常温常态氧化破膜污泥脱水技术

摘 要：活性污泥法广泛运用于市政和工业废水处理，处理过程产水大量的活性污泥，有效减低污泥含水率是当前的一个技术瓶颈。常温常态氧化破膜技术是一种有效的污泥脱水技术，其工艺、设备简单，效果显著。该文综述了常温常态氧化破膜污泥脱水技术的原理、技术特点，与国内外其他污泥脱水技术的比较，并且介绍了此技术运用的案例和应用前景的展望。

关键词：常温常态 氧化破膜 活性污泥 脱水

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0138-03

污水处理厂所产生的剩余污泥处理处置是当今世界环保课题的一大难题，有效减低污泥含水率是课题中的一个技术瓶颈。目前，我国的污水处理厂普遍采用的机械脱水方式可将污泥含水率将至75%～80%之间，而环保部办公厅2010年的《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》中规定：污水处理厂以贮存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至50%以下含水率。

1 常温常态氧化破膜污泥脱水技术及技术特点

常温常态氧化破膜污泥脱水处理技术以破解菌胶团有机絮凝体的吸包水及菌胶团的内部水为研究方向，取得重大突破，污泥氧化破膜脱水技术基于膜界面电子转移与氧化还原微反应理论，在常温常压下，完成氧化剂高能态电子在s-g、s-l界面与剩余污泥胶束结构键合键轨道对称性转移，实现污泥菌胶团结构和菌胞膜的氧化破解，使污泥中大量结构水、吸包水和晶胞水变成间隙水，聚沉后经高压压滤机一次脱水至含水率40%以下（可降到32%左右），实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化。

该技术是在常温常压下，利用空气和废铁屑、废硫酸的相互作用下生成强氧化剂O3、Fe2（SO4）3，在这几种药剂及少量的FeSO4共同作用下，实现污泥菌胶团结构和菌胞膜的氧化破解，使污泥中大量结构水、吸包水和晶胞水变成间隙水，通过一系列的氧化、水解、混凝聚沉反应，形成不可逆转的凝结硬化壳，使污泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。聚沉后的污泥经高压压滤机一次脱水至含水率40%以下，实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化。实现污泥较好的综合利用，且具有投资省、见效快、节能减排。成套装置处理污水厂污泥，解决了常温深度脱水的世界性难题，是国内国外污水厂污泥深度处理的行之有效的途径。应用该技术处理城市污水厂剩余污泥，不仅可以给污水厂带来较好的经济效益，也具有较好的社会及环境效益。

2 国内外污泥脱水技术比较

在国内外处置剩余污泥的传统方法主要是将剩余污泥脱水后卫生填埋、焚烧和热能利用、土地生物利用等。卫生填埋对污泥处置要求相对简单，需要大量的填埋场地和污泥的运输费用，而且容易造成运输沿线臭气散发、填埋场地下水污染和臭气散逸等二次污染问题，我国污泥填埋主要满足《城镇污水处理厂污泥处置》混和填埋泥质（GB/T23485-2009）含水率低于60%，常规污泥脱水泥饼含水率在75%～85%，因此污泥含水率低于60%也是常规污泥脱水的一个技术瓶颈。

焚烧和热能利用技术充分利用剩余污泥的剩余热值发电，剩余污泥的干基高位热值在2500～17000 kJ/kg，污泥的含水率越低污泥剩余热值越高，污泥自持焚烧要求污泥含水率低于50%，由于常规剩余污泥脱水后含水率在75%～90%，泥饼热值较低，污泥不能自持焚烧，污泥干化和焚烧不能达到自持焚烧生产，需要增加其他辅助燃料，成本较高，所以国内的污泥焚烧利用推广的最关键的技术瓶颈是剩余污泥脱水后的含水率降到60%以下。

综合上述生化处理剩余污泥的处置处理方法都存在无法突破含水率低于60%的技术瓶颈。主要原因是由于没有很好地破解污泥细菌的ECP（包外聚合物）、油包水结构，污泥脱水含水率指标难以降到60%以下，影响了这些工艺技术的工业应用和推广。

国内外有环保公司和研究机构正在致力于研究开发出来污泥脱水新技术，在具有经济性优势的条件下去突破脱水污泥含水率低于60%。将污泥含水率降低于60%的技术分两种生产方式，第一种生产方式是将含水率99.2%～98%的低浓度剩余污泥先脱水降低到80%左右，再将污泥经过干法技术降低到60%以下；第二种生产方式是将含水率99.2%～98%的低浓度剩余污泥直接脱水降低到60%以下。

