引言

由于城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，我國(guó)近年來(lái)城市污水排放量和處理量都呈現(xiàn)出一種上升的趨勢(shì)。污泥作為污水生化處理后的一種主要副產(chǎn)物，近年來(lái)其產(chǎn)量也在不斷上升，與污泥產(chǎn)量連年遞增趨勢(shì)相不符的是，我國(guó)污泥有效處理率仍然偏低。現(xiàn)階段我國(guó)污水處理廠對(duì)于污泥的處理能力欠缺、技術(shù)手段相對(duì)落后，每年都有一定量的污泥沒(méi)有按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行妥善的處理處置，這可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生“二次污染”，對(duì)環(huán)境和人們生活構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。目前，機(jī)械脫水是污泥處理的主要技術(shù)手段，一般處理后的污泥含水率約為80 %。根據(jù)中國(guó)環(huán)保部辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市污水處理廠污泥污染防治的通知》，通知規(guī)定“污水處理廠將污泥運(yùn)出廠界貯存，污泥必須脫水至含水率的50 %以下”。顯然，就目前污水處理廠傳統(tǒng)的脫水技術(shù)無(wú)法達(dá)到規(guī)定中對(duì)于含水率的要求的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)深度脫水過(guò)程和機(jī)理開(kāi)展了相關(guān)研究，對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水后再進(jìn)行處理處置是污泥外來(lái)的重要研究方向。一般來(lái)說(shuō)，泥深度脫水技術(shù)可以使處理后的污泥含水率達(dá)到60 %以下，使用污泥深度脫水技術(shù)可以有效的去除污泥的含水量，這可以大大的提高污泥焚燒處理的經(jīng)濟(jì)效益和焚燒處理效率。本文對(duì)城市污水深度脫水技術(shù)的原理與不同脫水方式進(jìn)行了適當(dāng)總結(jié)，以期促進(jìn)城市污水污泥深度脫水技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

1 污泥壓濾機(jī)深度脫水技術(shù)污泥一種半固體廢物，其含有大量的有機(jī)質(zhì)、細(xì)菌、病毒以及膠體重金屬等有毒有害物質(zhì)，作為城市污水處理廠污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物其成分非常復(fù)雜。城市污水污泥的含水率一般都比較高，具有惡臭氣味并且易腐敗，如果不能得到妥善處理，不僅會(huì)影響污水處理廠的日常運(yùn)行，還會(huì)給周邊土壤和水環(huán)境等造成污染。污泥深度脫水既是污泥處理過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，又是一個(gè)最難實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)。污泥深度脫水技術(shù)是使用物理、化學(xué)、生物等手段對(duì)含水率較高的污泥進(jìn)行調(diào)理，從而改變污泥結(jié)構(gòu)，釋放結(jié)合水、吸附水等，提高污泥脫水性能的脫水技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)較為實(shí)用的污泥深度脫水方法有化學(xué)調(diào)理脫水、機(jī)械壓榨脫水、生物深度脫水等。

1.1 化學(xué)調(diào)理脫水化學(xué)調(diào)理一般是指采用化學(xué)試劑對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理改性，消除污泥中的水合作用和電排斥作用，改善污泥的脫水性能，以利后續(xù)機(jī)械壓榨脫水。化學(xué)調(diào)理是污泥調(diào)理的重要方法之一，其可以通過(guò)化學(xué)藥品促進(jìn)污泥的脫水和排水性能，根據(jù)調(diào)理原理的不同可以分為絮凝劑調(diào)理和氧化調(diào)理。

1.1.1 絮凝調(diào)理組成污泥的固體顆粒通常很小，帶負(fù)電荷，能夠形成穩(wěn)定的膠體懸浮液，這使得污泥固體與水很難分離。一般通過(guò)投加帶正電基團(tuán)的絮凝劑可使污泥膠體脫穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)固液相分離，利于溶膠聚沉，所以絮凝調(diào)理一般通過(guò)添加適當(dāng)?shù)男跄齽淖兾勰嗄z體的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)污泥的固液分離。絮凝劑按照化學(xué)組成可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)絮凝劑[9]。無(wú)機(jī)絮凝劑利用電性中和、壓縮雙電層、降低排斥電勢(shì)，從而降低顆粒間的排斥能。利用分子鏈對(duì)有機(jī)絮凝劑進(jìn)行變性處理，達(dá)到混凝的目的。拉長(zhǎng)分子鏈，充分發(fā)揮吸附架橋作用，使顆粒與水易于分離。

