥。冶金污泥重金屬含量嚴重超標，且遠超其他工業(yè)污泥。印染污泥中Zn、Cu、Cr、Ni含量極高，尤其是Zn含量較高，所以無法農(nóng)用或填埋?；の勰嘀?/span>Zn、Cu、Pb含量較高，其余都處于較低水平，造紙污泥中各重金屬含量都處于較低水平。
有機污染物種類繁多，主要有氯酚（CPs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、多氯代二苯并二噁英/呋喃（PCDD/Fs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、氯苯（CBs）和鄰苯二甲酸酯（Pes）等。多環(huán)芳烴、多氯代二苯并二噁英/呋喃和多氯聯(lián)苯等屬于低水溶性化合物，此類有機物不易被生物降解，且容易被污泥吸附；單環(huán)芳烴、氯酚和氯苯屬于水溶性大的有機物，揮發(fā)性較高，易被生物降解，可通過生物降解或揮發(fā)作用去除。我國城市污泥中多環(huán)芳烴類和鄰苯二甲酸酯類占多數(shù)，多數(shù)城市污泥的多環(huán)芳烴大于10mg/kg，香港城市污泥的多環(huán)芳烴為10mg/kg左右，而其余有機污染物諸如氯苯類、胺類、鹵代烴等在城市污泥中含量較低。
2 污泥預(yù)處理
污泥處理可分為濃縮、調(diào)理、脫水和干燥4個步驟，污泥預(yù)處理屬于污泥調(diào)理環(huán)節(jié)。由于污泥膠體顆粒物的難沉降性、污泥固體的強壓縮性和污泥固體顆粒外胞外聚合物（EPS）的高親水性等限制因素，污泥無法達到深度脫水的目的。研究表明，通過添加絮凝劑可以提高污泥的沉降性能，構(gòu)建骨架能增強可壓縮性，破壞EPS結(jié)構(gòu)可以釋放污泥中的結(jié)合水。常規(guī)污泥調(diào)理通常都是添加無機調(diào)理劑改變污泥的一些基本特性，通過添加CaO、FeCl3等絮凝劑或混凝劑，加劇污泥的松散結(jié)構(gòu)，形成堅硬的網(wǎng)絡(luò)骨架，并緩解親水現(xiàn)象，以達到改善污泥脫水性能的效果。但是，有研究表明添加常規(guī)化學(xué)調(diào)理劑不能改善污泥的可脫水程度，只能改善污泥的脫水速率和過濾性能。
在已知的眾多污泥深度脫水技術(shù)中，都是通過降解EPS達到污泥深度脫水的目的。常見的污泥預(yù)處理方法有酸預(yù)處理方法、 氧化預(yù)處理方法、熱預(yù)處理方法以及生物瀝浸預(yù)處理方法等，大體可分為化學(xué)、物理、生物三大類。
2.1 化學(xué)預(yù)處理
2.1.1 酸預(yù)處理
酸處理是一種比較常見的 污泥預(yù)處理方法，通過創(chuàng)建一個酸性環(huán)境，水解污泥中的EPS絮體，瓦解微生物細胞，改變污泥中水分分布情況，釋放污泥絮體或細胞內(nèi)的部分束縛水；從宏觀上可以理解為提高污泥的可脫水程度，從而在短時間內(nèi)改善脫水效果。
