胡東東+俞志敏+易允燕

摘 要：污泥脫水是污泥處理與處置前必不可少的步驟，而污泥調(diào)理是污泥脫水工藝中的重要環(huán)節(jié)，其主要作用是改善污泥的沉降性能和脫水性能，提高后續(xù)設(shè)備對污泥的脫水效率。該文主要介紹了化學、生物、物理和聯(lián)合4種調(diào)理技術(shù)對污泥脫水性能的影響及其各自的優(yōu)缺點，并通過比較各種調(diào)理技術(shù)，展望了今后污泥脫水過程中調(diào)理技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：污泥脫水；污泥調(diào)理；發(fā)展；研究

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）18-90-04

1 前言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴重。其中，污泥作為固體廢棄物的一種，若不能合理地對其進行處理與處置，則會對環(huán)境產(chǎn)生一定的危害。近年來，伴隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量不斷增多，污泥產(chǎn)生量也隨之逐年增多。污泥是在污水處理過程中產(chǎn)生的，污泥中的微生物通過分解、吸附廢水中的有機或無機物，最終形成顆粒狀絮凝體。污泥是廢水生物處理中必不可少的原料，經(jīng)脫水后的污泥經(jīng)過相應處理也能被資源化利用，但由于污泥中重金屬含量過高，并摻雜一些致病細菌等問題，會對環(huán)境產(chǎn)生威脅。因此，如何處理與處置城鎮(zhèn)污水處理廠所產(chǎn)生的活性污泥，成為亟待解決的問題。

我國目前對污泥處理與處置的方法主要有衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥3種方式，但這幾種方法都有各自的局限性。衛(wèi)生填埋的主要缺點是占用大量土地，且產(chǎn)生的垃圾滲濾液會對地下水產(chǎn)生污染風險；焚燒方法的缺點是投資較大且處理要求較高；堆肥是對污泥資源化利用的方法之一，但我國污泥中重金屬含量超標一直制約著污泥的資源化利用。污泥在處理與處置過程中的主要問題之一是污泥含水率過高，一般在95%～99%，不僅不易運輸，且不利于后續(xù)的處理與處置。因此，必須對污泥進行減量化處理，即通過對污泥進行脫水，降低污泥含水率來減小體積，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或半固體形態(tài)，再對其進行后續(xù)處理與處置。

2 污泥脫水性能指標[2]

2.1 污泥比阻（SRF） 污泥比阻是指污泥過濾特性的綜合性指標，單位質(zhì)量的污泥在一定壓力下過濾時，在單位過濾面積上的污泥比阻愈大，表明污泥脫水性能愈差。計算公式為：

比阻r=[2PA2μ×bω]

式中——r：比阻，s2/g；P：過濾時的壓強降，g/cm2；μ：濾液粘度，Pa·s；A：過濾面積，cm2；ω：過濾時單位體積濾液在過濾介質(zhì)上截留的干固體質(zhì)量，g/mL；B：恒定過濾壓力下t/V與V所得直線的斜率。

一般認為比阻在109～1010s2/g的污泥算作難過濾的污泥，比阻在（0.5～0.9）×109s2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4×109s2/g的污泥容易過濾。

2.2 毛細吸水時間（CST） 毛細吸水時間（CST）是指污泥在特定的濾紙上滲透一定距離所需要的時間，用來判斷污泥脫水性能。CST越小，表明污泥脫水性能越好。

2.3 抽濾后泥餅含水率 經(jīng)抽濾后的污泥含水率是污泥脫水的重要指標之一。在一定壓力下，抽濾時間為30min或20s內(nèi)無水滴滴下，抽濾后的濕污泥在105℃溫度下恒溫干燥8h以上，最后計算含水率。計算公式如下：

含水率C（%）=[W3-W1W2-W1×100]

式中——W1：烘干濾紙質(zhì)量；W2：濕污泥質(zhì)量；W3：干污泥質(zhì)量。

3 污泥調(diào)理技術(shù)

