常溫常態氧化破膜污泥脫水技術

摘 要：活性污泥法廣泛運用于市政和工業廢水處理，處理過程產水大量的活性污泥，有效減低污泥含水率是當前的一個技術瓶頸。常溫常態氧化破膜技術是一種有效的污泥脫水技術，其工藝、設備簡單，效果顯著。該文綜述了常溫常態氧化破膜污泥脫水技術的原理、技術特點，與國內外其他污泥脫水技術的比較，并且介紹了此技術運用的案例和應用前景的展望。

關鍵詞：常溫常態 氧化破膜 活性污泥 脫水

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0138-03

污水處理廠所產生的剩余污泥處理處置是當今世界環保課題的一大難題，有效減低污泥含水率是課題中的一個技術瓶頸。目前，我國的污水處理廠普遍采用的機械脫水方式可將污泥含水率將至75%～80%之間，而環保部辦公廳2010年發布的《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》中規定：污水處理廠以貯存（即不處理處置）為目的將污泥運出廠界的，必須將污泥脫水至50%以下含水率。

1 常溫常態氧化破膜污泥脫水技術及技術特點

常溫常態氧化破膜污泥脫水處理技術以破解菌膠團有機絮凝體的吸包水及菌膠團的內部水為研究方向，取得重大突破，污泥氧化破膜脫水技術基于膜界面電子轉移與氧化還原微反應理論，在常溫常壓下，完成氧化劑高能態電子在s-g、s-l界面與剩余污泥膠束結構鍵合鍵軌道對稱性轉移，實現污泥菌膠團結構和菌胞膜的氧化破解，使污泥中大量結構水、吸包水和晶胞水變成間隙水，聚沉后經高壓壓濾機一次脫水至含水率40%以下（可降到32%左右），實現污泥處理的減量化、穩定化、無害化。

該技術是在常溫常壓下，利用空氣和廢鐵屑、廢硫酸的相互作用下生成強氧化劑O3、Fe2（SO4）3，在這幾種藥劑及少量的FeSO4共同作用下，實現污泥菌膠團結構和菌胞膜的氧化破解，使污泥中大量結構水、吸包水和晶胞水變成間隙水，通過一系列的氧化、水解、混凝聚沉反應，形成不可逆轉的凝結硬化殼，使污泥顆粒具備一定的水穩定性和強度穩定性。聚沉后的污泥經高壓壓濾機一次脫水至含水率40%以下，實現污泥處理的減量化、穩定化、無害化。實現污泥較好的綜合利用，且具有投資省、見效快、節能減排。成套裝置處理污水廠污泥，解決了常溫深度脫水的世界性難題，是國內國外污水廠污泥深度處理的行之有效的途徑。應用該技術處理城市污水廠剩余污泥，不僅可以給污水廠帶來較好的經濟效益，也具有較好的社會及環境效益。

2 國內外污泥脫水技術比較

在國內外處置剩余污泥的傳統方法主要是將剩余污泥脫水后衛生填埋、焚燒和熱能利用、土地生物利用等。衛生填埋對污泥處置要求相對簡單，需要大量的填埋場地和污泥的運輸費用，而且容易造成運輸沿線臭氣散發、填埋場地下水污染和臭氣散逸等二次污染問題，我國污泥填埋主要滿足《城鎮污水處理廠污泥處置》混和填埋泥質（GB/T23485-2009）含水率低于60%，常規污泥脫水泥餅含水率在75%～85%，因此污泥含水率低于60%也是常規污泥脫水的一個技術瓶頸。

焚燒和熱能利用技術充分利用剩余污泥的剩余熱值發電，剩余污泥的干基高位熱值在2500～17000 kJ/kg，污泥的含水率越低污泥剩余熱值越高，污泥自持焚燒要求污泥含水率低于50%，由于常規剩余污泥脫水后含水率在75%～90%，泥餅熱值較低，污泥不能自持焚燒，污泥干化和焚燒不能達到自持焚燒生產，需要增加其他輔助燃料，成本較高，所以國內的污泥焚燒利用推廣的最關鍵的技術瓶頸是剩余污泥脫水后的含水率降到60%以下。

綜合上述生化處理剩余污泥的處置處理方法都存在無法突破含水率低于60%的技術瓶頸。主要原因是由于沒有很好地破解污泥細菌的ECP（包外聚合物）、油包水結構，污泥脫水含水率指標難以降到60%以下，影響了這些工藝技術的工業應用和推廣。