酸處理通?？刂?/span>pH為2～3。隨著pH的降低，濾液中EPS含量增加，說明污泥顆粒的絮體結(jié)構(gòu)被破壞，其中部分蛋白質(zhì)、多糖、碳水化合物等溶解性有機物質(zhì)降解釋放到溶液中，污泥絮體過于破碎則會導(dǎo)致胞外黏性物質(zhì)減少，降低污泥絮凝效果，所以pH為2～3是污泥酸處理的較佳反應(yīng)條件窗口。經(jīng)酸處理后污泥絮體有機質(zhì)中碳水化合物、蛋白質(zhì)以及化學(xué)需氧量總量明顯減少，溶解性物質(zhì)也相應(yīng)溶解。同時束縛水得到釋放，污泥的過濾泥餅含水率普遍降低10%～20%。但如果要更進一步改善污泥的脫水性能，可以選擇采用聯(lián)合其他預(yù)處理的方法，不僅提高污泥的可脫水程度，同時脫水速率以及過濾性能也得到相應(yīng)的提高，并且使污泥的后續(xù)處置更具多樣化。
2.1.2 堿預(yù)處理
堿處理是在常溫條件下，通過加NaOH、KOH以及Ca（OH）2等堿溶液來抑制細胞活性，溶解細胞壁，從而使污泥中有機成分溶解，提高污泥的過濾脫水性能。
在堿處理法中，Ca（OH）2和Mg（OH）2溶液的脫水效果更好。由于EPS中存在大量負電荷，堿性條件下二價陽離子可以比一價陽離子中和更多的電荷，當(dāng)二價陽離子濃度較低時，電荷不能被中和，溶液中zeta電位降低，不利于污泥的絮凝，且二價陽離子在污泥顆粒中直接起架橋作用，壓縮污泥表面的雙電層，而這些是一價陽離子所沒有的。
2.1.3 氧化預(yù)處理
氧化技術(shù)又稱為深度氧化技術(shù)，諸如過氧化氫氧化、臭氧氧化、過硫酸鹽氧化等。在眾多氧化方法中，芬頓氧化由于其反應(yīng)性強，無選擇性等特點廣受歡迎，通過產(chǎn)生羥基自由基（·OH）氧化分解有機物和還原物質(zhì)，促進污泥的EPS氧化分解，釋放內(nèi)部結(jié)合水，臭氧氧化也有著相同原理。有研究表明，在合理的H2O2濃度范圍內(nèi)，低比率的反應(yīng)導(dǎo)致單獨的H2O2很難對高濃度的難溶污染物有效果，而加入過渡金屬鹽或者結(jié)合臭氧等物質(zhì)后可以刺激H2O2生成·OH。硫酸根自由基在溶液中有較廣泛的適用范圍，pH=2～7時，SO4-·在水中存在穩(wěn)定；pH＞8時，部分SO4-·與水中OH-發(fā)生反應(yīng)生成·OH，SO4-·和·OH共同存在于溶液中；pH＞10時，·OH在溶液中占主要成分。
綜上所述，化學(xué)預(yù)處理方法對改善污泥脫水性能有著良好的效果，在污泥絮凝方面有很大的優(yōu)勢。酸處理后污泥過濾性能提升90%以上，脫水速率提高38%左右，污泥可脫水程度改善效果不明顯，提升10%～20%，污泥含水率仍在60%以上；堿處理過程中，添加的堿溶液存在大量二價或三價陽離子，在污泥顆粒中起到架橋作用，為污泥構(gòu)建骨架，增強污泥的可壓縮性，污泥脫水速率提升50%以上，脫水后含水率降低到65%左右； 氧化法脫水效果由于酸堿法，處理后污泥含水率可降低到52%左右，脫水速率提升50%～90%。
2.2 物理預(yù)處理
2.2.1 熱處理
污泥的熱處理是指在加熱過程中，EPS絮體水解，細胞破裂，有機物水解，釋放出蛋白質(zhì)、多糖等有機物質(zhì)，從而降低污泥固體顆粒對水的束縛作用。同時，水熱法也可劃分到熱處理范疇。在水熱過程中，由于水熱反應(yīng)釜內(nèi)壓力始終高于水的飽和蒸汽壓，所以污泥中的水分以液體形式脫除，減少了在處理過程中以水的汽化潛熱形式所消耗的能量。
水熱處理可以在較低溫度范圍內(nèi)大幅降低污泥的含水率，普遍可達到50%以下，明顯優(yōu)于化學(xué)預(yù)處理法，將酸、堿預(yù)處理法與熱處理聯(lián)合調(diào)理后，污泥含水率能達到25%左右，且耗能方面也占據(jù)極高的優(yōu)勢。所以可以看出，熱處理是效率較高的一種污泥脫水方法。
