【學(xué)員問題】城市污泥干燥的研究進(jìn)展？

　　【解答】近年來(lái)，污泥產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。目前，我國(guó)年廢水排放總量超過400×108t，每年排放干污泥約為550×104～600×104t，且不斷增加。一方面是由于污水管網(wǎng)的服務(wù)人口不斷增加，另一方面是由于水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格。

　　污泥是一種高水分的多孔介質(zhì)物質(zhì)，未經(jīng)處理的污泥含水率高達(dá)95%以上。因其含水量高，體積大，污泥的處理因不同的目的而采用不同的處理方法。

　　傳統(tǒng)的污泥處理與處置技術(shù)系統(tǒng)為：污泥→濃縮→穩(wěn)定→脫水，脫水之后的污泥通常采用農(nóng)用、填埋或焚燒的處置方法。

　　在這幾種技術(shù)系統(tǒng)中，農(nóng)用或因濃縮污泥含水率太高（一般為92%～96%），造成運(yùn)輸困難、運(yùn)輸量大，或因脫水泥餅分散困難需借助機(jī)械設(shè)備支持田間操縱，使該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在較多的困難；填埋則因脫水泥餅含水率較高（一般為70%～85%），土力學(xué)性質(zhì)差，需混進(jìn)大量土壤，從而導(dǎo)致土地的容積利用系數(shù)明顯降低；脫水泥餅直接焚燒，也因其含固率低不能達(dá)到維持過程自行運(yùn)作所需的能值，需加進(jìn)輔助燃料，使處理本錢明顯增加，難以承受。綜合分析上述污泥處理與處置技術(shù)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所碰到的困難，不丟臉出污泥的含水率是關(guān)鍵的影響因素。因此，降低污泥含水率是解決目前在污泥處理所碰到的很多題目的關(guān)鍵。

　　污泥的干燥是污泥進(jìn)行資源化（農(nóng)用、焚燒等）的條件。目前，污泥的干燥技術(shù)已經(jīng)等到較為深進(jìn)的研究，很多技術(shù)已經(jīng)得到推廣及應(yīng)用。本文在分析污泥含水特性的基礎(chǔ)上論述了污泥干燥技術(shù)的各種方法，為污泥的更有效的資源化處理利用提供參考。

　　1城市污泥含水特性分析

　　1.1城市污泥體積和含水率的關(guān)系

　　污泥的含水率一般都很大，相對(duì)密度接近1.主要取決于污泥中固體的種類及其顆粒大小。通常，固體顆粒越細(xì)小，其含有機(jī)物越多，污泥的含水率越高。

　　污泥的含水率或固體含量與污泥體積密切相關(guān)，污泥經(jīng)過消化或脫水處理的前后，其污泥體積、固體含量及含水率之間的關(guān)系可按照下式簡(jiǎn)易換算：

　　V2=V1（100-P1）/（100-P2）

　　式中，V2、P2分別表示處理后污泥總體積（cm3）和含水率（%）。根據(jù)上述公式，污泥含水率稍有降低，其總體積就會(huì)明顯減少。

　　例如，污泥含水率從95%降至90%時(shí)求污泥體積的改變。

　　解：由式V2=V1（100-P1）/（100-P2）

　　得：V2=（100-95）/100-90）V1=1/2V1

　　可見污泥體積減少一半。所以降低污泥中含水率具有十分重要的意義。

　　1.2污泥水分存在形式及其干燥的可行性

　　20世紀(jì)80年代，Mülle[5]等人對(duì)污泥的干燥特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其與晶體物質(zhì)的干燥特性有很大的差異。他們以為，水分在污泥中有4種存在形式：間隙水分、毛細(xì)管結(jié)合水分、表面吸附水分以及結(jié)合（內(nèi)部）水分，分別反映了水分與污泥固體顆粒結(jié)合的情況。

　　間隙水：被大小污泥塊包圍著的間隙水，并不與固體直接結(jié)合，作用力弱，因而很輕易分離。這部分水是污泥濃縮的主要對(duì)象。間隙水約占污泥水分總量的70%.

