0引言

污泥是污水處理過程中必然產(chǎn)生的最大副產(chǎn)物，其中富集了污水中的有機(jī)物、鹽和大量的磷、氮等物質(zhì)以及病毒性微生物、寄生蟲卵、重金 屬等有毒有害物質(zhì)，具有較大的環(huán)境危害。隨著我國(guó)城市污水處理率逐步提高和新的污水處理廠數(shù)量不斷增加，污水處理廠污泥的產(chǎn)量急劇 增加。截至2016年9月，全國(guó)共有污水處理廠3976座，污泥年產(chǎn)量超過3×107噸，成為全球最大的污泥產(chǎn)生國(guó)。另一方面，我國(guó)污泥處理起 步較晚，早期的污水處理廠建設(shè)存在嚴(yán)重的“重水輕泥”現(xiàn)象，污泥處理處置單元不完善，導(dǎo)致大量污泥“積壓”，未得到合理安全的處理 處置[1]。

我國(guó)大多污水廠早前建設(shè)的污泥處理方式仍以濃縮后再進(jìn)行壓濾脫水或離心脫水為主，相當(dāng)一部分污水廠甚至沒有濃縮或脫水設(shè)施。前期調(diào) 查表明，污水處理廠出廠污泥的含水率一般都在80%左右，污泥中的水分接近干污泥的8倍。污水處理廠不僅在污泥脫水工藝技術(shù)方面落后， 更嚴(yán)重的是脫水后的污泥隨意傾倒，造成土地資源的浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。

近年來，我國(guó)政府非常重視污泥的處理處置工作，相繼頒布了一系列條例和辦法，力圖在政策和技術(shù)層面解決污泥的環(huán)境問題。我國(guó)《水污 染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國(guó)發(fā)[2015]17號(hào)）提出：現(xiàn)有污泥處理處置設(shè)施應(yīng)于2017年底前基本完成達(dá)標(biāo)改造，地級(jí)及以上城市污泥無害化處理處 置率應(yīng)于2020年底前達(dá)到90%以上。污泥處理以減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化為主要原則，目前主要有填埋、焚燒、土地利用、污泥農(nóng) 用、能源化利用和綜合利用等處置方法。然而，無論填埋、焚燒、農(nóng)業(yè)利用還是能源利用，污泥深度脫水減量化都是非常關(guān)鍵的第一步[2] 。采用污泥深度脫水技術(shù)不僅為后繼處置帶來方便，也能兼顧污泥處理處置過程的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境平衡，逐步在污泥處置領(lǐng)域得到了共同的認(rèn)可 。

1污泥深度脫水技術(shù)現(xiàn)狀

污泥深度脫水是指通過物化調(diào)理、真空、加壓或干燥等技術(shù)，對(duì)含水率較高的污泥進(jìn)行進(jìn)一步脫水至含水率60%以下，甚至更低。通過使用 污泥深度脫水技術(shù)，不僅使得污泥總的數(shù)量和體積大大降低，同時(shí)極大減少后續(xù)處置資本投入和運(yùn)輸管理費(fèi)用，更重要的是使污泥后續(xù)處置 途徑更為廣泛。深度脫水后的污泥具有一定的熱值，可作為電廠低品位的燃料和水泥生產(chǎn)過程中的熟料，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、無害化處置和資源化利 用。即使進(jìn)行填埋，也能大幅減少土地占用和環(huán)境污染[3]。

污泥深度脫水技術(shù)在國(guó)外起源較早，隨著環(huán)保政策的不斷嚴(yán)格和污泥處理處置領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，近幾年在國(guó)內(nèi)逐步得到重視并有一定范圍的應(yīng) 用。一般認(rèn)為，污泥中的水分有自由間隙水、毛細(xì)水、吸附水和內(nèi)部水四種結(jié)合形式。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，機(jī)械脫水是一種相對(duì)節(jié)能的方式 ，但機(jī)械脫水只能去除間隙水和毛細(xì)水，對(duì)后兩種形式的水去除效果差，所以一般需要預(yù)先對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理。