1.1.2 氧化調(diào)理氧化調(diào)理是指采用臭氧、氯氣、二氧化氯和Fenton試劑等強(qiáng)氧化劑對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，改善脫水效果，降低后續(xù)機(jī)械處理后的含水率。氧化調(diào)理采用較多的是Fenton調(diào)理。Fenton調(diào)理機(jī)理主要是降低Zeta電位和增強(qiáng)絮體疏水性，提高污泥的脫水性能；另外其較強(qiáng)的氧化性損壞了EPS，可以使細(xì)胞中的結(jié)合水變成表面吸附水，這改變了污泥性質(zhì)提高了污泥的脫水性能[11]。Fenton試劑調(diào)理深度脫水主要通過(guò)三個(gè)步驟：酸化、Fenton氧化調(diào)理和機(jī)械脫水，可使污泥體積減少40 %以上，實(shí)現(xiàn)深度脫水。

1.2 高壓隔膜板框深度脫水現(xiàn)有的污水處理廠的污泥含水率一般都比較高，現(xiàn)階段國(guó)家在大力提倡污泥的脫水減量，為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，滿足污泥的填埋、焚燒等處理要求，引進(jìn)污泥脫水壓榨設(shè)備，降低污泥含水率。污泥脫水壓榨技術(shù)是現(xiàn)階段污泥脫水減量化最有效的形式，其可以滿足國(guó)家對(duì)污泥減量化和穩(wěn)定化的要求。常用的污泥脫水壓榨設(shè)備有隔膜式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心壓濾機(jī)，一般來(lái)說(shuō)隔膜板框深度脫水效果較佳，而帶式壓濾機(jī)和離心壓濾機(jī)的脫水效果不能滿足低含水率的要求。高壓隔膜板框脫水系統(tǒng)主要有高壓進(jìn)料泵、隔膜壓榨泵、進(jìn)料口、空壓機(jī)、濾板與濾布、冷干機(jī)等配套設(shè)施組成，與普通壓濾機(jī)不同，高壓隔膜板框脫水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)在支撐濾板上另外固定了一塊隔膜。將回收后的污泥送入濾室，在濾室內(nèi)填入污泥進(jìn)料，向壓濾機(jī)隔膜板中注入高壓水，產(chǎn)生的隔膜張力擠壓污泥，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水，通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)(濾布)，留下固體經(jīng)濾布阻隔收集，形成低含水率物質(zhì)。高壓隔膜板框深度脫水技術(shù)通過(guò)物理擠壓，板框給污泥施加一定的壓力，污泥壓制濾餅的水含量降低至小于60 %，實(shí)現(xiàn)污泥含水率降低的目標(biāo)。高壓隔膜板框深度脫水技術(shù)具有脫水泥餅含水率低，操作條件氣味小，但其設(shè)備投資和占地面積相對(duì)較大，作業(yè)周期較長(zhǎng)。總體來(lái)說(shuō)高壓隔膜板框深度脫水技術(shù)對(duì)污泥脫水的減量效果明顯，可以達(dá)到我國(guó)對(duì)污泥脫水的減量化、穩(wěn)定化等要求，在新建的污水處理廠使用較為廣泛。