　　毛細(xì)管結(jié)合水：污泥中的各類毛細(xì)管結(jié)合水約占污泥中水分總量的20%.由于毛細(xì)現(xiàn)象形成的毛細(xì)管結(jié)合水受到液體凝聚力和液固表面附著力作用，要分離出毛細(xì)管結(jié)合水需要有較高的機(jī)械作用力和能量，可以用與毛細(xì)水表面張力相反的作用力，例如離心力、負(fù)壓抽真空、電滲力或熱滲力等，常用離心機(jī)、真空過濾機(jī)或高壓壓濾機(jī)來(lái)往除這部分水、

　　表面吸附水：污泥常處于膠體狀態(tài)，膠體顆粒很小，比表面積大，所以表面張力作用吸附水分較多。表面吸附水的往除較難，不能用普通的濃縮或脫水方法往除。通常要用混凝方法加進(jìn)電解質(zhì)混凝劑，以達(dá)到凝聚作用而易于使污泥固體與水分分離。

　　內(nèi)部水：一部分污泥水被包圍在微生物的細(xì)胞膜中形成內(nèi)部結(jié)合水。內(nèi)部水和固體結(jié)合得很緊，要往除它必須破壞細(xì)胞膜。用機(jī)械方法使不能脫除的，但可用生物作用（好氧堆肥化、厭氧堆肥化等）使細(xì)胞進(jìn)行生化分解，或采用其他方法破壞細(xì)胞膜，使內(nèi)部水變成外部液體從而進(jìn)行往除。表面吸附水和內(nèi)部水約占污泥中水分的10%，都可以采用人工加熱干化熱處理或焚燒法往除。

　　2污泥的濃縮及脫水

　　濃縮主要是往除污泥中的間隙水，是城市污水處理后的第一步驟，也就是污泥處理系統(tǒng)的第一步驟。濃縮是減少污泥體積最經(jīng)濟(jì)有效的方法，但濃縮通常難以將污泥含水量降低到90%以下。

　　污泥濃縮的工藝通常有重力濃縮、機(jī)械濃縮、氣浮濃縮三種，其中，利用自然的重力作用分離污泥液的重力濃縮是使用最廣泛和最簡(jiǎn)便的濃縮方法。由于傳統(tǒng)的重力濃縮存在天生的缺陷，目前，對(duì)污泥的濃縮和機(jī)械脫水的研究得到關(guān)注，Mihoubi等研究得出了污泥機(jī)械脫水中濃縮、具體阻力和壓力之間的關(guān)系，吉圃圃對(duì)污泥的濃縮脫水一體化技術(shù)進(jìn)行了探討，席瑩本等闡述了濃縮脫水“一體化機(jī)”在污泥濃縮上的應(yīng)用，Raats等還研究了污泥的動(dòng)電脫水。

　　為了進(jìn)步污泥濃縮脫水效率，在進(jìn)行污泥濃縮之前進(jìn)行污泥調(diào)理。污泥調(diào)理方法有洗滌（淘洗調(diào)節(jié)）、加藥（化學(xué)調(diào)節(jié)）、熱處理及冷凍熔融法。近年來(lái)，高分子混和劑在污泥

　　濃縮中得到了廣泛的應(yīng)用，另外，F(xiàn)enton過氧化反應(yīng)可以進(jìn)步污泥的脫水性和干燥性能，李丹陽(yáng)等先容了超聲波技術(shù)在污泥預(yù)處理中的應(yīng)用。

　　污泥脫水包括自然干化和機(jī)械脫水。自然干化可以使污泥的含水率降低到65%，但這種方法需要大量的場(chǎng)地和勞動(dòng)力，而且受天氣條件的影響大。

　　機(jī)械脫水是污泥脫水的主要方向。目前大多數(shù)的污水處理廠采用機(jī)械進(jìn)行污泥脫水，其中以帶式壓濾機(jī)為主。通過帶式壓濾機(jī)脫水的泥餅含水率為75%左右。

　　3城市污泥干燥方法

　　研究表明，經(jīng)傳統(tǒng)的濃縮和脫水工藝處理之后的污泥的含水率不可能達(dá)到60%以下假如要達(dá)到較為深度的脫水，就必須引進(jìn)各種污泥干燥技術(shù)。

　　3.1熱干燥

　　目前，很多國(guó)家已在污泥處理中采用熱干燥技術(shù)。按照熱介質(zhì)是否與污泥相接觸，現(xiàn)行的污泥熱干燥技術(shù)可以分為三類：直接熱干燥技術(shù)、間接熱干燥技術(shù)和直接-間接聯(lián)合式干燥技術(shù)。