污泥中水分存在形式有4種，分別為：自由水、間隙水、吸附水和內(nèi)部水，其中自由水和間隙水較易脫除，其他2種較難脫除。污泥調(diào)理的目的是讓污泥中的水分更多地向自由水或間隙水轉(zhuǎn)化，從而有利于后續(xù)的機械脫水，提高脫水效率。目前污泥調(diào)理技術(shù)主要分為化學調(diào)理、生物調(diào)理、物理調(diào)理和聯(lián)合調(diào)理4類[3]，其中化學調(diào)理現(xiàn)階段應用最廣。

3.1 化學調(diào)理 化學調(diào)理是通過向污泥中投加一種或幾種化學藥劑并適當?shù)臄嚢杈鶆颍瘜W藥劑在污泥中起到骨架作用并中和污泥自身所帶電荷，使污泥形成較大的絮凝體，分離污泥中的吸附水，從而改善污泥的脫水性能。一般認為，化學絮凝劑起絮凝作用的主要機理有雙電層作用、吸附架橋作用、吸附中和作用和沉淀物網(wǎng)捕機理[4]4種。陳美香、陳梅霞[5]等以實驗室小試和現(xiàn)場中試為基礎(chǔ)，分別采用了40%Fecl3+80%生石灰，殼聚糖（以40%Fecl3作為溶劑），聚二甲基二烯丙基氯化銨作為污泥調(diào)理的絮凝劑，3種絮凝劑都在很大程度上改善了污泥脫水性能，調(diào)理后污泥脫水后含水率均在70%以下，甚至達到60%以下。上述3種絮凝劑配方均有各自的優(yōu)缺點，采用40%三氯化鐵+80%生石灰脫水后污泥含水率最低，但投加量較多，污泥產(chǎn)生量也隨之增多，且車間內(nèi)揚塵較多，不宜工人長時間工作；采用后2種調(diào)理劑時，化學絮凝劑投加量較少，操作較為簡單，但脫水后的污泥泥餅硬度較差，泥餅表面和內(nèi)部含水率差異明顯，說明調(diào)理后污泥的疏水性有待提高，存在調(diào)質(zhì)時污泥絮團易打散的問題，對攪拌系統(tǒng)和進料系統(tǒng)的要求相對較高，因此選擇合適的化學絮凝劑組合是今后化學調(diào)理的重要研究方向之一。于俊杰、汪家權(quán)[6]用聚丙烯酰胺（PAM）、殼聚糖（CTS）、硅藻土以及復合絮凝劑對剩余污泥的調(diào)理作用，實驗結(jié)果表明，在適宜的攪拌強度下，它們都有助于改善活性污泥的脫水，通過對污泥比阻的比較和觀察污泥絮體大小變化情況，得出這幾種單一絮凝劑和復合絮凝劑均有良好的絮凝效果，并對污泥脫水性能有所改善。

3.2 生物調(diào)理 生物調(diào)理法是指通過在污泥中投加具有污泥調(diào)理中起架橋作用的微生物或微生物的代謝產(chǎn)物，使污泥細小顆粒聚集成絮凝體，從而更易脫水。國內(nèi)外生物調(diào)理的主要研究是生物絮凝劑產(chǎn)生菌篩選與性能研究，與傳統(tǒng)的絮凝劑相比，其具有無二次污染、安全無害等優(yōu)點。吳康寧、劉丁榕[7]等從活性污泥中篩選出絮凝劑產(chǎn)生菌，經(jīng)絮凝活性測定試驗篩選得到1株絮凝活性較高且穩(wěn)定的菌株，其在玉米面為碳源，大豆粉為氮源，培養(yǎng)溫度為30℃，pH為7.5以及振蕩培養(yǎng)箱轉(zhuǎn)速為150r/min最佳培養(yǎng)條件下，絮凝率達97.89%。生物調(diào)理法是目前最具有前景的調(diào)理技術(shù)之一，但到目前為止生物絮凝劑在實際生產(chǎn)中尚未得到廣泛應用，其主要原因是生物絮凝劑生產(chǎn)成本過高且菌種較難穩(wěn)定。endprint