國內外有環保公司和研究機構正在致力于研究開發出來污泥脫水新技術，在具有經濟性優勢的條件下去突破脫水污泥含水率低于60%。將污泥含水率降低于60%的技術分兩種生產方式，第一種生產方式是將含水率99.2%～98%的低濃度剩余污泥先脫水降低到80%左右，再將污泥經過干法技術降低到60%以下；第二種生產方式是將含水率99.2%～98%的低濃度剩余污泥直接脫水降低到60%以下。

第一種生產方式第一生產階段一般采用常規低濃度脫水方法，目前國內主要技術工藝帶式脫水機工藝、臥式離心脫水工藝、板框脫水工藝等，這些常規工藝脫水污泥含水率在75%～85%，第二生產階段將含水率在80%左右污泥再采用堆肥、石灰調質、污泥化學改性、熱干化技術及電滲透等工藝。厭氧或含氧堆肥大多采用調理劑調理降低污泥含水率之后再堆肥生產，存在占地面積大，臭味較大，運行周期長，運行費用較高，處理能力較小等不足之處。石灰調質脫水工藝石灰投加率為20%～30%，石灰投加量大污泥增重較大，污泥容積較大，生產周期較長，泥餅和濾液是堿性，濾液還需調節PH值處理，設備的防腐要求也較高，運行費用較高。熱干技術由于污泥含水率較高，污泥熱值不能維持自身污泥干化運行需要增加外源能源，能耗較大，運行成本很高。電滲透干法存在設備投資、運行成本費用較高，設備的維護要求很高等不足之處。

第二種生產方式有石灰法技術、污泥熱干法技術、污泥加藥改性技術等。石灰法是將低濃度污泥濃縮后采用投加石灰和調理劑，調理的時間較長，投加率較高，石灰投加量大，干基污泥增重較大，污泥容積較大，生產周期較長，泥餅和濾液是堿性，濾液還需調節pH值處理，運行費用較高。污泥熱干法技術國外運行較多，能耗很高，存在投資費用和運行費用較高的特點。污泥加藥改性一般采用藥劑對污泥進行調理，沒有對污泥進行本質上的改變，降低污泥的含水率依賴的是機械設備的改進。污泥加藥改性技術分污泥菌膠團沉降性能改性和污泥菌膠團細菌改性，針對污泥沉降性能改性，污泥的脫水率只能降到65%左右。幾種脫水技術介紹如下：

（1）石灰穩定法污泥無害化技術：使用生石灰（CaO）穩定污泥。具體過程為：生石灰與污泥當中的水結合反應生成氫氧化鈣，再加入少量氨基磺酸與之反應成氨氣。在此過程中，每公斤石灰可以化合0.32 kg的水，同時釋放1141KJ的熱量，可將污泥溫度提升到70℃，pH值提升到12.4，從而有效殺滅病原體，并分解有機物，蒸發污泥中游離態水0.43 kg。另外氨基磺酸和石灰反應放出氨氣，起到輔助殺菌的作用，氨氣最后用吸收塔吸收。

石灰用量為脫水污泥重量的10%～15%，氨基磺酸的用量大概占石灰重量的1%。污泥由管道進入存儲料倉。污泥，生石灰，氨基磺酸在料斗中經過攪拌器混合后，由雙螺旋進料機推入到柱塞泵進料口，通過柱塞泵的泵送作用經管道輸送至反應器里，在70℃的溫度下停留超過30 min，通過時間和溫度的控制來去除污泥里面的病菌，出來的污泥經檢測達到EPA503A級標準，處理過程中產生的氣體經洗滌塔處理后排放。

（2）水蚯蚓污泥處理技術：水蚯蚓是環節動物水生寡毛類的俗稱，通常生活在微流水、有機質豐富的水底淤泥中，它們像陸生蚯蚓一樣，吞食污泥，同時從污泥中攝取細菌、有機碎屑顆粒及底棲藻類，有時也取食一些微型動物，通過肛門排遺蚓糞，水蚯蚓為雌雄同體，異體受精，壽命通常80～120d。

應用生態學理論，生物鏈越長，物質能量在傳遞過程中被消耗就越大。在生產者、分解者、二環生物鏈上延伸，引入消費者，創建三環生物鏈，形成簡單高效的人工生態循環系統，水蚯蚓與微生物協同作用，通過物質、能量轉換消化污泥，實現污泥的減量化80%以上。（見圖1）

水蚯蚓生物消化污泥技術相比傳統污泥處理方法，能節省城鎮污水處理廠運行成本30%，具有較好的環境效益和經濟效益。

缺點是尚處于工程試驗階段。水蚯蚓對各地環境的適應性直接影響其處理效果。目前還完全靠摸索和經驗，尚沒有一個可以參考和借鑒的污染處理負荷值，缺乏一些穩定的工藝參數，不利于設計院設計。此外，水蚯蚓是直接與污水處理系統同時運行，存在一個與微生物處理系統的生物量平衡問題。

