城市污水处理厂污泥深度脱水技术研究进展_王硕

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第 38 卷
的比表面积增大，使水分子紧密地吸附在颗粒表面, 脱水性能反而降低。 2.2 污泥热水解脱水技术
热处理是一种高效的污泥预处理技术, 污泥热处 理系统不应只考虑技术层面的基础，也应该考虑所有 与之相关的环境活动[18]。污泥热水解是在 150~170 ℃， 压力低于 1.25 kPa 工作条件下，将待水解污泥与 190 ℃饱和蒸汽在密闭压力容器中充分混合反应，使污泥 中部分微生物细胞受热膨胀而破裂，释放出蛋白质、 矿物质以及细胞膜碎片的技术[19]。
城市污水处理厂污泥深度脱水技术研究进展
王硕 1,2, 陈晓光 1, 陈宇 3, 杨倩倩 1, 李激 1,2*
（1. 江南大学环境与土木工程学院，江苏 无锡 214122； 2. 江苏省厌氧生物技术重点实验室，江苏 无锡 214122； 3. 无锡市高新水务有限公司，江苏 无锡 214028）
摘 要：城市污水处理厂污泥泥量日益增多，使污泥脱水设备处理能力逐渐低于设计值，未能及时处理的污泥将对环境造成污染危 害。基于我国污泥处理处置中存在的问题，分别围绕化学法、物理法和生物法 3 种预处理调理技术详细介绍了国内应用较多的污泥深度 脱水技术研究进展。结合国内外污泥深度脱水新技术，针对目前我国国情对污泥深度脱水技术的应用前景和发展趋势做出展望。
2 物理预处理脱水技术
2.1 超声波预处理的机械脱水技术 去除污泥颗粒的表面吸附水和内部水是污泥深
度脱水技术的关键，超声波预处理技术可以达到脱除 表面吸附水和内部水的目的，其原理是利用频率为 20×103~10×106 Hz 的超声波，通过能量输出的方式进 行污泥脱水，其本质是超声波空化作用的应用[15]。
3. Wuxi Hi-Tech Water Co., Ltd, Wuxi 214028, China）
Abstract：Recently, the sludge in wastewater treatment plant gradually increased which made the working capability of de－ watering equipment lower than that of the design value, and thus resulted in seriously environmental problems. In order to deal with the problems existed in sludge treatment and disposal, the deep dewatering process of sludge in urban wastewater treatment plant was introduced, according to chemical, physical and biological conditioning in detail. Furthermore, the charac － teristics and feasibility of new deep dewatering processes and the trends and applications in China were proposed. Key words：sludge; flocculation; deep dewatering; urban wastewater treatment plant
天然高分子絮凝剂
淀粉类、纤维素类、壳聚糖类、植物胶类、天然高分子相对分子量大，架桥吸附能力更强，网捕
蛋白质类和藻类等
性能较好，同时避免产生二次污染
微生物絮凝剂
酱油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002 产生 微生物絮凝剂活性位点多，官能团种类多样，可通过
的絮凝剂等
离子键、氢键等化学作用将絮凝物质集聚在一起
截至 2015 年 6 月底，全国设市城市、县累计建成 城镇污水处理厂 3 802 座，污水处理能力约 1.61 亿 m3/d。然而，由于我国污水处理厂建设存在严重的“重 水轻泥”现象，导致大量污泥“积压”，未得到合理安全 的处理处置[1]。在污泥产量不断增长，处理处置技术尚 不完善，处理处置标准逐渐严格的情况下，污泥深度 脱水技术显得尤为重要。
表 1 化学絮凝剂的分类
分类
属性
代表性絮凝剂
作用机理
参考文献
传统污泥絮凝 剂
无机低分子絮凝剂 无机高分子絮凝剂
氯化铁、硫酸铝等铁铝盐阳离子型及生 石灰、碳酸钙等阴离子型
与带电颗粒电性相反的异电离子在颗粒表面进行化 学吸附使其表面电位降低，粒子间更易碰撞结合成大 颗粒物
聚硫酸铁、聚氯化铁在内的聚铁盐和以 高分子絮凝剂分子量大，高分子链聚合度高，可形成
化学絮凝剂主要分为传统无机絮凝剂、新型有机 絮凝剂、复合絮凝剂。传统无机絮凝剂按分子量大小 可分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂 [10]；新 型絮凝剂主要包括合成有机高分子絮凝剂、天然高分 子絮凝剂和微生物絮凝剂等；复合絮凝剂是由多种无 机、有机絮凝剂制备或复配而成的。化学絮凝剂具体 分类如表 1 所示。
聚硫酸铝、聚氯化铝为代表的聚铝盐等“胶粒－高分子物质－胶粒”的集合体，充分发挥无机低
阳离子絮凝剂
分子絮凝剂所不具有的吸附架桥作用
[7] [7, 10]
新型有机絮凝 剂
有机高分子絮凝剂 氧聚 氨乙丙 基烯烯 甲酰 基胺 化聚、聚丙二稀甲酰基胺二、丙聚烯丙基烯氯酰化胺铵、聚、有强，机网高捕分性子能絮较凝好剂相对分子量大，架桥吸附能力更
[7] [11-12]
无机-有机絮凝剂 制备的絮凝剂
累托石和虾蟹壳等原料
AR（铝改性累托石）-PQ（氢钠和虾蟹壳为主要原料制 成天然高分子材料）制备絮凝剂
[13]
复合絮凝剂
无机-有机絮凝剂 复配的絮凝剂
亚铁盐类无机聚合物、碱性钙离子类助 凝剂、线性有机高分子聚合物复配
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能够同时发挥有机和无机絮凝剂的优势
污泥深度脱水技术是指污泥脱水后含水率降低 至 55%~65%，特殊条件下污泥含水率还可以更低[2]，该 技术在国外 20 世纪 70-90 年代应用较多，而我国国 内关于污泥深度脱水技术的应用较晚，但发展较快，