3.3 物理調(diào)理 物理調(diào)理是指通過外加能量或應力來改變污泥性質(zhì)的方法。傳統(tǒng)物理調(diào)理方式主要包括加熱和冷凍調(diào)理。加熱調(diào)理方式的調(diào)理機理是通過破壞污泥細胞結(jié)構(gòu)，使得污泥中的水分轉(zhuǎn)為自由水，在機械脫水的過程中改善污泥脫水性能，降低污泥脫水后的含水率。

3.3.1 洗滌調(diào)理 洗滌調(diào)理可以節(jié)省絮凝劑用量和機械脫水的運行費用。洗滌調(diào)理主要利用固體顆粒大小、相對密度和沉降速度不同的特點，洗去消化污泥中重碳酸鹽的堿度和部分顆粒細小，表面積較大的膠體顆粒，減少混凝劑用量，降低污泥的粘度，從而有效提高污泥濃縮和脫水效果。洗滌過程是用洗滌水稀釋污泥、攪拌、沉淀分離、撇除上清液。污泥洗滌預處理缺點是洗滌過程中有機物微粒逐漸富集，污泥中氮素被洗滌水帶走，導致污泥肥效降低。

3.3.2 冷融調(diào)理 污泥凍融是以冰與水溶液之間的固液相平衡原理為理論基礎(chǔ)，將污泥冷凍到凝固點以下再融解，從而使污泥的自然沉降性和脫水性能得到大大的提高。這種方能夠使污泥具有緊密的結(jié)構(gòu)，在污泥本身中間隙水在進行脫水后減少很多。污泥凍融后[8]，膠體性質(zhì)完全被破壞，顆粒迅速凝聚沉降，沉降速度可提高2～6倍，過濾產(chǎn)率比冷凍前提高幾十倍，因此可以不用混凝劑處理，自然過濾脫水，節(jié)省藥劑費。污泥凍融后，真空過濾脫水，含水率可降達50%～70%。黃玉成和張維佳[9]等在人工模擬自然低溫條件下研究污泥冷融調(diào)理的影響因素，通過實驗得出：-6℃條件下凍融，污泥的脫水性能最好，含固率超過10%，經(jīng)過抽濾含固率可以達到30%以上，泥餅含水率可以達到66%；實驗同時表明污泥冷凍后，再繼續(xù)冷凍污泥對污泥脫水性能改善不明顯；在本試驗條件下冷凍速率為0.43μm/s時，污泥濃縮明顯，污泥中的間隙水減少，顆粒團形成塊狀，脫水性能大幅度改善。

3.3.3 超聲波調(diào)理 超聲波[10]是指頻率在20kHz～10MHz范圍內(nèi)的聲波，原理是超聲波的空化效應，即存在于液體中的微小泡核在超聲波的作用下，經(jīng)歷超聲的稀疏相和壓縮相，微小泡核的體積生長、收縮、再生長、再收縮，多次震蕩，最終高速崩裂的動力學過程。超聲波調(diào)理污泥主要有以下兩方面作用：一是超聲波能破壞菌膠團結(jié)構(gòu)，使其中的水釋放出來，調(diào)整污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善污泥脫水性能；二是超聲波能對污泥產(chǎn)生海綿效應，使水分更易從波面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的通道通過。此外，超聲波還會產(chǎn)生局部發(fā)熱、界面破穩(wěn)等作用，也有利于改善污泥的脫水性能。

葉運弟、鄭莉[11]等以廣州瀝窯污泥處理廠的回流污泥作為實驗材料，在超聲波能量為750J，超聲時間為15s時，污泥抽濾后含水率、毛細吸水時間（CST）和污泥比阻（SRF）均達到實驗最低，過小的超聲能量對污泥脫水性能改善不明顯，而過大的超聲能量處理污泥對污泥脫水性能產(chǎn)生負面影響。

