污泥含水率極高，可以達(dá)到99%，甚至更高。其中還包含重金屬、有機質(zhì)、氮和磷等植物性營養(yǎng)元素以及有毒有害有機物等。污泥脫水篩污泥絮體呈膠狀態(tài)，易腐化變質(zhì)甚至引起流行病，極易造成二次污染。一般來說污泥按污水來源特性的不同可將污泥分為生活污泥及工業(yè)污泥。污泥中水分的存在形式有四種：間隙水、毛細(xì)管結(jié)合水、表面吸附水以及內(nèi)部結(jié)合水。

    2、影響污泥脫水的因素

    2.1

    胞外聚合物(EPS)胞外聚合物(EPS)是一種高分子有機聚合體，主要聚集在污泥膠體微生物細(xì)胞外，一般認(rèn)為EPS占活性污泥總有機質(zhì)的50%～90%。由于存在親水性官能團(tuán)(如羥基)和具有復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的菌膠團(tuán)，EPS可改變污泥顆粒的表面特性，增加其親水性和黏度。

    例如劉軼等的實驗研究表明，胞外聚合物對污泥脫水的性能影響顯著，胞外蛋白質(zhì)含量、胞外多糖含量以及EPS的總含量對污泥脫水性能的影響性能并不顯著。然而眾多學(xué)者的研究并沒有達(dá)成一致，如Feng等認(rèn)為低含量S-EPS(溶解性胞外聚合物)能促進(jìn)細(xì)小顆粒污泥的絮凝沉降，有助于提高污泥的混凝效應(yīng)，從而提高脫水性能，并提出優(yōu)的S-EPS含量約為400~500mg/L。而Yuan等也發(fā)表了類似的結(jié)論，但其得出優(yōu)的S-EPS含量僅為15~18mg/L。對EPS的作用機理的研究仍需不斷的深入。

    2.2

    粒徑分布在污泥中，細(xì)小污泥顆粒所占比例越大，污泥的脫水性能就越差。因為越是細(xì)小的污泥其水合程度越高，從而影響污泥的脫水性能。

    眾多的研究表明污泥脫水的關(guān)鍵在于釋放內(nèi)部結(jié)合水，僅僅去除毛細(xì)結(jié)合水和表面吸附水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到污泥脫水的目的。Feng等指出，污泥的佳粒徑在80~90μm之間，污泥的比阻與毛細(xì)水時間同時達(dá)到小值，此時增大或縮小污泥粒徑都將使污泥脫水性能惡化。而yang得出的佳粒徑為129.87μm，造成這種不同的結(jié)論可能是由于污泥種類與性質(zhì)的不同。

    2.3

    Zeta電位污泥顆粒具有雙電層結(jié)構(gòu)，由帶負(fù)電的微生物菌膠團(tuán)粒子組成。Zeta電位的高低對污泥膠體顆粒的凝聚和沉降性能有著決定性的影響，進(jìn)而影響污泥的脫水性能。

    一般來說Zeta電位在-5~0mV時可以獲得較好的混凝效果。李敏在研究中發(fā)現(xiàn)pH值與介質(zhì)性質(zhì)也會影響Zeta電位。Wilén等試驗研究進(jìn)一步指出，污泥顆粒表面帶電的重要影響因素是EPS，且EPS中PN和HS對Zeta電位的貢獻(xiàn)大。

    2.4

    黏度污泥為非牛頓流體，具有粘度和彈性兩種特性，因此黏度是評價污泥流變特性、化學(xué)調(diào)理效率和脫水性能的重要參數(shù)。

    Li的研究發(fā)現(xiàn)污泥的粘度受LB-EPS(疏松型胞外聚合物)的影響顯著，并且污泥的粘度越大脫水性能越差。Chen的研究表明，污泥黏度和濾餅含水率呈正相關(guān)性(R=0.84)，但濾餅含水率隨黏度增加呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，污泥的脫水佳黏度為20~25mPa˙s。

    近年來，邢奕等研究表明pH的波動也會影響污泥的脫水性能。在Ph值為3.03的條件下，CST和污泥濾餅含水率均降至低，污泥脫水性能達(dá)到優(yōu)。

    3、污泥脫水技術(shù)

    污泥脫水流程主要分為四個部分：1)污泥濃縮，對污泥進(jìn)行初步脫水;2)污泥調(diào)質(zhì)，改變污泥的絮體結(jié)構(gòu);3)污泥脫水，減少污泥體積;4)污泥終處置。

    3.1 傳統(tǒng)污泥脫水工藝

    3.1.1

    干化傳統(tǒng)的污泥脫水方式是自然干化，主要方法有污泥池法、沙地干化床和冷凍脫水等。雖然自然干化成本低，操作簡單，但其也具有時耗長、有毒有害物質(zhì)殘留、脫水不徹底等缺點。自然干化通常需要4~5周的時間，一周可以將污泥的含水率降低至60%左右，4~5周后污泥的含水率通常低于10%，但為了保證脫水效果，該工藝只能在氣候干燥的地區(qū)使用。