与我国目前大量污泥的积压有直接联系。污泥调理脱 水至含水率 60%以下后具有巨大的减容效果，在进一 步处置之前降低污泥含水率可以极大降低资本投入 与运输管理费用。但污泥深度脱水存在 3 个限制因 素，即胶体颗粒物的难沉降性、污泥固体的强压缩性 和 胞 外 聚 合 物 （extracellular polymeric substances， EPS）对水的高亲和性[3]，研究表明，可以通过凝聚或絮 凝作用提高污泥的沉降性能，添加骨架构建体增强污 泥的可压缩性，释放 EPS 中水分或促进污泥中水分的 形态转化以解除 3 种因素对污泥深度脱水的限制[4]。 污泥调理预处理是污泥深度脱水的关键步骤，预处理
[14]
1.3 化学调理污泥脱水技术的优缺点
苏洪敏等[15]认为当一定频率的超声波持续作用于
絮凝脱水技术适用范围广，对于一些采用一般方 某个液体体系时，原来存在于液体中的许多微气泡
法难以脱水的污泥也同样适用，且脱水效果好。虽然 目前不断有克服传统絮凝剂缺陷的新絮凝剂被研发， 但絮凝剂的生产技术尚不成熟，成本比较高，有些絮 凝剂具有毒性且难生物降解，进入环境后可能产生二 次污染（如聚丙烯酰胺和聚合氯化铝等），同时还可能 存在生态安全隐患。总体而言，化学调理能够保证较 好的脱水效果，在相当一段时间内，仍会在污泥脱水 技术中发挥重要作用，但因其安全隐患最终会被新的 环境友好型调理剂所取代。
《环境科学与技术》编辑部：（网址）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠ｖｉｐ．１２６．ｃｏｍ 收稿日期：2015-09-30；修回 2015-11-12 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07315-003）；江苏省政策引导类计划（产学研合作）-前瞻性联合研究项目（BY201501927） 作者简介：王硕（1984-），男，副教授，博士，从事污泥处理处置方向研究，（电子信箱）shuowang@jiangnan.edu.cn；* 通讯作者，女，教授，主要从事污水处 理厂运行与调控研究，（电话）0510-85197210，（电子邮箱）lji18@126.com。
关键词：污泥； 絮凝； 深度脱水； 城市污水处理厂 中图分类号：X703 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2015.12Q.038 文章编号：1003-6504(2015)12Q-0186-05
Recent Advances on Deep Dewatering of Sludge in Wastewater Treatment Plant
（空化核）会随之振动，并随机形成许多大小不等的小 气泡。当这些气泡破灭时，将产生极为短暂的高强度 压力脉冲，并在气泡周围的微小空间产生热点。瞬间 热点产生高温(5 000 K)和高压(5×104 kPa)，同时还会 产生很高的剪切力，将微生物的细胞壁击破。在不添 加化学药剂、生物酶及其它物质的情况下，连续的高 频率超声波可以溶解微生物细胞，破坏菌胶团结构， 显著提高污泥的脱水性能。齐建等[16]在研究中发现，采 用超声波技术处理城市污泥时，能够产生一种海绵效 应，使水分更易从波面传播产生的通道通过，从而使 污泥颗粒团聚、粒径增大，当污泥粒径增大到一定程 度, 就会做热运动相互碰撞、粘结，最终形成沉淀。在 较短的时间内，可以改变污泥的结构特性，强化污泥 脱水性能。但是如果作用时间过长, 污泥 EPS 结构遭 到破坏使颗粒被完全破碎[17]，粒径变小，反而会导致脱 水性能的恶化。这是由于长时间超声波的空化及机械 破碎作用，污泥絮体的颗粒粒径达到数十微米，污泥
第 12Q 期
王硕，等 城市污水处理厂污泥深度脱水技术研究进展
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调理主要分为化学调理、物理调理和生物调理，其中化 前期是通过化学调理剂的调理改变污泥颗粒物的粒
学调理是目前应用较为广泛的技术方法[3,5-6]。本文主要 径大小和表面电荷等性质，之后通过离心或者压滤的
从化学调理脱水技术、物理预处理脱水技术、生物调 方式进一步去除污泥中水分，从而达到深度脱水的目
理脱水技术及新型脱水技术等四方面描述污泥深度 的[9]。
脱水技术的研究进展。
1.2 化学絮凝剂分类
1 化学调理污泥脱水技术
1.1 化学调理原理 化学絮凝剂调理污泥的原理是加入带正电基团
的絮凝剂，通过压缩双电层、电荷中和、吸附架桥和网 捕作用使污泥胶体脱稳，实现固液相分离，并通过重 力沉降进一步降低污泥含水量[7-8]。化学调理脱水技术
第 38 卷 第 12Q 期 2015 年 12 月
Environmental Science & Technology
Vol.38 Dec.
第No32.18021卷Q5
王硕，陈晓光，陈宇，等．城市污水处理厂污泥深度脱水技术研究进展［Ｊ］．环境科学与技术，２０１５，３８（１２Ｑ）：１８６－１９０．Ｗａｎｇ Ｓｈｕｏ， Ｃｈｅｎ Ｘｉａｏｇｕａｎｇ， Ｃｈｅｎ Ｙｕ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｃｅｎｔ ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｎ ｄｅｅｐ ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔ［Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，３８（１２Ｑ）：１８６－１９０．
WANG Shuo1, 2, CHEN Xiaoguang1, CHEN Yu3, YANG Qianqian1, LI Ji1, 2*
（1. School of Environment and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2. Jiangsu Key Laboratory of Anaerobic Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;