城市污泥水熱處理技術(shù)研究進(jìn)展

陳 苑，王振宇

（浙江省麗水市麗水學(xué)院，浙江麗水 323020）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的增加，污水產(chǎn)量也隨之劇增，污水處理事業(yè)得到重視。污水處理廠的建設(shè)投運(yùn)伴隨產(chǎn)生大量的剩余污泥，以含水率80%計(jì)，全國每年產(chǎn)生30～40mt市政污泥，預(yù)計(jì)到2023年市政污泥產(chǎn)量將達(dá)到90mt[1]。然而，我國目前仍然存在著重水輕泥、處置率低、責(zé)任主體不明等問題。大量污泥的直接堆放或填埋導(dǎo)致污泥運(yùn)輸費(fèi)用的增加，大量土地廢棄，污泥利用率偏低；同時(shí)，污泥中還存在大量病原菌、寄生蟲卵、重金屬和一些有毒有害的難降解有機(jī)污染物，有機(jī)會(huì)通過生物鏈影響到動(dòng)植物及人類；另外，污泥中含有30%～70%的有機(jī)物，以及植物生長所需的N、P、K等營養(yǎng)組分，但污泥的直接堆放或填埋使得這些資源不能得到有效利用。然而，隨著人們對(duì)環(huán)境問題的不斷認(rèn)識(shí)以及對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的逐步提高，對(duì)污泥進(jìn)行無害化、穩(wěn)定化、資源化處置已逐步受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。因此，降低污泥含水率是節(jié)約污泥處理成本、提高污泥后續(xù)處置效率的關(guān)鍵。

1 水熱處理技術(shù)

水熱處理技術(shù)是一種有效的污泥預(yù)處理技術(shù)[2]。污泥水熱技術(shù)是指在密閉的容器中將污泥加熱到130℃及以上，并在飽和蒸汽壓下維持30～60min，使污泥中的微生物絮體解體、細(xì)胞破裂，大分子有機(jī)物釋放，并進(jìn)一步分解為小分子有機(jī)物，細(xì)胞內(nèi)結(jié)合水被釋放，導(dǎo)致水更容易與污泥顆粒分離，進(jìn)而極大地提高了污泥的脫水性能[3—4]。

1.1 水熱處理對(duì)污泥含水率的影響

水熱處理技術(shù)通過高溫高壓的飽和蒸汽作用使污泥顆粒相互碰撞，破壞污泥膠體結(jié)構(gòu)，破裂微生物細(xì)胞，顯著降低污泥束縛水含量，使其析出成為自由水，最終顯著改善污泥的脫水性能。研究表明，水熱處理將污泥單位固體顆粒的束縛水含量由原始的3.6g/g降至1.0g/g以下，并且隨著熱處理時(shí)間的增加，束縛水含量逐漸降低，但降低的幅度減小，在水熱處理?xiàng)l件為170℃/90min時(shí)束縛水含量降至0.592g/g[5]。由于水熱處理使污泥中大部分的束縛水轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤蛊涓菀妆粰C(jī)械去除。束縛水含量大大降低，從而極大地改善了污泥的脫水效果。國內(nèi)研究者發(fā)現(xiàn)，在170℃下水熱改性的污泥壓濾脫水后含水率可降至50%左右[6]。原始污泥采用常規(guī)機(jī)械脫水（如壓濾、離心等）后的污泥含水率約為80%，而原始污泥經(jīng)水熱干化與機(jī)械脫水聯(lián)合，可使泥餅含水率降至50%以下，并且水熱處理溫度越高，水熱污泥脫水泥餅的含水率越低，干度越高[5]。