3.3.4 微波調(diào)理 微波是指頻率為300～300 000MHz（波長為1mm～1m）的電磁波，最常用頻率是2 450MHz和915MHz，是非離子化的輻射能，介質(zhì)在微波場中主要發(fā)生離子傳導和偶極子轉(zhuǎn)動[12]，在實際應用中2種機理的微波能耗散同時存在。微波調(diào)理不僅加熱速度快，反應過程易于控制，而且還具有特殊的滅菌功能，所以被認為是很具有發(fā)展前景的污泥調(diào)理技術(shù)[13]。

梁仁禮、雷恒毅[14]等考察了污泥在500、720、900W的微波作用下，污泥性質(zhì)（粒徑，胞外聚合物等）和脫水性能的變化情況，實驗結(jié)果表明，在900W微波功率作用下輻射60s是該污泥最佳的污泥調(diào)理條件，當達到該最佳條件后再增加微波處理時間不但增加能耗，而且也會使污泥脫水性能變差；肖朝倫和唐嘉麗[15]研究了微波頻率2 450MHz、功率500W的微波在城市污泥脫水中的穿透性及輻射過程中脫水性的變化，實驗得出，在適宜的微波輻射條件下可顯著提高污泥的脫水性。周翠紅等[16]利用微波加熱處理污泥，研究了溫度及升溫速率對污泥脫水性能的影響，并對經(jīng)微波調(diào)理后污泥的CST、粘度、SV、Zeta電位和形態(tài)學特征等進行了測試與分析，實驗結(jié)果表明，在本實驗中最適合的條件為升溫速率為10℃/min，溫度為70～80℃，同時污泥的形態(tài)學特征變化也比較明顯。

3.4 聯(lián)合調(diào)理 聯(lián)合調(diào)理是指2種或2種以上調(diào)理技術(shù)聯(lián)合處理污泥，基于單獨的化學或物理調(diào)理都存在一定的缺陷，近年來對于聯(lián)合調(diào)理技術(shù)的研究也日益增多，相關(guān)研究表明，聯(lián)合調(diào)理往往比單一的化學或物理調(diào)理取得較好的效果。

李定龍、張志祥等[17]以城市生活污水處理廠的剩余污泥為研究對象，以污泥比阻和CST作為脫水性能指標，研究了超聲波調(diào)理技術(shù)與聚合硫酸鋁鐵（PAFS）聯(lián)用對污泥脫水性能的影響，分析了2種調(diào)理技術(shù)的排列順序?qū)φ{(diào)理結(jié)果的影響，同時對聯(lián)合調(diào)理時超聲波作用時間和PAFS投加量也進行了實驗研究，實驗結(jié)果表明，對于該污泥先超聲后投加絮凝劑的聯(lián)合方式明顯優(yōu)于先投加絮凝劑后超聲；當選擇最佳超聲波參數(shù)（20kHz，0.09W/mL，8s）和PAFAS投量為10%時，污泥脫水性能得到最佳改善，CST由92.6s降為23.6s，該種方式調(diào)理污泥既能夠提高脫水效率也能降低成本。楊國友、石林[18]等采用生石灰與微波協(xié)同作用，以廣州市獵德污水廠濃縮污泥作為研究對象，試驗分別用單獨使用生石灰作為化學絮凝劑、單獨用超聲和兩者聯(lián)合調(diào)理3種方法來調(diào)理污泥，實驗結(jié)果表明，單獨投加無機絮凝劑生石灰作為調(diào)理劑，投加量為40g·L-1時，污泥比阻由原來的4.72×1013m·kg-1降至1.9×1012m·kg-1，降低了約96%；單獨使用微波調(diào)理污泥，在800W功率微波下處理污泥100s，污泥比阻降低為1.28×1013m·kg-1，降低了約72.9%；當聯(lián)合條件為生石灰投加量為30g/L，微波功率為800W，處理時間為100s時，污泥比阻進一步降低至0.98×1011m·kg-1，降低了約99.8%，提高了污泥的脫水性能。與單一的化學調(diào)理相比，聯(lián)合調(diào)理技術(shù)不僅更有利于污泥脫水，且減少了生石灰的投加量，在一定程度上降低了污泥的產(chǎn)量。目前聯(lián)合調(diào)理技術(shù)絕大多數(shù)還處于研究階段，應用實例并不多見，今后還需要進一步研究。endprint