1.3 電滲透板框污泥深度脫水電滲透污泥脫水是利用反離子在電場(chǎng)力的作用下攜帶水分子向電極運(yùn)動(dòng)的方式，配合板框或帶式脫水機(jī)的壓力可以有效地對(duì)污泥進(jìn)行脫水。現(xiàn)階段，常見(jiàn)的電滲透污泥脫水機(jī)主要有電滲透板框式污泥脫水機(jī)、電滲透帶式污泥脫水機(jī)以及電滲透疊螺式污泥脫水機(jī)。電滲透板框污泥深度脫水的原理主要為，污泥顆粒表面的胞外聚合物中有帶負(fù)電的官能團(tuán)，由于離子吸附作用，容易吸附一些陽(yáng)離子。在電場(chǎng)作用下，帶有部分正電荷的水分子向陰極移動(dòng)，而污泥顆粒帶有負(fù)電荷，由于陽(yáng)極的吸引，其便向陽(yáng)極方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了污泥脫水的目的。電滲透板框污泥深度脫水工藝就是常規(guī)脫水機(jī)處理后的污泥餅通過(guò)通電后的電脫水機(jī)的滾筒和履帶之間，由于滾筒和履帶之間形成的電位差，帶有部分正電荷的水分子向陰極移動(dòng)，污泥顆粒帶有負(fù)電荷向陽(yáng)極移動(dòng)，這使得污泥顆粒和水分分別向陰、陽(yáng)兩極定向遷移，再通過(guò)加壓過(guò)濾，從而實(shí)現(xiàn)固液分離，這種方法可以有效的脫除污泥的間隙水、吸附水等。電滲透板框污泥深度脫水可以實(shí)現(xiàn)不投加如何化學(xué)試劑的情況下，實(shí)現(xiàn)污泥的減量，為污泥的處理、處置提供技術(shù)支持，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、占地面積小、將電滲析與板框壓濾相結(jié)合，可以有效的解決我們城市污水污泥的處理處置含水率高的困擾，對(duì)于實(shí)現(xiàn)污泥減量化與資源化有重要意義。

1.4 生物瀝浸深度脫水生物瀝浸深度脫水技術(shù)是一種基于生物濕法冶金基本原理的一種污泥脫水技術(shù)，使用的是不同于污水處理的以自養(yǎng)型微生物為主，結(jié)合一部分特殊異養(yǎng)菌共同組成的特殊微生物復(fù)合菌群，其很快替代了污泥中原有以異養(yǎng)型微生物為主的污泥菌體膠團(tuán)，從而破壞了原活性污泥中的菌膠團(tuán)，包裹其中的毛細(xì)水予以釋放，從而污泥脫水性能顯著提高，這有利于污泥今后的焚燒處理或資源化利用，另外生物瀝浸深度脫水技術(shù)對(duì)有效去除污泥中的重金屬等有害物質(zhì)也有一定的效果。微生物瀝浸技術(shù)特點(diǎn)是污泥經(jīng)微生物調(diào)理后，可直接注入專門(mén)為生物瀝浸設(shè)計(jì)的板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，操作簡(jiǎn)單，卻無(wú)需添加化學(xué)試劑，一般處理后的含水率可以降低到60 %以下，且污泥有機(jī)質(zhì)含量基本不變，容易實(shí)現(xiàn)后續(xù)資源化利用。對(duì)于重金屬超標(biāo)的污泥，可以采取加強(qiáng)特殊微生物菌群的結(jié)構(gòu)，使重金屬含量大幅減少，除臭和殺滅病原菌效果也極顯著[15]。對(duì)于老舊污水處理廠升級(jí)改造是如果沒(méi)有足夠的空間改建或擴(kuò)建污泥深度脫水處理裝置，或者沒(méi)有污泥處理設(shè)施的中、小型污水處理廠，都可以將經(jīng)過(guò)常規(guī)脫水的污泥集中收集起來(lái)進(jìn)行生物瀝浸深度脫水處理。

