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扬州润远锦天环保工程有限公司: 污泥脱水现状和新认识

扬州润远锦天环保工程公司

随着各国对污水治理的日益重视和城市污水处理厂不断新建,污泥的产量不断地增长,污泥的快速有效处理已经刻不容缓。污泥具有含水率高、含有大量病原体和微生物等有害生物、重金属及有机物含量高等特点,若在排放前不经处理,则会对环境造成二次污染。通常情况下,污泥处理所需费用高达整个污水治理厂建设和运行费用的50%~60%,因此,污泥的处理面临着巨大的挑战。

  污泥的处理原则是实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化,其中,污泥减量化无疑是污泥后续处理的关键及污泥处置的重点。污泥减量化可有两种途径,一是减少污泥中有机物的含量,二是降低污泥的含水率。无论从技术还是资金方面来说,第2个途径较第一个途径简单易行,容易实现。污泥脱水的目的是除去污泥中大量的水分,从而缩小其体积,减轻其重量,以利于污泥的运输和进一步处理。有研究显示,如果将污泥含水率从99.3%左右降到60%~ 80%,其体积可降至原体积的1/10~1/15,大大地减少了污泥外运的费用及进一步处理时产生的渗滤液量。时至今日,虽然污泥脱水理论和技术都取得了较大发展,但污泥脱水仍然是污水治理工程所面临的一大技术性难题。
  本文从理论和技术2个方面归纳总结污泥脱水的发展特点和存在的问题,从排水通道的角度重点分析了污泥脱水的微观过程,认为污泥脱水的微观研究不能将污泥固体颗粒与水分隔开来,而应该以排水通道为“纽带”将之视为一个整体,污泥脱水的微观研究应该注重从排水通道的角度去分析其淤堵机理。随后着重介绍了国内外污水处理厂的污泥脱水现状,并基于多场联合作用阐明污泥脱水的本质、理论核心及技术核心,最后在总结了污泥脱水现状的基础上指出未来的研究与发展方向。
  1 污泥脱水理论及技术研究
  污泥的脱水是一个固-液分离过程,其基础理论是在过滤、渗透、沉积等理论的基础上发展起来的。污泥脱水的理论研究始于20世纪30年代。20世纪30-60年代,污泥脱水的理论研究主要在于基本理论的创立,具体表现为基本概念的提出、脱水模型的建立和修正。Cogger和Merker意识到只依靠机械外力脱水污泥难度大且效果不理想,提出了助滤的概念。后来出现的絮凝脱水、超声波脱水、电渗析脱水等技术,本质上都属于助滤的范畴。
  20世纪70-90年代,学者们逐渐将研究焦点从脱水模型转向污泥的物理化学性质,并在物性分析的基础上探讨污泥脱水性能的影响因素,同时污泥调理改性技术开始发展。污泥的物理化学性质如固体颗粒的尺寸、形状、成分等受到了广泛关注。在污泥物性研究基础上,基于物理、化学及生物的污泥调理改性技术开始发展。但该时期的污泥调理改性研究停留在追求污泥脱水性能及效率在宏观上的改善,缺乏微观尺度上的调理改性机理分析。
  20世纪90年代开始,在污泥调理改性技术不断发展的基础上,电渗技术、絮凝技术和超声波技术等受到关注。机械脱水替代自然干化成为污水治理厂的主要脱水技术,但由于传统的机械脱水方法效果不理想,新技术又有诸多缺陷不能及时克服,不少学者试图从微观尺度去解决难题,污泥中水的研究越发受到重视。

  实际上,早在1956年,Heukele Kian和Weinberg就提出将污泥中的水分成自由水和结合水2种,但这样简单的分类显然不能满足污泥脱水的研究。Tsang等人根据污泥固体颗粒与水的接触关系将污泥中的水分成自由水、间隙水、吸附水和结合水4类

      在接下来的20年中,许多学者对污泥中的水进行了一系列理论及测试手段的研究,取得了大量成果,概括为几个方面:污泥中水的分布特性,结合水含量测试技术,结合水对污泥脱水性能影响。基于前人关于污泥中结合水的研究,一些学者以结合水为“桥梁”来改善污泥脱水性能,取得了良好效果。
  污泥的脱水与软土的固结排水在本质上有异曲同工之处,已有人关注到软土固结排水过程中其微观结构的变化特征,而在污泥中此类研究还处于空白,从而导致对污泥脱水及其淤堵机理理解不够深入,这也是真空预压法广泛用于软土地基处理,而极少用于污泥脱水的原因。实际上,污泥脱水是一个污泥中的水在外力驱动下克服淤堵从排水通道排出的过程,简化模型如图2所示(便于讨论,认为污泥固体颗粒为球状且不可压缩,将污泥中的水分为自由水和结合水)。

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