4 結(jié)論與展望

污泥調(diào)理技術(shù)是影響污泥脫水性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著污泥的后續(xù)處理與處置。通過比較各種調(diào)理技術(shù)可知：（1）單一的調(diào)理技術(shù)往往會有諸多局限性，例如單獨使用化學絮凝劑雖然明顯改善了污泥脫水性能，但投加的絮凝劑本身在一定程度上也增加了污泥的產(chǎn)生量；（2）聯(lián)合調(diào)理技術(shù)從長遠角度來看，不僅降低了成本，且對污泥脫水性能的改善更為顯著，所以聯(lián)合調(diào)理將成為今后學者們研究的重要方向；（3）部分污泥調(diào)理后產(chǎn)生二次污染的問題也值得關(guān)注。

目前對于污泥脫水的機理還沒有徹底的了解，對一些新出現(xiàn)的污泥調(diào)節(jié)技術(shù)研究不夠深入，且經(jīng)濟可行性要進一步論證，這些問題和困難都有待解決。

參考文獻

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（下轉(zhuǎn)94頁）

（上接92頁）

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（責編：張宏民）endprint

4 結(jié)論與展望

污泥調(diào)理技術(shù)是影響污泥脫水性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著污泥的后續(xù)處理與處置。通過比較各種調(diào)理技術(shù)可知：（1）單一的調(diào)理技術(shù)往往會有諸多局限性，例如單獨使用化學絮凝劑雖然明顯改善了污泥脫水性能，但投加的絮凝劑本身在一定程度上也增加了污泥的產(chǎn)生量；（2）聯(lián)合調(diào)理技術(shù)從長遠角度來看，不僅降低了成本，且對污泥脫水性能的改善更為顯著，所以聯(lián)合調(diào)理將成為今后學者們研究的重要方向；（3）部分污泥調(diào)理后產(chǎn)生二次污染的問題也值得關(guān)注。

目前對于污泥脫水的機理還沒有徹底的了解，對一些新出現(xiàn)的污泥調(diào)節(jié)技術(shù)研究不夠深入，且經(jīng)濟可行性要進一步論證，這些問題和困難都有待解決。

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（上接92頁）

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（責編：張宏民）endprint

4 結(jié)論與展望

污泥調(diào)理技術(shù)是影響污泥脫水性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著污泥的后續(xù)處理與處置。通過比較各種調(diào)理技術(shù)可知：（1）單一的調(diào)理技術(shù)往往會有諸多局限性，例如單獨使用化學絮凝劑雖然明顯改善了污泥脫水性能，但投加的絮凝劑本身在一定程度上也增加了污泥的產(chǎn)生量；（2）聯(lián)合調(diào)理技術(shù)從長遠角度來看，不僅降低了成本，且對污泥脫水性能的改善更為顯著，所以聯(lián)合調(diào)理將成為今后學者們研究的重要方向；（3）部分污泥調(diào)理后產(chǎn)生二次污染的問題也值得關(guān)注。

目前對于污泥脫水的機理還沒有徹底的了解，對一些新出現(xiàn)的污泥調(diào)節(jié)技術(shù)研究不夠深入，且經(jīng)濟可行性要進一步論證，這些問題和困難都有待解決。

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（責編：張宏民）endprint