1.5 超聲波深度脫水超聲波能產(chǎn)生瞬間高溫高壓及剪切力，改變疏水性膜物質(zhì)的理化性質(zhì)，破壞細(xì)菌膠束結(jié)構(gòu)，并分解難降解有機(jī)物；可以提高波面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的通道中水分子的通過(guò)通量，促進(jìn)污泥團(tuán)聚；介質(zhì)引入超聲波時(shí)，顆粒與介質(zhì)一起發(fā)生震動(dòng)，從而加速了顆粒的碰撞和粘合。超聲波深度脫水技術(shù)是一種利用超聲波的能量傳輸?shù)姆绞剑ㄟ^(guò)分子震動(dòng)將污泥表面的吸附水脫除的技術(shù)。通過(guò)超聲波深度脫水技術(shù)進(jìn)行污泥脫水時(shí)可以不加如化學(xué)試劑，其主要利用超聲的連續(xù)、高頻率作用于污泥顆粒表面，將污泥中的微生物細(xì)胞快速的震碎，從而達(dá)到較好的物理脫水效果。部分研究表明，從超聲波改善污泥脫水性能來(lái)看，中低頻超聲波和較短的超聲時(shí)間對(duì)于污泥脫水效果顯著，但是加大超聲波頻率以及延長(zhǎng)超聲時(shí)間效果相對(duì)較差，長(zhǎng)時(shí)間作可能導(dǎo)致污泥結(jié)構(gòu)的損壞，有可能會(huì)使得污泥全部破碎，懸浮的顆粒影響污泥的脫水，降低脫水效果。發(fā)現(xiàn)用超聲波技術(shù)處理城市污泥時(shí)，會(huì)產(chǎn)生海綿效應(yīng)，使水更容易通過(guò)波前傳播產(chǎn)生的通道，增加水分子的通量，這會(huì)導(dǎo)致污泥之間的團(tuán)聚，增加污泥顆粒尺寸。隨著其不斷增大，就會(huì)發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)，相互碰撞、結(jié)合，最終形成沉淀。使用較短時(shí)間就可以改變污泥的結(jié)構(gòu)特征，增強(qiáng)污泥的脫水性能。利用超聲波技術(shù)的液相中產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)以及空化效應(yīng)等，超聲波技術(shù)也可以用于市政厭氧污泥脫水，可以使市政污泥進(jìn)行厭氧消化，采用超聲波聯(lián)合化學(xué)調(diào)理技術(shù)進(jìn)行污泥脫水處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明投加合適的化學(xué)調(diào)理劑和控制合理的超聲時(shí)間，可以有效的改善污泥脫水性能，實(shí)現(xiàn)較好的脫水效果。生物瀝浸法具有處理效果好、操作簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水處理等領(lǐng)域，研究了采用合超聲波聯(lián)合生物瀝浸法技術(shù)對(duì)市政厭氧污泥進(jìn)行脫水，驗(yàn)證該聯(lián)合技術(shù)在市政厭氧污泥脫水具有良好的可行性，其中厭氧污泥脫水量可以達(dá)到99 %，研究成果對(duì)提高城市污水污泥脫硫效率和脫水效果具有一定的借鑒作用。

2 結(jié)語(yǔ)隨著我國(guó)環(huán)保要求的提高、污泥處理處置壓力的升高，污泥深度脫水技術(shù)將得到更加廣泛的重視與應(yīng)用。現(xiàn)階段我國(guó)深度脫水技術(shù)研究目標(biāo)主要集中在脫水試劑的選擇與使用上，大多數(shù)脫水藥劑都存在造成二次污染的可能，故而今后的研究方法可以向微生物絮凝劑、生物質(zhì)粉末等無(wú)二次污染的環(huán)境友好型和低成本的污泥調(diào)理脫水藥劑。污泥深度脫水技術(shù)的研究應(yīng)該與現(xiàn)在的污泥脫除處理技術(shù)緊密聯(lián)合起來(lái)，由于常規(guī)單一機(jī)械脫水技術(shù)一般都無(wú)法滿足需要的處理效果，通過(guò)研發(fā)新型污泥資源化技術(shù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水，不斷地加強(qiáng)對(duì)新型污泥脫水處理技術(shù)的調(diào)研、研究和開(kāi)發(fā)，這才符合我國(guó)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展需要。污泥深度脫水技術(shù)的發(fā)展方向不僅僅是發(fā)揮單一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，需要再聯(lián)合多種深度調(diào)理技術(shù)共同處理，從而更好地適應(yīng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)展需求。