国内外污泥脱水现状与进展
袁惠新，姜毓圣，王俊，李松琳
（常州大学，江苏省常州市，邮编 213164 ）
摘要：伴随着城市化的快速发展，城市污水污泥的产量也不断的增多，然而，城市污水污泥中的营养物质，有机物以及有害物质都会对环境造成极大的污染，危害人类的健康。污泥的脱水是城市污水处理厂的关键和必要环节，调理并经过脱水的污泥其含水率一般可降至70%~80%，体积减少90%以上，为后续的无害化处理打下良好基础，所以选择合适的污泥脱水处理方法和设备，更利于企业和环境向有益的方向发展。本文主要总结分析了国内外城市污水处理厂污泥脱水的主要工艺设备的优缺点和适用性，认为我国城市污水处理厂必须根据不同污泥特性、脱水设备的性能、运行状况、处理能力、耗药量、人员素质、管理维护、资金以及污泥的最终处置方式等多方面考虑，才能有针对性地作出合理选择。 关键词：城市污水处理厂 活性污泥 污泥脱水 机械脱水 污泥脱水设备
[1]
1城市污泥的基本性质及脱水的必要性
1.1城市污泥的基本性质
城市污水污泥是一种由无机颗粒、有机残片、细菌菌体、胶体等组成的具有非常复杂性质的非均质体。根据污水处理中污泥产生的环节，可分为初次沉淀池污泥、剩余污泥、腐殖污泥、消化污泥、化学污泥。
污水处理厂进水中一半左右的悬浮物会在初次沉淀池中通过沉淀去除，最终形成初沉池污泥，其主要成分是砂砾和少部分粒径大的有机物颗粒，含水率在95%~97%左右，由于其颗粒的粒径较大，粘度小，因此较容易脱水。
剩余污泥来自于活性污泥处理工艺中的二次沉淀池。活性污泥处理技术是利用曝气池中的大量微生物对污水进行处理，微生物在对污水中有机物进行降解的同时也进行繁殖活动，因此，过剩的微生物量是污水处理厂的必然产物。腐殖污泥是来自于生物膜法处理后的二次沉淀池的污泥；消化污泥是指经过厌氧或好氧微生物消化处理后的产生的污泥；化学污泥是用混凝、化学沉淀等化学方法处理废水时所产生的污泥[2]。
污泥中水分子的存在形式如图1所示，自由水（间隙水）是游离在大小污泥颗粒之间的水，不与污泥颗粒结合，可通过重力作用去除，自由水在污泥总含水量中约占65％～85％，是污泥脱水的主要分离对象。毛细水指污泥颗粒之间形成的毛细管内的水，含量取决于污泥中毛细管的数量和毛细压力。一般占总水分的15％～25％，毛细水与污泥颗粒的亲和力很大，需借助机械作用以及能量，才能达到去除目的。吸附水约占5％～7％，是由于污泥颗粒带有负电，而将水分子吸附在其表面产生的。吸附水相对稳定，普通脱水方法难以去除，
需加热或加入电解质发挥其混凝作用才能脱去。内部水约占总量的3％，只存在于微生物细胞或污泥颗粒的内部，内部水与污泥结合非常紧密，无法使用机械方法去除，必须采用生物分解或冷冻高温等措施，破坏细胞膜，使水分渗出[3]。
图1水分子的存在形式 图2污泥处理过程
2 污泥脱水的必要性
污泥中大量的营养物质和有机物，会消耗水体中大量的氧，使藻类恶性繁殖，严重影响水资源质量；污泥中大量的重金属等有害物质，会污染土壤和作物；此外，污泥中的寄生虫卵、致病菌等传染源，严重时会引起传染性疾病。由于城市污水污泥数量极其庞大，处理不善将会对环境带来很大的影响。污水处理产生的新鲜污泥含水率一般的在98%以上，体积非常庞大，呈流动性，不利于运输和处理，并且性质很不稳定，易腐败发臭，危害环境安全，所以需及时先进行减容化和稳定化的处理[4]。
目前，国内主要的污泥利用和最终处置方式主要有五种：堆肥、干化、焚烧、填埋、土地利用。但无论这些污泥最终选取哪种处置方式，其前提都是要对剩余污泥进行脱水处理。比如焚烧前进行脱水处理，可去除剩余水分增加热值；堆肥前进行脱水，可减少补充膨胀剂或调理剂的量；填埋前脱水，可以减少填埋场地的渗滤液产生；此外，经过脱水处理的污泥，其体积可减少为原体积的10%~20%，处理后的污泥便于贮运，也不易腐化[5]。
3 国内外污泥脱水的环节和方法
城市污水污泥的处理一般分为浓缩、调理、脱水三个步骤。浓缩后的污泥其含水率为94%~96%左右，仍呈流动状态，难以处置消纳，需进一步脱水。调理并经过脱水的污泥其含水率一般可降至70%~80%，体积减少90%以上，为后续的无害化处理打下良好基础[5]。
3.1污泥浓缩
污泥浓缩常用的方法有重力浓缩、加压过滤浓缩和离心沉降浓缩三种，此外还有气浮浓缩、隔膜浓缩等，但应用领域十分有限。污泥浓缩的目的在于降低污泥中的水分含量，减少污泥体积，同时也保持其流动性，以便于污泥的运输及后续的处置利用，浓缩后的污泥含水率仍会高达96%左右，因为污泥的浓缩过程仅能去除污泥中的部分间隙水[6]。
3.2污泥调理
污泥具有胶体的特性，与水有很大的亲和力，因此浓缩后的污泥其含水率仍在96%左右，尤其是活性污泥，更是如此。浓缩后的污泥脱水性能较差。为提高污泥的机械脱水性能，脱水前一般要用化学试剂进行絮凝调理，使污泥形成絮体，达到合适的比阻抗值，改善污泥的脱水特性，提高脱水效率[7]。
污泥调理是污泥处理过程中的关键，其原理是通过向剩余污泥内投加无机或有机的絮凝剂，在污泥胶体颗粒表面引起化学反应，中和污泥胶体微粒所带电荷，中和后污泥颗粒间的排斥力减弱，颗粒彼此碰撞，相互聚集，形成大的颗粒絮团，降低污泥比阻，从而提高污泥的脱水性能。絮凝脱水适用于脱水性能比较差，一般方法难以处理的污泥。
絮凝剂分无机类和有机类两种，其中无机高分子絮凝剂主要是聚铝和聚铁，其优点是价格低廉，但其絮凝效果和絮凝效率均低于有机絮凝剂。有机高分子絮凝剂具有产品稳定性好，适用范围广、絮凝效果好、投药量少、絮凝速度快，形成的絮体过滤性好等优点，但成本比较高，一些絮凝剂还可能存在生态安全隐患。因而大规模有效应用还在研究中。
3.3污泥脱水
目前使用的污泥脱水方法有污泥干化法和机械脱水法，此外还有新生技术例如超声波脱水、电渗析脱水等等。
3.3.1污泥干化法
国外常见的有流化床加热干化工艺，其优点是稳定、安全、易控制、占地少，处理过程中产生的气体不易爆难燃，不易产生沼气，污泥不易粘结、性状稳定，干化后污泥体积减小很多，含水率低于10%。缺点是对操作技术和管理技术有较高要求，能耗大，运行费用高，资金投资大。适用于集中处理多个中小型污水处理厂的污泥，还有那些土地紧张的大型污水处理厂。因此国内应用不多见。