2.2.2 超聲波
超聲波預(yù)處理通過對污泥進行超聲波處理，產(chǎn)生超聲波空化現(xiàn)象，使液體中的微小氣泡（空化核）急劇崩潰，在這瞬間產(chǎn)生局部高溫高壓（5000K、182385kPa），同時產(chǎn)生強勁的剪切力，瞬間擊破微生物的細胞壁，釋放污泥中的高分子化合物和結(jié)合水，從而改善污泥的脫水性能。
2.2.3 凍融法
凍融法通過壓縮污泥絮體結(jié)構(gòu)，改善污泥的脫水性能。在反復(fù)冷凍與融解過程中，污泥水分子冷凍形成不規(guī)則的冰針，并不斷獲取污泥絮體中的自由水，部分污泥顆粒被推擠包裹在冰晶內(nèi)部，絮體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，釋放大部分的間隙水。
在凍融法中，凍結(jié)速率是影響凍融性能的重要參數(shù)，低凍結(jié)速率能使污泥的脫水性能得到顯著提高，當(dāng)凍結(jié)速率較高時，污泥顆粒被卷入已形成的冰層中，不利于污泥脫水。且相對較高溫度下（-5℃）凍融后脫水性能得到改善。
綜上所述，物理預(yù)處理后污泥含水率可降低到50%以下，熱處理和凍融法處理后污泥含水率可降低到45%左右，其中水熱法在6MPa的機械壓濾條件下，含水率低至20%左右，可大幅度改善污泥的可脫水程度，能夠達到污泥深度脫水的目的。超聲波處理在低能量、短時間內(nèi)可達到污泥脫水性能的優(yōu)化，相對其他兩種方法可短時間內(nèi)完成對污泥的深度脫水。物理預(yù)處理法工藝復(fù)雜，操作困難，反應(yīng)需消耗大量能量，成本較高。其中水熱預(yù)處理法相對操作較簡單，通過聯(lián)合其他預(yù)處理法處理污泥后，在不影響脫水效率的前提下，可有效降低污泥水熱溫度。
2.3 生物預(yù)處理
2.3.1 生物瀝浸
生物瀝浸是近年來出現(xiàn)的較新穎的污泥預(yù)處理方法，利用氧化亞鐵硫桿菌或氧化硫硫桿菌等嗜酸性硫桿菌進行生物氧化。通過生物氧化和生物酸化作用，生物瀝浸對污泥中重金屬、病原體以及惡臭都有很大程度的消除及改善。
2.3.2 酶
酶處理是通過投加蛋白質(zhì)酶、纖維素酶等來改善污泥的脫水性能，但經(jīng)酶處理后污泥的剪切強度較差，所以在脫水工藝選擇時 于較低的剪切過程，如帶式壓濾機，可以通過增加聚合物用量或者使用抗剪聚合物，補償離心機的不利影響。
生物預(yù)處理法相對其他兩種方法，在降低污泥含水率方面缺乏一定的優(yōu)勢，脫水后含水率普遍在70%以上。但因為實驗中使用到的生物制劑極易降解，成本低，對環(huán)境的影響極小，所以一般生物法處理后的污泥在土地利用方面有著 的優(yōu)勢。但由于微生物選取困難、培菌過程復(fù)雜、培養(yǎng)周期較長等因素，限制了整體的發(fā)展。
綜合以上3種類別的污泥預(yù)處理方法，物理法處理后污泥可脫水程度可達到較大程度改善，含水率普遍在50%以下。而化學(xué)法以及生物法等在污泥過濾性能和脫水速率方面有著物理法無法比擬的優(yōu)勢。
3 后續(xù)脫水工藝
為達到污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化以及資源化的要求，污泥脫水工藝也在不斷更新。同時因污泥來源和用途的不同以及不同的預(yù)處理方法，導(dǎo)致污泥特性的改變，衍生出不同的脫水工藝。