　　直接熱干燥技術(shù)又稱對(duì)流熱干燥技術(shù)。對(duì)流熱干燥是通過熱空氣從污泥表面往除水分。干燥的效率取決于如下兩個(gè)因素：空氣運(yùn)行條件（穩(wěn)點(diǎn)、相對(duì)濕度、速度）和污泥的自身結(jié)構(gòu)及特征。在操縱過程中，熱介質(zhì)（熱空氣、燃?xì)饣蛘羝�等）與污泥直接接觸，熱介質(zhì)低速流過污泥層，在此過程中吸收污泥中的水分，處理后的干污泥需與熱介質(zhì)進(jìn)行分離。排出的廢氣一部分通過熱量回收系統(tǒng)回到原系統(tǒng)中再用，剩余的部分經(jīng)無(wú)害化后排放。此技術(shù)熱傳輸效率及蒸發(fā)速率較高，可使污泥的含固率從25%進(jìn)步至85%～95%.但由于與污泥直接接觸，熱介質(zhì)將受到污染，排出的廢水和水蒸氣須經(jīng)過無(wú)害化處理后才能排放；同時(shí)，熱介質(zhì)與干污泥需加以分離，給操縱和治理帶來(lái)一定的麻煩。閃蒸式干燥器（flashdryer）、轉(zhuǎn)筒式干燥器（rotarydryer）、帶式干燥器（beltdryer）、噴淋式干燥器（spraydryer）、螺環(huán)式干燥器（toroidaldryer）和多效蒸發(fā)器（multipleeffectvaporattion）等都屬直接熱干燥裝置類型。

　　在間接熱干燥技術(shù)中，熱介質(zhì)并不直接與污泥相觸，而是通過熱交換器將熱傳遞給濕污泥，使污泥中的水分得以蒸發(fā)，因而熱介質(zhì)不僅僅限于氣體，也可用熱油等液體，同時(shí)熱介質(zhì)也不會(huì)受到污泥的污染，省卻了后續(xù)的熱介質(zhì)與干污泥分離的過程。過程中蒸發(fā)的水分到冷凝器中加以冷凝。熱介質(zhì)的一部分回到原系統(tǒng)中再用，以節(jié)約能源。由于間接傳熱，該技術(shù)的熱傳輸效率及蒸發(fā)速率均不如直接熱干燥技術(shù)，這種技術(shù)的操縱設(shè)備有薄膜熱干燥器，圓盤式熱干燥器等。

　　直接-間接聯(lián)合式干燥系統(tǒng)則是對(duì)流-傳導(dǎo)技術(shù)的整合，如Vomm設(shè)計(jì)的高速薄膜干燥器，Sulzer開發(fā)的新型流化床干燥器以及Envirex推出的帶式干燥器就屬于這種類型。在所有提及的這些干燥器中，閃蒸式干燥器是目前應(yīng)用最廣的一種。

　　胡龍等對(duì)以機(jī)械脫水+熱干燥為主線的處理技術(shù)系統(tǒng)和以預(yù)干燥+焚燒工藝處理污泥的綜合熱干燥系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并得出…具有可行性。馬德剛等進(jìn)行了電場(chǎng)協(xié)同作用下污泥熱干燥的試驗(yàn)，結(jié)果表明，有電場(chǎng)時(shí)污泥的粘壁強(qiáng)度可降低到無(wú)電場(chǎng)時(shí)的1/16，且當(dāng)污泥含水率大于50%時(shí)其干燥速度較傳統(tǒng)方法有明顯的進(jìn)步。

　　3.2利用太陽(yáng)能干燥

　　目前，采用自然重力和機(jī)械脫水處理是我國(guó)污泥脫水處理的兩種主要方式。與這兩種方式相比，太陽(yáng)能干燥技術(shù)則具有節(jié)能、運(yùn)行用度低、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能干燥污泥在國(guó)外有報(bào)道。在國(guó)內(nèi)，天津大學(xué)和天津市紀(jì)莊子污水處理廠聯(lián)合進(jìn)行了利用太陽(yáng)能干燥技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行脫水試驗(yàn)，以期為進(jìn)一步降低污泥脫水的運(yùn)行用度以及節(jié)約能源找到新的方法。

　　鄭宗和等通過試驗(yàn)證實(shí)利用太陽(yáng)能污泥干燥技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理是一項(xiàng)可行的新技術(shù)。該技術(shù)使城市污水廠污泥脫水處理的進(jìn)一步節(jié)能成為可能。雷海燕等通過實(shí)驗(yàn)研究探索了利用混合型太陽(yáng)能干燥器干燥污泥的可行性及污泥的干燥特性。

