Municipal sludge filter press dewatering technology

introductory

随着我国社会经济的快速发展、城镇化的不断加速，城市污水的排放量不断增加。城市污水处理厂的规划建设数量越来越多，与之伴随产生的衍生品污泥产量也呈上升趋势，截至2018年全国污泥总产量为5.665×107t，预计未来3年年复合增长率4%左右 。而目前 ，国内城市污水处理厂90%以上无污泥处理配套设施 ，全国污泥稳定处理设施也不足1/4，产量大 、处理率偏 低、能力不足等污泥处理短板凸显。这也导致污泥由于大量占地腐化产生恶臭气体污染空气，随之带来的是由于其中的氮磷等营养成分、重金属 、致病微生物可能引起地下水、地表水以及土壤的污染，严重时将会导致地区的生态破坏。造成这一问题的原因主要是污泥的处理技术发展还存在一定局限性 ，尤其是污泥含水量大的问题，始终得不到较好技术的解决。市政污泥处理已成为人们越来越重视的问题。

1国内市政污泥处理现状按照我国城镇区域的划分，村镇污水处理规模小、产泥量少，且具有高度分散性，农用潜力大。所产生的污泥经好氧堆肥稳定技术或厌氧稳定技术最终都回到土地中利用，资源化效果明显。但是，作为污泥中最主要的市政污泥以其产量大、重金属和有毒有害物质含量高、处理率低等问题困扰着市政管理。目前 ，市政污泥主要通过卫生填埋、焚烧、土地利用等处理。但在这3种方法处理污泥的过程中 ，污泥含水率仍在80%左右 ，造成处理污泥技术的局限性。此外 ，由于含水率的偏高，导致污泥体积庞大，在运输和处置费用上成本增高。因此，污泥脱水处理效果是影响污泥处理资源化的重要 指标。

2传统污泥脱水技术市政污泥产生时，水分高达95%以上 。为了便于污泥后处理的运输和贮存，污泥在产生初期进行脱水处理 。传统污泥脱水技术有干化脱水、机械脱水、浓缩脱水等（表1）。 随着污泥脱水技术的应用需求不断扩大，很多学者结合传统脱水技术深入研究了污泥的脱水工艺。研究发现石灰稳定干化后污泥含水率降到40%，污泥中未检测出病原微生物 。干化脱水费用高、脱水不彻底、药剂用量大、对后续处理影响较大，未能普遍推广。设计的电动filter press脱水，将污泥含水率降低25%。单独使用机械脱水法仅可除去污泥中10%~25%的水分，污泥浓缩含固率会提高到5%~10%，为污泥的进一步脱水提供基本条件。但是 ，污泥浓缩和机械脱水因能耗大、利用率低、易堵塞的问题，未能得到持续使用。

3污泥脱水技术研究应用现状

3.1电渗透脱水技术电渗透脱水是利用电场力的原理，使带电颗粒向阳极运动，处于扩散层的反离子携带水分向阴极运动，形成电渗透现象促使固液分离。发现单独使用电渗析脱水时，在电压为40 V时，1 h内污泥水分去除到50%。在改进组合电渗透技术中，研究将超声辅助电渗透技术，利用超声波低频声波使污泥内部空化，提高污泥脱水效率。结果表明，电渗透脱水压力0.1 MPa,电压60 V，超声波声强0.255W/cm2作用3.5 min脱水效率增加到12.44%。采用与压滤机结合，在1 A与4 A直流电模式下 ，经45 min脱水时间后，污泥含水率分别降低14.3%和26.1%，脱水效果好。电渗透脱水技术处理后污泥含水率降到允许填埋的45%以下 ，应用渐广。上海奉贤区污泥处理工程处理规模为150t/d的脱水污泥，含水率80%，采用污泥电渗透脱水和膜覆盖高温好氧发酵，最终实现污泥含水率降低到35%~45%，减量化显著。电渗透污泥高干脱水设备脱水过程不需添加辅助药剂和热源，占地少，操作简单，运行费用少，脱水中污泥有机质无损失，资源化好。但在未来发展上应解决电渗透设备虚接打火问题，提高系统稳定性，优化操作条件，提高电能转换效率和系统安全性。

3.2超声波脱水技术超声波脱水技术通过交替的扩张和压缩作用使水体产生空化作用，由空化作用引起强大的水力剪切力对微生物细胞起到破解效果。Xie等[9]研究低能超声800kJ/kg有效改善脱水性能，而高能 超声35 000 kJ/kg严重破坏污泥脱水性；马守贵等[10]研究表明，低频超声28.7KHz对污泥脱水效果优于高频超声40 kHz；Zhou等[11]研究超声预处理对污泥厌氧消化过程中污泥脱水性能和PAHs降解的影响，发现加超声处理后厌氧消化的脱水性能大大提高，超声预处理后高环的荧蒽、苯并荧蒽、苯并(a )芘对照组去除率提高为16%、22%、18.5%。超声波脱水技术使污泥固液分离快、适用范围 广，逐渐开始被应用。德国代特莫尔德市污水处理厂等市政污泥脱水技术研究进展用一套超声波装置运行，反应器有7个产生12~20kHz频率的超声波发射极，反应器出口污泥含水率60%以下，絮凝剂减少25%。超声波脱水技术具有清洁 、高效 、安全等优点，但因其处理量小、能耗高等缺点而适用于单一且污泥产量较少的污水处理站。今后 有待提高超声效率及超声反应器的合理设计，克服声电极易腐蚀问题，最大发挥超声波的特点。