自然干化是早期的污泥脫水工藝，由于受天氣、時間等因素的影響，脫水難度大且效果不理想。后來出現(xiàn)多種脫水工藝，主要可分為機械脫水、熱干化及水熱法脫水工藝等。
3.1 機械脫水工藝
機械脫水是指通過對過濾介質(zhì)兩側(cè)施加壓力，強制性地將介質(zhì)固液分離的一種污泥脫水方式?，F(xiàn)如今，商業(yè)化污泥機械脫水工藝主要有帶式壓濾脫水、板框壓濾脫水、離心脫水和疊螺式脫水等。
各式脫水機的出泥含水率為75%～80%，隔膜式板框壓濾脫水后污泥含水率低至65%左右。
帶式壓濾機脫水過程可以分為預(yù)處理、重力脫水、楔形區(qū)預(yù)壓脫水及壓榨脫水4個階段，污泥在靜態(tài)混凝器中與調(diào)理藥劑充分混合后，送入帶式壓濾機經(jīng)過重力作用脫除大量水分，后經(jīng)過上、下濾帶對污泥進行預(yù)壓及壓榨脫水。帶式壓濾機適用范圍較廣，除含油污泥外適用于市政污泥及各類工業(yè)污泥。維護、操作簡單，但濾帶易堵塞和跑偏，需定期糾偏。由于帶式壓濾機處理污泥時處于開放環(huán)境，封閉性差，異味大。
板框壓濾機處理后污泥含水率較低，適用于需要進一步降低含水率的場合。污泥與絮凝劑攪拌混凝后送入濃縮池進行濃縮，濃縮后污泥再經(jīng)改性調(diào)理后泵入板框壓濾機壓濾脫水。
離心脫水機工作流程與帶式壓濾機基本相同，區(qū)別在于另外需要一套污泥切割系統(tǒng)，以防止污泥中的長纖維纏繞離心機，以及纖維裹夾污泥中較大的球體后堵塞離心機排泥孔。
疊螺式脫水機擁有操作、維護簡單，封閉運行無異味，噪聲小，占地面積小，適用于小規(guī)模污泥脫水等特點。污泥與絮凝劑在靜態(tài)混合器中混合攪拌后送入脫水機。首先污泥在疊螺式脫水機濃縮區(qū)進行重力濃縮，排除大部分的濾液，再將污泥不斷螺旋推進，伴隨內(nèi)部壓力逐漸增大，使污泥充分脫水，泥餅排出，濾液送入污泥處理系統(tǒng)中處置。
針對占地面積大，地理位置偏僻的污水處理廠，可以考慮使用帶式脫水機或板框壓濾機，而自來水廠可以考慮使用離心式脫水機或疊螺式脫水機。
3.2 熱干化
污泥熱干化技術(shù)是利用熱能將污泥中的水分烘干，同時在此過程中，伴隨著高溫，污泥中諸多病原菌和寄生蟲被殺死，避免了惡臭和有害物質(zhì)對環(huán)境的危害。根據(jù)污泥與熱介質(zhì)接觸情況，現(xiàn)行的污泥熱干化技術(shù)分為兩種：直接熱干化和間接熱干化。
直接熱干化是指，在操作過程中，將諸如熱空氣、過熱蒸汽、廢煙氣等熱介質(zhì)低俗流過污泥層，吸收并帶出污泥中的水分。這種技術(shù)熱傳輸效率及蒸發(fā)速率較高，可使污泥的含水率從75%降到5%～15%。但因為直接接觸的關(guān)系，熱干化過程中會產(chǎn)生二噁英等有害氣體，熱介質(zhì)受到污染，無法直接處理，須經(jīng)無害化處理后排放，一般采用尾氣循環(huán)技術(shù)。
污泥直接熱干化工藝主要由污泥干化和尾氣處理兩大系統(tǒng)組成。首先，濕污泥由輸送泵輸入干化機，經(jīng)過熱介質(zhì)干化，將干化后污泥送入污泥冷卻機冷卻，冷卻后污泥存入儲藏倉以待后續(xù)利用；干化后一部分蒸汽冷凝成水可直接排出，另一部分濕熱氣體經(jīng)冷卻后進入生物處理系統(tǒng)，并由活性炭吸附處理后方可排出。