1.2 水熱處理對(duì)污泥COD的影響

污泥水熱處理過程中，微生物細(xì)胞破裂導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)的釋放，以及固體有機(jī)物的溶解和水解，都將導(dǎo)致污泥水解液中溶解性有機(jī)物明顯增加，同時(shí)固體有機(jī)物的溶解又使污泥同時(shí)達(dá)到減量化。劉金鳳等對(duì)污泥進(jìn)行水熱處理研究發(fā)現(xiàn)，在170℃下處理30min后，溶解性有機(jī)物溶出率為43.64%，揮發(fā)性懸浮固體/總懸浮固體降至31.98%。并且隨著水熱溫度的升高，COD溶出率和污泥減量化程度逐漸提高[7]。王在釗等的研究也同樣證實(shí)了該現(xiàn)象，污泥水熱處理溫度為200℃，處理時(shí)間1h，污泥固液比為10%時(shí)，COD溶出率可達(dá)最大，較原始污泥提高了96.5%，同時(shí)污泥減量化最大達(dá)到80.1%[3]。國外研究者同樣也有類似的報(bào)道，Kim等在180～210℃對(duì)污泥進(jìn)行水熱處理30min，污泥液相中COD溶出率提高了30%～37%，同時(shí)減少了VSS的含量[8]。這主要是由于在加熱條件下污泥中固體有機(jī)物的溶解所導(dǎo)致的。同時(shí)水熱處理可以進(jìn)一步水解污泥中有機(jī)組分，可將蛋白質(zhì)水解生成多肽、二肽、氨基酸等，并進(jìn)一步水解成低分子有機(jī)酸、氨及二氧化碳；碳水化合物水解成低分子量的多糖和單糖；脂肪水解生成硬脂酸、棕櫚酸等；核酸水解使胞內(nèi)的磷和氮釋放到水解液中。

1.3 添加劑對(duì)水熱處理效果的影響

為了進(jìn)一步提高處理效果，研究者在水熱處理過程中加入電解質(zhì)[9—10]。由于水熱法的水解作用以及電解質(zhì)的壓縮膠體雙電層和架橋作用等，水熱法和電解質(zhì)法的聯(lián)合作用能夠更大程度上提高污泥的脫水性能，并能降低反應(yīng)溫度[11]。常用電解質(zhì)有酸（如HCl、H2SO4）、堿[如NaOH、KOH、Ca（OH）2、Mg（OH）2]和 金 屬 離 子（如Ca2+、Mg2+）等[5，9—10，12]。Neyens等研究發(fā)現(xiàn)在溫度為80～155℃，pH為2的條件下，隨著溫度的升高，污泥含水率逐漸降低，從62.3%降至27.5%，另外污泥毛細(xì)吸水時(shí)間逐漸減小，污泥脫水最佳溫度為120℃[12]。但是由于藥劑的費(fèi)用高和高強(qiáng)度的腐蝕，實(shí)際運(yùn)行并不理想。同時(shí)Neyens等還發(fā)現(xiàn)在100℃水熱條件下投加氫氧化鈣也能夠明顯改善污泥的脫水性能[9]。另外，Guan等[11]研究發(fā)現(xiàn)，通過水熱水解聯(lián)合氯化鈣能夠明顯改善活性污泥的脫水性能，且脫水最佳溫度為130℃，降低了水熱法處理溫度，且隨著氯化鈣濃度的增加，溶解性蛋白質(zhì)和碳水化合物濃度增加，污泥毛細(xì)吸收時(shí)間逐漸減小，其脫水性能增強(qiáng)。

2 結(jié)束語

水熱處理作為一種高效的污泥脫水技術(shù)受到國內(nèi)外越來越多的關(guān)注。污泥水熱處理后，污泥泥餅的含水率和有機(jī)質(zhì)含量發(fā)生明顯變化。脫水后泥餅可通過污泥焚燒技術(shù)達(dá)到污泥的最終處置。污泥焚燒處理不僅可以最大限度地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和無害化，而且焚燒渣還可以制成附屬產(chǎn)品，是一種有效的污泥處置方式。污泥焚燒具有處理時(shí)間短，速度快，處理量大，占地面積小，無需長期儲(chǔ)存，可就地焚燒，不需要長距離運(yùn)輸，可以回收能量用于供熱或發(fā)電等特點(diǎn)。