　　另外，利用太陽(yáng)光和簡(jiǎn)單的輔助設(shè)備直接對(duì)污泥進(jìn)行干燥具有節(jié)能和低本錢的優(yōu)點(diǎn)。丘錦榮等通過對(duì)利用塑料棚和日光對(duì)污泥和有機(jī)廢棄物進(jìn)行干燥的試驗(yàn)研究，初步設(shè)計(jì)出了可以達(dá)到高溫低濕的塑料棚，達(dá)到快速干燥污泥及其他有機(jī)物的目的。

　　3.3微波加熱干燥

　　微波技術(shù)由于其的熱盡緣特性，廣泛應(yīng)用于科技領(lǐng)域的各個(gè)方面，微波加熱也被以為是高溫分解有機(jī)物（如生物體，煤等）的一種可選方法。與傳統(tǒng)的干燥方法相比，微波加熱干燥污泥可以節(jié)約大量的時(shí)間和能量。

　　Menlendez等研究表明，假如用微波處理單獨(dú)的污泥，那么污泥只是起到干燥的作用；要是微波處理的污泥中參進(jìn)少量的合適的微波吸收體，那么干燥的溫度可以達(dá)到900℃，此時(shí)對(duì)污泥起到的是分解作用而不是干燥作用。

　　Idris等利用微波加熱對(duì)含硅污泥干燥，得出了溫度升高和持續(xù)干燥過程在理論和試驗(yàn)上的一致性，并得出在較短干燥時(shí)間里產(chǎn)生較高干燥效率的污泥質(zhì)量和熱量比。

　　3.4其他污泥干燥技術(shù)

　　通過種植植物對(duì)污泥的干燥：根據(jù)植物的本身對(duì)水分的吸收和蒸騰的特性，通過在污泥上直接種植一些特種植物，如玉米、芋等，使污泥本身的理化性質(zhì)發(fā)生改變，從而進(jìn)步其干燥性能。MOUSSA等在污泥上種植多種不同植物的試驗(yàn)表明，植物可以改進(jìn)污泥的干燥特性。LIU等在城市污泥上種植玉米等植物的試驗(yàn)表明，污泥的含水率從85%降低到60%左右。植物在干燥污泥的同時(shí)可以收獲植物產(chǎn)品和使污泥穩(wěn)定化。

　　超聲波技術(shù)：超聲波脫水常見工藝為：城市污泥→重力沉降→超聲波處理→機(jī)械脫水。超聲波處理也可以看作是污泥機(jī)械脫水的預(yù)處理或者是污泥的調(diào)理。超聲波能有效的破壞菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，將其內(nèi)部包含水被開釋成為可以比較輕易的往除的自由水。張光明等較為全面的先容了超聲波技術(shù)在污泥脫水干燥中的應(yīng)用。

　　表1各種污泥干燥方法的優(yōu)劣

　　4結(jié)論與研究展看

　　污泥干燥技術(shù)的精益求精，尤其是近年來(lái)的完善和發(fā)展，已使污泥干化后農(nóng)用、作為燃料使用、焚燒乃至減少填埋場(chǎng)地成為可能。

　　隨著科技的發(fā)展，將會(huì)有更多的新方法應(yīng)用于污泥干燥技術(shù)上，污泥干燥技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的完善與革新，這將直接推動(dòng)污泥處置手段的發(fā)展，拓展了污泥處置手段的選擇范圍，使之在安全性、可靠性、可持續(xù)性等方面得到越來(lái)越可靠的保證，終極使污泥能夠更有效地進(jìn)行資源化利用。

　　表1對(duì)目前應(yīng)用的各種污泥干燥方法的優(yōu)劣做了簡(jiǎn)單的比較。根據(jù)各種干燥方法所需要的外加能量和設(shè)備投資的多少進(jìn)行加權(quán)，終極估算出各種方法的應(yīng)用性價(jià)比。由表1可以看出，利用可再生的太陽(yáng)能和通過種植植物對(duì)污泥的干燥這兩種方法具有最高的性價(jià)比。

　　值得一提的是，利用可再生的太陽(yáng)能和通過種植植物對(duì)污泥的干燥方法，不但具有節(jié)能，操縱方便，投資本錢低等優(yōu)點(diǎn)，而且充分利用了太陽(yáng)能和生物資源等可再生能源�？紤]到環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展以及不斷嚴(yán)重化的能源危機(jī)題目，預(yù)計(jì)這兩種方法將在未來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。

　　以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。