而在間接熱干化技術(shù)中，熱介質(zhì)通過換熱器給污泥傳輸熱量，蒸發(fā)污泥中的水分。因熱介質(zhì)與污泥不接觸，所以熱介質(zhì)不局限于氣體，也可用熱油等液體，但仍主要以蒸汽和煙氣為主。大部分蒸汽經(jīng)過冷凝器冷凝回收后，再生成蒸汽以實現(xiàn)循環(huán)利用。以煙氣為熱介質(zhì)的污泥熱干化技術(shù)工藝流程基本與蒸汽間接熱干化相似，煙氣為來自電廠的廢煙氣，初始溫度很高，一般在200℃以下，但在持續(xù)干化過程中，煙氣溫度遠低于初始溫度，內(nèi)部向外部傳遞的水分不足以保持其濕潤，表面出現(xiàn)干區(qū)，干燥效率大大降低，所以煙氣熱干化系統(tǒng)為兩段或三段等多段式干化過程。
直接干化過程中，熱介質(zhì)與污泥直接接觸，所以干化效率高；而間接干化過程中，空氣量需求小，所以尾氣排放量低，但干化效率也低。
3.3 水熱法脫水工藝
水熱法脫水工藝是一種基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，目前現(xiàn)存的工藝有水熱脫水污泥焚燒工藝以及水熱脫水污泥制備生物炭工藝等。
污泥經(jīng)水熱脫水后機械脫水，得到可供燃燒的脫水泥餅。其中泄壓閃蒸產(chǎn)生的熱量可用于污泥預(yù)熱，燃燒生成的能量用于水熱脫水反應(yīng)。由此基本原理，可進行改進實現(xiàn)熱水解反應(yīng)連續(xù)運行效果。4個反應(yīng)罐分別同時進行污泥進料、通高溫蒸汽、熱水解反應(yīng)、排料4個階段，循環(huán)運行實現(xiàn)連續(xù)運行的效果，脫水后污泥經(jīng)燃燒放熱為水熱反應(yīng)提供熱量，如此達到反復(fù)循環(huán)。
3.4 污泥處理方案總結(jié)
根據(jù)污泥的不同后續(xù)處理利用，可結(jié)合不同污泥預(yù)處理方法以及各污泥脫水工藝，給出較佳污泥處理方案。混合填埋要求污泥含水率達到60%以下即可，因此通過調(diào)理劑調(diào)理后進行機械脫水可達到要求。污泥用作垃圾填埋覆蓋土?xí)r，常規(guī)污泥脫水技術(shù)無法滿足含水率45%以下的要求，可以通過水熱法處理污泥，輔以機械脫水。污泥用于園林綠化及制磚時，單一的預(yù)處理技術(shù)很難將污泥含水率降低到40%以下，可以采用水熱法協(xié)同酸堿預(yù)處理或 氧化技術(shù)，再對其進行機械脫水。針對焚燒利用時，對污泥含水率要求極高，需達到30%以下，可采用水熱法協(xié)同 氧化技術(shù)，輔以機械脫水，如達不到含水率要求，再通過熱干化技術(shù)進一步降低污泥含水率。污泥用于土壤改良劑時，考慮環(huán)境因素，可采用生物法協(xié)同水熱法，輔以機械脫水，再通過熱干化技術(shù)將含水率降低到20%以下。
4 結(jié)語和展望
污泥脫水是目前制約污泥進一步發(fā)展的關(guān)鍵問題，污泥預(yù)處理是目前解決污泥深度脫水的較有效方法之一。在眾多的脫水預(yù)處理方法中，化學(xué)法、物理法以及生物法是目前主流的污泥預(yù)處理方法，通過破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，中和電荷，構(gòu)建骨架等方式降低污泥的含水率。本文分析對比不同污泥預(yù)處理技術(shù)的效果、機理以及存在的問題，得出以下結(jié)論。
