introductory

隨著我國社會經濟的快速發展、城鎮化的不斷加速，城市污水的排放量不斷增加。城市污水處理廠的規劃建設數量越來越多，與之伴隨產生的衍生品污泥產量也呈上升趨勢，截至2018年全國污泥總產量為5.665×107t，預計未來3年年復合增長率4%左右 。而目前 ，國內城市污水處理廠90%以上無污泥處理配套設施 ，全國污泥穩定處理設施也不足1/4，產量大 、處理率偏 低、能力不足等污泥處理短板凸顯。這也導致污泥由于大量占地腐化產生惡臭氣體污染空氣，隨之帶來的是由于其中的氮磷等營養成分、重金屬 、致病微生物可能引起地下水、地表水以及土壤的污染，嚴重時將會導致地區的生態破壞。造成這一問題的原因主要是污泥的處理技術發展還存在一定局限性 ，尤其是污泥含水量大的問題，始終得不到較好技術的解決。市政污泥處理已成為人們越來越重視的問題。

1國內市政污泥處理現狀按照我國城鎮區域的劃分，村鎮污水處理規模小、產泥量少，且具有高度分散性，農用潛力大。所產生的污泥經好氧堆肥穩定技術或厭氧穩定技術最終都回到土地中利用，資源化效果明顯。但是，作為污泥中最主要的市政污泥以其產量大、重金屬和有毒有害物質含量高、處理率低等問題困擾著市政管理。目前 ，市政污泥主要通過衛生填埋、焚燒、土地利用等處理。但在這3種方法處理污泥的過程中 ，污泥含水率仍在80%左右 ，造成處理污泥技術的局限性。此外 ，由于含水率的偏高，導致污泥體積龐大，在運輸和處置費用上成本增高。因此，污泥脫水處理效果是影響污泥處理資源化的重要 指標。

2傳統污泥脫水技術市政污泥產生時，水分高達95%以上 。為了便于污泥后處理的運輸和貯存，污泥在產生初期進行脫水處理 。傳統污泥脫水技術有干化脫水、機械脫水、濃縮脫水等（表1）。 隨著污泥脫水技術的應用需求不斷擴大，很多學者結合傳統脫水技術深入研究了污泥的脫水工藝。研究發現石灰穩定干化后污泥含水率降到40%，污泥中未檢測出病原微生物 。干化脫水費用高、脫水不徹底、藥劑用量大、對后續處理影響較大，未能普遍推廣。設計的電動filter press脫水，將污泥含水率降低25%。單獨使用機械脫水法僅可除去污泥中10%~25%的水分，污泥濃縮含固率會提高到5%~10%，為污泥的進一步脫水提供基本條件。但是 ，污泥濃縮和機械脫水因能耗大、利用率低、易堵塞的問題，未能得到持續使用。

3污泥脫水技術研究應用現狀

3.1電滲透脫水技術電滲透脫水是利用電場力的原理，使帶電顆粒向陽極運動，處于擴散層的反離子攜帶水分向陰極運動，形成電滲透現象促使固液分離。發現單獨使用電滲析脫水時，在電壓為40 V時，1 h內污泥水分去除到50%。在改進組合電滲透技術中，研究將超聲輔助電滲透技術，利用超聲波低頻聲波使污泥內部空化，提高污泥脫水效率。結果表明，電滲透脫水壓力0.1 MPa,電壓60 V，超聲波聲強0.255W/cm2作用3.5 min脫水效率增加到12.44%。采用與壓濾機結合，在1 A與4 A直流電模式下 ，經45 min脫水時間后，污泥含水率分別降低14.3%和26.1%，脫水效果好。電滲透脫水技術處理后污泥含水率降到允許填埋的45%以下 ，應用漸廣。上海奉賢區污泥處理工程處理規模為150t/d的脫水污泥，含水率80%，采用污泥電滲透脫水和膜覆蓋高溫好氧發酵，最終實現污泥含水率降低到35%~45%，減量化顯著。電滲透污泥高干脫水設備脫水過程不需添加輔助藥劑和熱源，占地少，操作簡單，運行費用少，脫水中污泥有機質無損失，資源化好。但在未來發展上應解決電滲透設備虛接打火問題，提高系統穩定性，優化操作條件，提高電能轉換效率和系統安全性。

3.2超聲波脫水技術超聲波脫水技術通過交替的擴張和壓縮作用使水體產生空化作用，由空化作用引起強大的水力剪切力對微生物細胞起到破解效果。Xie等[9]研究低能超聲800kJ/kg有效改善脫水性能，而高能 超聲35 000 kJ/kg嚴重破壞污泥脫水性；馬守貴等[10]研究表明，低頻超聲28.7KHz對污泥脫水效果優于高頻超聲40 kHz；Zhou等[11]研究超聲預處理對污泥厭氧消化過程中污泥脫水性能和PAHs降解的影響，發現加超聲處理后厭氧消化的脫水性能大大提高，超聲預處理后高環的熒蒽、苯并熒蒽、苯并(a )芘對照組去除率提高為16%、22%、18.5%。超聲波脫水技術使污泥固液分離快、適用范圍 廣，逐漸開始被應用。德國代特莫爾德市污水處理廠等市政污泥脫水技術研究進展用一套超聲波裝置運行，反應器有7個產生12~20kHz頻率的超聲波發射極，反應器出口污泥含水率60%以下，絮凝劑減少25%。超聲波脫水技術具有清潔 、高效 、安全等優點，但因其處理量小、能耗高等缺點而適用于單一且污泥產量較少的污水處理站。今后 有待提高超聲效率及超聲反應器的合理設計，克服聲電極易腐蝕問題，最大發揮超聲波的特點。

