城市污泥水熱處理技術研究進展

陳 苑，王振宇

（浙江省麗水市麗水學院，浙江麗水 323020）

隨著我國經濟的快速發展和人口的增加，污水產量也隨之劇增，污水處理事業得到重視。污水處理廠的建設投運伴隨產生大量的剩余污泥，以含水率80%計，全國每年產生30～40mt市政污泥，預計到2023年市政污泥產量將達到90mt[1]。然而，我國目前仍然存在著重水輕泥、處置率低、責任主體不明等問題。大量污泥的直接堆放或填埋導致污泥運輸費用的增加，大量土地廢棄，污泥利用率偏低；同時，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污染物，有機會通過生物鏈影響到動植物及人類；另外，污泥中含有30%～70%的有機物，以及植物生長所需的N、P、K等營養組分，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，隨著人們對環境問題的不斷認識以及對環境質量要求的逐步提高，對污泥進行無害化、穩定化、資源化處置已逐步受到社會各界的廣泛關注。因此，降低污泥含水率是節約污泥處理成本、提高污泥后續處置效率的關鍵。

1 水熱處理技術

水熱處理技術是一種有效的污泥預處理技術[2]。污泥水熱技術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、細胞破裂，大分子有機物釋放，并進一步分解為小分子有機物，細胞內結合水被釋放，導致水更容易與污泥顆粒分離，進而極大地提高了污泥的脫水性能[3—4]。

1.1 水熱處理對污泥含水率的影響

水熱處理技術通過高溫高壓的飽和蒸汽作用使污泥顆粒相互碰撞，破壞污泥膠體結構，破裂微生物細胞，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，在水熱處理條件為170℃/90min時束縛水含量降至0.592g/g[5]。由于水熱處理使污泥中大部分的束縛水轉變為自由水，使其更容易被機械去除。束縛水含量大大降低，從而極大地改善了污泥的脫水效果。國內研究者發現，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]。原始污泥采用常規機械脫水（如壓濾、離心等）后的污泥含水率約為80%，而原始污泥經水熱干化與機械脫水聯合，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 水熱處理對污泥COD的影響

污泥水熱處理過程中，微生物細胞破裂導致胞內物質的釋放，以及固體有機物的溶解和水解，都將導致污泥水解液中溶解性有機物明顯增加，同時固體有機物的溶解又使污泥同時達到減量化。劉金鳳等對污泥進行水熱處理研究發現，在170℃下處理30min后，溶解性有機物溶出率為43.64%，揮發性懸浮固體/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了該現象，污泥水熱處理溫度為200℃，處理時間1h，污泥固液比為10%時，COD溶出率可達最大，較原始污泥提高了96.5%，同時污泥減量化最大達到80.1%[3]。國外研究者同樣也有類似的報道，Kim等在180～210℃對污泥進行水熱處理30min，污泥液相中COD溶出率提高了30%～37%，同時減少了VSS的含量[8]。這主要是由于在加熱條件下污泥中固體有機物的溶解所導致的。同時水熱處理可以進一步水解污泥中有機組分，可將蛋白質水解生成多肽、二肽、氨基酸等，并進一步水解成低分子有機酸、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；核酸水解使胞內的磷和氮釋放到水解液中。

1.3 添加劑對水熱處理效果的影響

為了進一步提高處理效果，研究者在水熱處理過程中加入電解質[9—10]。由于水熱法的水解作用以及電解質的壓縮膠體雙電層和架橋作用等，水熱法和電解質法的聯合作用能夠更大程度上提高污泥的脫水性能，并能降低反應溫度[11]。常用電解質有酸（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等研究發現在溫度為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%，另外污泥毛細吸水時間逐漸減小，污泥脫水最佳溫度為120℃[12]。但是由于藥劑的費用高和高強度的腐蝕，實際運行并不理想。同時Neyens等還發現在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]研究發現，通過水熱水解聯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，溶解性蛋白質和碳水化合物濃度增加，污泥毛細吸收時間逐漸減小，其脫水性能增強。

2 結束語

水熱處理作為一種高效的污泥脫水技術受到國內外越來越多的關注。污泥水熱處理后，污泥泥餅的含水率和有機質含量發生明顯變化。脫水后泥餅可通過污泥焚燒技術達到污泥的最終處置。污泥焚燒處理不僅可以最大限度地實現污泥的減量化和無害化，而且焚燒渣還可以制成附屬產品，是一種有效的污泥處置方式。污泥焚燒具有處理時間短，速度快，處理量大，占地面積小，無需長期儲存，可就地焚燒，不需要長距離運輸，可以回收能量用于供熱或發電等特點。