3.3热水解技术热水解技术是在加热过程中，污泥微生物絮凝体散开 ，微生物细胞破裂，有机物水解，降低污泥的黏度使得对水的束缚力减少，在解热到170°C以上污泥中水分释放，导致水易与污泥颗粒分离。发现水热处 理改善污泥脱水性能的临界温度为150 °C，当水热温度高于150°C时，污泥含水率降低程度增大；Neyens等[14]研究酸碱热水解对污泥脱水影响，发现酸热水解含水率从78%降至30%，优于碱性热水解；在较低温度范围（60~180°C）内对城市污泥进行水热处理后再进行机械脱水，发现污泥含水率从72%降至27%。热水解技术处理污泥脱水效率高、无二次污染，可适用于中小型污水处理厂及大型污水处理厂新建和改扩建。北京市高安屯污泥处理中心处理规模约1 850t/d，日产生污泥约6 000t，有机质含量55%~70%，采用热水解厌氧消化工艺处理剩余污泥。初试运行泥饼含水率不大于60%，沼气产生率（有机质含量约65%）288~302m3/(t ·d)，处理后的H2S浓度不大于45× 10-6(体积浓度)（图4）。热水解技术能耗低，可杀死病原微生物及有害菌，适用范围广。在未来发展中仍需进一步优化处理产生的大量高浓度具有酸性和腐蚀性的臭气，减少对设备的损害。

3.4Fenton氧化技术Fenton氧化是利用Fenton试剂的强氧化性，氧化分解污泥中有机物，破坏污泥特殊的絮体结构，污泥中结合水和细胞水得以释放，脱水性能得到改善 。采用Fenton氧化破解污泥反应1 h后，污泥溶解性增加57倍，污泥体积减少一半；Yu等[17]研究无酸化Fenton反应调理污泥，研究表 明，Fe2+、H2O2和石灰投加量为47.9、34.3、43.2mg/g处理后的污泥含水率下降至(55.8%±0.6%)，上清液pH为6.6；研究表明，污泥经Fenton体系处理后，富里酸类物质消失，EPS被破坏， 污泥脱水性能提高。Fenton氧化处理污泥，因符合污泥处理减量化、资源化、 无害化要求而被推广。瑞典Kemira公司在丹麦建立的Fenton氧化污泥处理厂，通过酸化、Fenton氧化和调理脱水，污泥体积减少25%~50%，处理后污泥达到直接农用要求。但H2O2的使用 、污泥酸化环境的调节使处理成本增加，H2O2反应时会产生氧气，存在一定安全隐患。将Fenton与其他生物处理技术耦合联用 ，降低处理成本，为污泥处理与资源化利用提供切实可行的途径，是今后的发展方向。

3.5生物技术生物技术是利用微生物或微生物制剂溶解污泥细胞 、胶体结构。微生物制剂较为常用，制得的絮凝剂主要成分为两性的聚电解质蛋白质、糖蛋白 、多糖 、纤维素和DNA等，利用高分子电荷中和特性，使胶体絮凝 ，达到固液分离的目的。在最佳培养条件下 ，利用黑曲霉制得的微生物絮凝剂对污泥脱水有良好效果，当其投加质量浓度为27 g/L时，污泥含水率从97.1%降至78.2%；以稻草为原料，研究了生物絮凝剂的制备及其在污泥脱水中的应用潜力，结果表明 ，生物絮凝剂的产生与细胞生长呈正相关，同时使用生物絮凝剂和PAC可进一步提高污泥脱水性能。生物技术能有效降低污泥产量，改善出水水质，污泥脱水明显，备受人们关注。威海毅恒环境热水解厌氧污泥脱水项目 ，采用自主研发的酶学方法合成生物基高效污泥脱水剂利用热水解技术处理污泥。污泥处置能力700t/d，日产生污泥537t，污泥含水率95%。处理后的 污泥脱水率可达80%以上 ，产生的沼气纯度 高。生物制剂无毒、可自然降解，降低了成本，有利于泥饼回收和资源化再利用。微生物絮凝剂研究应重点集中在新絮凝剂菌种培养及菌种培养条件上，制备出廉价易得、高效 、降解速率快的生物絮凝脱水剂。

4结语和展望污泥作为污水处理最后环节的污染物汇集体，会因为含有病原微生物、重金属等问题造成大气、土壤的二次污染，但其还 具备有机物含量高、有一定黏性和热值等可资源化的优势。然而 ，其高的含水率导致污泥的资源化技术应用受到限制。目前 ，污泥的脱水技术主要以破坏污泥结构的方式降低含水率，技术目标单一 ，还存在能耗大、运行稳定性差等不足。未来污泥脱水技术的发展，应该兼顾污泥资源化的方向，充分利用污泥中高的有机质含量和微生物效应，在实现污泥脱水技术的同时促进资源化技术的应用，充分挖掘污泥内在的能量，开发高效污泥脱水与资源化相结合的综合性技术，以降低污泥处理处置成本、节约资源、保护生态环境作为发展趋势。

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