（3）污泥調質深度脫水技術：以物理和化學相結合的方法，改變污泥的脫水性能，再利用板框壓濾等機械設備進行深度脫水。

（4）污泥焚燒技術：利用噴霧干燥原理對污泥進行霧化干燥后焚燒。但是其投資過高，占地面積較大。市場前景不容樂觀。

（5）污泥熱干化技術：移動式污泥干燥設備也可以利用污泥厭氧消化后產生的沼氣作為燃料，再適當加上煤油完成污泥的干化過程。其缺點是不經濟，總投資和運營費用均太高。

各種脫水工藝技術、經濟指標對比分析見表1。

3 常溫常態氧化破膜污泥脫水技術工程案例

（1）污泥來源。

廣東陽東經濟開發區污水處理廠含水率97%的剩余污泥。

（2）操作步驟。

①往發明人研發的污泥深度脫水氧化破膜劑及調理劑發生裝置各進料口按標識分別填充滿50%濃度的硫酸亞鐵、50%濃度的聚鐵（硫酸鐵）、50%濃度的片堿（NaOH），注入壓縮空氣，打開各控制閥門，制備出O3。

②抽取約75 t含水率為97%的剩余污泥至氧化破膜反應池中，通過發明人研發的污泥深度脫水氧化破膜劑及調理劑發生裝置投加60 kgFeSO4溶液（50%），pH控制在6左右，關閉發生裝置FeSO4輸送閥；打開水下推流器，讓之反應30 min；再打開發生裝置O3輸送閥，反應4h，關閉O3輸送閥，關閉水下推流器，破膜反應完成。

③打開污泥提升泵，把破完膜的污泥從氧化破膜反應池泵進混凝反應沉淀池，污泥抽取完成后，關閉污泥提升泵；打開水下推流器，進行充分混合；打開發生裝置片堿（50%濃度NaOH溶液）、Fe2（SO4）3的輸送閥，投加量分別為30 kg、30 kg；反應30 min分鐘后，關閉水下推流器，關閉發生裝置片堿（NaOH）、Fe2（SO4）3的輸送閥。

④沉淀靜止4 h后，開啟混凝反應沉淀池上清液排放閥，將上清液排進污水處理系統前端重新處理，上清液排放完全后，關閉上清液排放閥；打開混凝反應沉淀池底部的排泥閥，沉淀的污泥排進儲泥池，排滿后，關閉排泥閥。

⑤開啟高壓壓濾機系統進行壓泥脫水，脫水完成后泄泥，取泥餅進行含水率檢測分析。

（3）含水率測試檢測分析。

采取含水率快速測量儀進行含水率檢測和烘干法含水率檢測兩種方法進行含水率檢測對比分析。

（4）pH檢測分析。

用pH試紙檢測壓濾機濾液：pH約為7；用pH試紙檢測泥餅：取小塊泥餅溶進裝有自來水的燒杯中，pH約為7。

（5）運行成本分析。

電費：按0.629元/kw·h計算，電費按0.629元/kw·h計算，電費分析按折算成含水率為0的絕干污泥計算。（見表2）

藥劑費：按藥劑費分析按折算成含水率為0的絕干污泥計算。（見表3）

人工費：需2人/天，按80元/人·天計算工資，每天處理污泥量為2.25 t（按含水率為0的絕干污泥計算），則人工費為71.11元/噸泥。

則處理每噸污泥（按折算成含水率為0的絕干污泥計算）成本為：電費+藥劑費+人工=141.83元/噸泥。

（6）結論。

該次實施案例成功，含水率以烘干法為準，經本成果發明技術處理后的污泥含水率能滿足40%以下的設計要求，實際達到38.54%，運行成本為141.83元/t泥（按折算成含水率為0的絕干污泥計算）。

4 結語

目前各種污泥深度脫水技術面臨的難題在于，現有的調理劑存在成本高、用量大、調理工藝復雜，設備投資、運行成本過高，并未實現污泥減量化，容易影響污泥的再生或后續利用，環境效益差等缺點，不是最終的脫水方案。機械脫水僅能使自由水和存在于污泥顆粒間的間隙水去除；毛細水和污泥顆粒之間的結合力較強，需借助較高的機械作用力和能量；胞內水的含量與污泥中微生物細胞所占的比例有關，使用機械方法去除這部分水是行不通的，而需采用高溫加熱和冷凍等措施。這些方法不是存在含水率不能達到要求就是存在運行成本過高或增加污泥容量等缺點而不能滿足現實所需。

參考文獻

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