（1）污泥屬于固體廢棄物，成分復(fù)雜，含有大量如重金屬、有機污染物及病原微生物等危害性物質(zhì)，且存在N、P、K等營養(yǎng)元素。根據(jù)污泥的不同成分，對污泥可以進行不同的處理方式。針對灰分過高的污泥，可采取填埋、制磚等處理處置方式，針對揮發(fā)分及固定碳含量較高的污泥，可作為摻燒材料，針對重金屬含量較高的工業(yè)污泥，開發(fā)重金屬回收技術(shù)，針對有機物含量較高的污泥，可采取生物降解方法去除。針對營養(yǎng)元素富集的污泥，可用于園林綠化、土壤改良等土地利用。處理得當(dāng)后，可在減少環(huán)境危害的同時，將其中的能源進行有效利用，實現(xiàn)污泥的無害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化的處理處置要求。
（2）對于化學(xué)預(yù)處理，酸處理后污泥有機質(zhì)大量溶解，溶解性物質(zhì)溶解，污泥的過濾性能及脫水速率得到改善，可脫水程度提升10%～20%；堿處理過程中，堿性溶液中存在大量的高價陽離子，中和污泥絮體中帶負電的含氧官能團，提升污泥的zeta電位，并構(gòu)建疏水通道，增強污泥的可壓縮性，脫水速率提升50%以上，污泥含水率降低到65%左右； 氧化處理后污泥胞外聚合物被氧化降解，含水率降低到52%左右，脫水速率提升50%～90%，脫水效果高于酸堿處理污泥脫水效果。
（3）對于物理預(yù)處理，水熱法處理后污泥含水率大幅度降低，達45%以下，經(jīng)6MPa高壓機械壓濾后，含水率可達到20%；污泥凍融過程中，污泥水分子冷凍推擠污泥顆粒，破壞絮體結(jié)構(gòu)，釋放大量間隙水，再經(jīng)過融解釋放溶解性有機質(zhì)，含水率可達到46%左右；超聲波處理在短時間內(nèi)、較低能量下破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，釋放污泥中較難脫除的中間水和結(jié)合水，轉(zhuǎn)化成可脫除的自由水，污泥可脫水程度提高。但相應(yīng)對設(shè)備要求高，反應(yīng)過程中需要大量能量。物理預(yù)處理方法中水熱法脫水效果好，操作相對容易，聯(lián)合其他預(yù)處理方法后可降低反應(yīng)溫度，減少反應(yīng)所需能量。
（4）對于生物預(yù)處理，生物法是目前較新穎的一種污泥預(yù)處理方法之一。處理后污泥含水率達70%左右，過濾性能降低49%以上，脫水速率降低率在48%以上。同時生物制劑成本低，易降解，經(jīng)生物法處理后污泥對環(huán)境影響小，在污泥后續(xù)處理利用方面更靈活。但生物制劑培菌過程復(fù)雜，微生物選取困難，培養(yǎng)周期較長。
（5）對于污泥脫水工藝，根據(jù)污泥后續(xù)利用對污泥含水率應(yīng)用要求，選擇合適的污泥脫水工藝。針對含水率要求較低的利用方法，可采用機械脫水方法。地理位置偏僻、占地面積大的污水處理廠可采取帶式脫水機或板框壓濾機，而例如自來水廠位于市區(qū)內(nèi)或靠近人口密集度高的污水處理廠，可選取封閉式的離心機或者疊螺式脫水機。針對含水率要求高的利用方法，如土壤改良劑或焚燒用時，考慮機械脫水無法將污泥含水率降低到規(guī)定要求，可在機械脫水后輔以熱干化的處理工藝，或直接采用水熱法脫水工藝。