3.3熱水解技術熱水解技術是在加熱過程中，污泥微生物絮凝體散開 ，微生物細胞破裂，有機物水解，降低污泥的黏度使得對水的束縛力減少，在解熱到170°C以上污泥中水分釋放，導致水易與污泥顆粒分離。發現水熱處 理改善污泥脫水性能的臨界溫度為150 °C，當水熱溫度高于150°C時，污泥含水率降低程度增大；Neyens等[14]研究酸堿熱水解對污泥脫水影響，發現酸熱水解含水率從78%降至30%，優于堿性熱水解；在較低溫度范圍（60~180°C）內對城市污泥進行水熱處理后再進行機械脫水，發現污泥含水率從72%降至27%。熱水解技術處理污泥脫水效率高、無二次污染，可適用于中小型污水處理廠及大型污水處理廠新建和改擴建。北京市高安屯污泥處理中心處理規模約1 850t/d，日產生污泥約6 000t，有機質含量55%~70%，采用熱水解厭氧消化工藝處理剩余污泥。初試運行泥餅含水率不大于60%，沼氣產生率（有機質含量約65%）288~302m3/(t ·d)，處理后的H2S濃度不大于45× 10-6(體積濃度)（圖4）。熱水解技術能耗低，可殺死病原微生物及有害菌，適用范圍廣。在未來發展中仍需進一步優化處理產生的大量高濃度具有酸性和腐蝕性的臭氣，減少對設備的損害。

3.4Fenton氧化技術Fenton氧化是利用Fenton試劑的強氧化性，氧化分解污泥中有機物，破壞污泥特殊的絮體結構，污泥中結合水和細胞水得以釋放，脫水性能得到改善 。采用Fenton氧化破解污泥反應1 h后，污泥溶解性增加57倍，污泥體積減少一半；Yu等[17]研究無酸化Fenton反應調理污泥，研究表 明，Fe2+、H2O2和石灰投加量為47.9、34.3、43.2mg/g處理后的污泥含水率下降至(55.8%±0.6%)，上清液pH為6.6；研究表明，污泥經Fenton體系處理后，富里酸類物質消失，EPS被破壞， 污泥脫水性能提高。Fenton氧化處理污泥，因符合污泥處理減量化、資源化、 無害化要求而被推廣。瑞典Kemira公司在丹麥建立的Fenton氧化污泥處理廠，通過酸化、Fenton氧化和調理脫水，污泥體積減少25%~50%，處理后污泥達到直接農用要求。但H2O2的使用 、污泥酸化環境的調節使處理成本增加，H2O2反應時會產生氧氣，存在一定安全隱患。將Fenton與其他生物處理技術耦合聯用 ，降低處理成本，為污泥處理與資源化利用提供切實可行的途徑，是今后的發展方向。

3.5生物技術生物技術是利用微生物或微生物制劑溶解污泥細胞 、膠體結構。微生物制劑較為常用，制得的絮凝劑主要成分為兩性的聚電解質蛋白質、糖蛋白 、多糖 、纖維素和DNA等，利用高分子電荷中和特性，使膠體絮凝 ，達到固液分離的目的。在最佳培養條件下 ，利用黑曲霉制得的微生物絮凝劑對污泥脫水有良好效果，當其投加質量濃度為27 g/L時，污泥含水率從97.1%降至78.2%；以稻草為原料，研究了生物絮凝劑的制備及其在污泥脫水中的應用潛力，結果表明 ，生物絮凝劑的產生與細胞生長呈正相關，同時使用生物絮凝劑和PAC可進一步提高污泥脫水性能。生物技術能有效降低污泥產量，改善出水水質，污泥脫水明顯，備受人們關注。威海毅恒環境熱水解厭氧污泥脫水項目 ，采用自主研發的酶學方法合成生物基高效污泥脫水劑利用熱水解技術處理污泥。污泥處置能力700t/d，日產生污泥537t，污泥含水率95%。處理后的 污泥脫水率可達80%以上 ，產生的沼氣純度 高。生物制劑無毒、可自然降解，降低了成本，有利于泥餅回收和資源化再利用。微生物絮凝劑研究應重點集中在新絮凝劑菌種培養及菌種培養條件上，制備出廉價易得、高效 、降解速率快的生物絮凝脫水劑。

4結語和展望污泥作為污水處理最后環節的污染物匯集體，會因為含有病原微生物、重金屬等問題造成大氣、土壤的二次污染，但其還 具備有機物含量高、有一定黏性和熱值等可資源化的優勢。然而 ，其高的含水率導致污泥的資源化技術應用受到限制。目前 ，污泥的脫水技術主要以破壞污泥結構的方式降低含水率，技術目標單一 ，還存在能耗大、運行穩定性差等不足。未來污泥脫水技術的發展，應該兼顧污泥資源化的方向，充分利用污泥中高的有機質含量和微生物效應，在實現污泥脫水技術的同時促進資源化技術的應用，充分挖掘污泥內在的能量，開發高效污泥脫水與資源化相結合的綜合性技術，以降低污泥處理處置成本、節約資源、保護生態環境作為發展趨勢。

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