第一种生产方式第一生产阶段一般采用常规低浓度脱水方法，目前国内主要技术工艺带式脱水机工艺、卧式离心脱水工艺、板框脱水工艺等，这些常规工艺脱水污泥含水率在75%～85%，第二生产阶段将含水率在80%左右污泥再采用堆肥、石灰调质、污泥化学改性、热干化技术及电渗透等工艺。厌氧或含氧堆肥大多采用调理剂调理降低污泥含水率之后再堆肥生产，存在占地面积大，臭味较大，运行周期长，运行费用较高，处理能力较小等不足之处。石灰调质脱水工艺石灰投加率为20%～30%，石灰投加量大污泥增重较大，污泥容积较大，生产周期较长，泥饼和滤液是碱性，滤液还需调节PH值处理，设备的防腐要求也较高，运行费用较高。热干技术由于污泥含水率较高，污泥热值不能维持自身污泥干化运行需要增加外源能源，能耗较大，运行成本很高。电渗透干法存在设备投资、运行成本费用较高，设备的维护要求很高等不足之处。

第二种生产方式有石灰法技术、污泥热干法技术、污泥加药改性技术等。石灰法是将低浓度污泥浓缩后采用投加石灰和调理剂，调理的时间较长，投加率较高，石灰投加量大，干基污泥增重较大，污泥容积较大，生产周期较长，泥饼和滤液是碱性，滤液还需调节pH值处理，运行费用较高。污泥热干法技术国外运行较多，能耗很高，存在投资费用和运行费用较高的特点。污泥加药改性一般采用药剂对污泥进行调理，没有对污泥进行本质上的改变，降低污泥的含水率依赖的是机械设备的改进。污泥加药改性技术分污泥菌胶团沉降性能改性和污泥菌胶团细菌改性，针对污泥沉降性能改性，污泥的脱水率只能降到65%左右。几种脱水技术介绍如下：

（1）石灰稳定法污泥无害化技术：使用生石灰（CaO）稳定污泥。具体过程为：生石灰与污泥当中的水结合反应生成氢氧化钙，再加入少量氨基磺酸与之反应成氨气。在此过程中，每公斤石灰可以化合0.32 kg的水，同时释放1141KJ的热量，可将污泥温度提升到70℃，pH值提升到12.4，从而有效杀灭病原体，并分解有机物，蒸发污泥中游离态水0.43 kg。另外氨基磺酸和石灰反应放出氨气，起到辅助杀菌的作用，氨气最后用吸收塔吸收。

石灰用量为脱水污泥重量的10%～15%，氨基磺酸的用量大概占石灰重量的1%。污泥由管道进入存储料仓。污泥，生石灰，氨基磺酸在料斗中经过搅拌器混合后，由双螺旋进料机推入到柱塞泵进料口，通过柱塞泵的泵送作用经管道输送至反应器里，在70℃的温度下停留超过30 min，通过时间和温度的控制来去除污泥里面的病菌，出来的污泥经检测达到EPA503A级标准，处理过程中产生的气体经洗涤塔处理后排放。

（2）水蚯蚓污泥处理技术：水蚯蚓是环节动物水生寡毛类的俗称，通常生活在微流水、有机质丰富的水底淤泥中，它们像陆生蚯蚓一样，吞食污泥，同时从污泥中摄取细菌、有机碎屑颗粒及底栖藻类，有时也取食一些微型动物，通过排遗蚓粪，水蚯蚓为雌雄同体，异体受精，寿命通常80～120d。

应用生态学理论，生物链越长，物质能量在传递过程中被消耗就越大。在生产者、分解者、二环生物链上延伸，引入消费者，创建三环生物链，形成简单高效的人工生态循环系统，水蚯蚓与微生物协同作用，通过物质、能量转换消化污泥，实现污泥的减量化80%以上。（见图1）

水蚯蚓生物消化污泥技术相比传统污泥处理方法，能节省城镇污水处理厂运行成本30%，具有较好的环境效益和经济效益。

缺点是尚处于工程试验阶段。水蚯蚓对各地环境的适应性直接影响其处理效果。目前还完全靠摸索和经验，尚没有一个可以参考和借鉴的污染处理负荷值，缺乏一些稳定的工艺参数，不利于设计院设计。此外，水蚯蚓是直接与污水处理系统同时运行，存在一个与微生物处理系统的生物量平衡问题。