    為避免造成二次污染和降低成本，很多技術(shù)都是建立在微生物的基礎(chǔ)上。污泥生物干化法是快速散發(fā)污泥中的水分降低其含水率，并使物料保持較高的熱值，便于焚燒或作為肥料等后續(xù)再利用，該技術(shù)雖未能推廣運用，但具有極高的開發(fā)價值和廣闊的運用前景。

    3.1.2

    機械脫水機械脫水是污泥常見的脫水方式，常見的脫水機有離心分離機、壓濾、機真空過濾機等。主要是依靠過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動力，使污泥泥水強制分離。

    但是，直接通過機械脫水，污泥的含水率并不能有效的降低。李華等試驗研究表明，某石油化工企業(yè)污水處理廠的污泥，污泥脫水篩經(jīng)過濃縮作用和機械脫水后,污泥的含水率仍高達(dá)85%左右。而且也沒有解決污泥干化時成本高的問題。

    目前，國家提倡把污泥的含水率降低到60%以下。南京某污水處理廠所采用的高壓雙膜片壓濾機系統(tǒng)。與現(xiàn)普遍使用的帶式脫水機和離心脫水機相比，高壓雙膜片污泥壓濾機的脫水效果得到極大的提高，脫水后污泥含水率低可達(dá)到45%。

    3.2 常見的脫水工藝

    3.2.1

    酸處理工藝酸處理污泥的作用機理是在酸性條件下，活性污泥的胞外聚合物受到破壞水解，改變污泥的水分分布，使部分間隙水從污泥絮體或細(xì)胞中釋放出來，從而達(dá)到提高污泥脫水性能的效果。

    將酸處理與絮凝劑相結(jié)合能有效的降低藥劑的投加量，如何文遠(yuǎn)等使用H2SO4對污泥進(jìn)行預(yù)處理，并與僅使用陽離子型PAM處理的污泥進(jìn)行對照，H2SO4預(yù)處理之后，板框壓濾30min后，泥餅含水率降低了5.9%(從76.14%降低到70.24%)，提高了脫水性能。同樣的洪晨等的研究也表明，酸性條件下表面活性劑的作用效果較好，污泥濾餅含水率明顯降低。當(dāng)pH值為3、表面活性劑投加量為93.75mg/g時含水率和比阻可分別降至60.12%、0.59×1013m/kg。

    3.2.2

    氧化法工藝氧化法是利用強氧化性的藥劑，破壞污泥顆粒中的細(xì)胞組織及膠體結(jié)構(gòu)，釋放內(nèi)部結(jié)合水，從而提高污泥的脫水性能。

    常用的工藝為Fenton，在實際操作中也有良好的效果。如梁秀娟等采用Fenton氧化法對印染污泥進(jìn)行處理，當(dāng)pH值為2.0，H2O2和Fe2+投加量分別為428mg˙g-1(干泥)和42.8mg˙g-1(干泥)，反應(yīng)時間1.5h、反應(yīng)溫度80℃時,TSS由18.66g/L下降至4.82g/L。毛細(xì)水時間和比阻分別由98.6s和6.03×1011s2/g下降至18.9s和8.42×1010s2/g。

    3.2.3

    冷凍凍融技術(shù)冷凍凍融技術(shù)，通過有效地壓縮污泥絮體結(jié)構(gòu)來提高污泥的脫水性能。污泥中的水分子在冷凍時會形成不規(guī)則的冰針，這些冰針不斷凝結(jié)污泥絮體中的自由水，絮體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，釋放大部分的間隙水。

    例如陳悅佳等的研究表明，在相對較高的溫度(-5℃)下凍融，可以更加完全的破解污泥，大限度的釋放胞內(nèi)有機物。污泥在-5℃下完全冷凍后(約5h)，轉(zhuǎn)移到相對較低的溫度下繼續(xù)固化，可以獲得更好的凍融效果。而李愷等研究了冷融技術(shù)與化學(xué)調(diào)理聯(lián)合對污泥脫水的影響，得出在-15℃，表面活性劑CTAC投加量為7.38g/L時，將污泥含水率降至62%左右。對于冷凍溫度的差異，可能是由于整體調(diào)理方式的不同導(dǎo)致的。

    3.2.4

    污泥調(diào)理技術(shù)目前運用為廣泛的污泥脫水方式是調(diào)理劑與機械脫水相結(jié)合的工藝。污泥脫水篩調(diào)理劑分為化學(xué)調(diào)理劑和生物調(diào)理劑兩大類，化學(xué)調(diào)理劑又分為助凝劑和絮凝劑。目前在污水處理廠應(yīng)用廣泛的是無機絮凝劑及有機高分子絮凝劑。無機絮凝劑是一種電解質(zhì)化合物，主要有鐵系和鋁系兩類。雖然無機絮凝劑廉價易得，但是用量大，處理效果不理想。所以近些年漸漸的開始被有機高分子絮凝劑替代。天然生物高分子絮凝劑具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境雙重效益，但是還處于研究階段。