（3）污泥调质深度脱水技术：以物理和化学相结合的方法，改变污泥的脱水性能，再利用板框压滤等机械设备进行深度脱水。

（4）污泥焚烧技术：利用喷雾干燥原理对污泥进行雾化干燥后焚烧。但是其投资过高，占地面积较大。市场前景不容乐观。

（5）污泥热干化技术：移动式污泥干燥设备也可以利用污泥厌氧消化后产生的沼气作为燃料，再适当加上煤油完成污泥的干化过程。其缺点是不经济，总投资和运营费用均太高。

各种脱水工艺技术、经济指标对比分析见表1。

3 常温常态氧化破膜污泥脱水技术工程案例

（1）污泥来源。

广东阳东经济开发区污水处理厂含水率97%的剩余污泥。

（2）操作步骤。

①往发明人研发的污泥深度脱水氧化破膜剂及调理剂发生装置各进料口按标识分别填充满50%浓度的硫酸亚铁、50%浓度的聚铁（硫酸铁）、50%浓度的片碱（NaOH），注入压缩空气，打开各控制阀门，制备出O3。

②抽取约75 t含水率为97%的剩余污泥至氧化破膜反应池中，通过发明人研发的污泥深度脱水氧化破膜剂及调理剂发生装置投加60 kgFeSO4溶液（50%），pH控制在6左右，关闭发生装置FeSO4输送阀；打开水下推流器，让之反应30 min；再打开发生装置O3输送阀，反应4h，关闭O3输送阀，关闭水下推流器，破膜反应完成。

③打开污泥提升泵，把破完膜的污泥从氧化破膜反应池泵进混凝反应沉淀池，污泥抽取完成后，关闭污泥提升泵；打开水下推流器，进行充分混合；打开发生装置片碱（50%浓度NaOH溶液）、Fe2（SO4）3的输送阀，投加量分别为30 kg、30 kg；反应30 min分钟后，关闭水下推流器，关闭发生装置片碱（NaOH）、Fe2（SO4）3的输送阀。

④沉淀静止4 h后，开启混凝反应沉淀池上清液排放阀，将上清液排进污水处理系统前端重新处理，上清液排放完全后，关闭上清液排放阀；打开混凝反应沉淀池底部的排泥阀，沉淀的污泥排进储泥池，排满后，关闭排泥阀。

⑤开启高压压滤机系统进行压泥脱水，脱水完成后泄泥，取泥饼进行含水率检测分析。

（3）含水率测试检测分析。

采取含水率快速测量仪进行含水率检测和烘干法含水率检测两种方法进行含水率检测对比分析。

（4）pH检测分析。

用pH试纸检测压滤机滤液：pH约为7；用pH试纸检测泥饼：取小块泥饼溶进装有自来水的烧杯中，pH约为7。

（5）运行成本分析。

电费：按0.629元/kw・h计算，电费按0.629元/kw・h计算，电费分析按折算成含水率为0的绝干污泥计算。（见表2）

药剂费：按药剂费分析按折算成含水率为0的绝干污泥计算。（见表3）

人工费：需2人/天，按80元/人・天计算工资，每天处理污泥量为2.25 t（按含水率为0的绝干污泥计算），则人工费为71.11元/吨泥。

则处理每吨污泥（按折算成含水率为0的绝干污泥计算）成本为：电费+药剂费+人工=141.83元/吨泥。

（6）结论。

该次实施案例成功，含水率以烘干法为准，经本成果发明技术处理后的污泥含水率能满足40%以下的设计要求，实际达到38.54%，运行成本为141.83元/t泥（按折算成含水率为0的绝干污泥计算）。

4 结语

目前各种污泥深度脱水技术面临的难题在于，现有的调理剂存在成本高、用量大、调理工艺复杂，设备投资、运行成本过高，并未实现污泥减量化，容易影响污泥的再生或后续利用，环境效益差等缺点，不是最终的脱水方案。机械脱水仅能使自由水和存在于污泥颗粒间的间隙水去除；毛细水和污泥颗粒之间的结合力较强，需借助较高的机械作用力和能量；胞内水的含量与污泥中微生物细胞所占的比例有关，使用机械方法去除这部分水是行不通的，而需采用高温加热和冷冻等措施。这些方法不是存在含水率不能达到要求就是存在运行成本过高或增加污泥容量等缺点而不能满足现实所需。

参考文献

[1] 班福忱，刘明秀，李亚峰，等.城市污水处理厂污泥资源化研究探讨[J].环境科学与管理，2006（4）：45-47.

[2] 何圣兵，薛罡，王宝贞.污泥臭氧化减量技术的影响因子[J].城市环境与城市生态，2005（3）：20-22.

[3] 高健磊，闫怡新，吴建平，等.城市污水处理厂污泥脱水性能研究[J].环境科学与技术，2008（2）：108-111.