1.1污泥調(diào)理

污泥調(diào)理是污泥深度脫水的關(guān)鍵步驟。污泥的預(yù)處理調(diào)理主要有化學(xué)調(diào)理、物理調(diào)理和生物調(diào)理方法。研究表明，可以通過添加絮凝藥劑提 高污泥的沉降性能，或添加骨架構(gòu)建體以增強(qiáng)污泥的可壓縮性，從而促進(jìn)污泥胞外聚合物中的水分釋放或使污泥中水分的形態(tài)得以轉(zhuǎn)化[4] ?；瘜W(xué)調(diào)理是目前應(yīng)用較為廣泛的污泥調(diào)理技術(shù)方法，其次是污泥熱水解等物理調(diào)理技術(shù)。污泥熱水解是在150-170℃，壓力低于1.25kPa工 作條件下，使污泥中部分微生物細(xì)胞受熱膨脹而破裂，釋放出蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)以及細(xì)胞膜碎片的技術(shù)。由于細(xì)胞結(jié)合水被釋放，污泥的脫水 性能得到改善，同時(shí)避免投入難生物降解或有毒有害脫水劑對(duì)環(huán)境造成的二次污染，有利于后續(xù)污泥減量化和資源化利用[5,6]。

1.2高壓機(jī)械脫水

自動(dòng)高壓隔膜壓濾機(jī)是一種間歇式污泥深度脫水設(shè)備，在城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域已有多年的應(yīng)用歷史，具有深度脫水效果好，適應(yīng)性廣的特點(diǎn)， 能夠有效將濾餅內(nèi)的間隙水分離出來，最終污泥含水率可以降到60%甚至50%左右。該設(shè)備采用機(jī)、電一體化設(shè)計(jì)制造，結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)單 ，能夠?qū)?現(xiàn)無人操作自動(dòng)運(yùn)行，自主創(chuàng)新研發(fā)的聚丙烯高壓隔膜濾板壓榨壓力可達(dá)到4.0MPa[7]。目前市場(chǎng)上應(yīng)用比較成熟的污泥 深度脫水設(shè)備還有彈簧鋼制濾板壓濾機(jī)、鋼帶式壓濾機(jī)和新型高壓壓濾脫水機(jī)等，設(shè)備零部件可以達(dá)到更高的工作操作壓力，脫水效果可以 得到進(jìn)一步提升。高壓機(jī)械脫水設(shè)備能夠直接一步到位將高含水率的污泥（97%）脫水至50%以下，在低濃階段脫水效率高，能耗較低；但壓 榨時(shí)間長(zhǎng)，不能連續(xù)出料，單臺(tái)設(shè)備處理能力不大，設(shè)備所需數(shù)量較多，且需添加一定量的石灰等調(diào)理劑，這即增加了成本，也違背了減量 化處理處置的初衷[8]。

1.3熱干化

污泥熱干化是指通過污泥與熱媒之間的傳熱作用，脫除污泥中水分的工藝過程，用于進(jìn)一步降低常規(guī)機(jī)械脫水污泥的含水率。熱干化按溫度 分類有三種方式，即低溫干化（90℃以下）、中溫干化（90-180℃）和高溫干化（200℃以上）。根據(jù)熱量傳遞方式的不同，污泥干化設(shè)備 分為直接加熱和間接加熱兩種方式。目前，應(yīng)用較多的干化設(shè)備包括流化床、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉(zhuǎn)盤式干化、立式圓盤式干化和 噴霧干化等六種工藝設(shè)備。根據(jù)干化污泥含水率的不同，污泥干化類型還可分為全干化（含水率10%以下）和半干化（含水率在40%左右）兩 種類型[9]。近年來，污泥干化系統(tǒng)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化發(fā)展很快，但目前投產(chǎn)的多為大型化干化項(xiàng)目。由于其必須利用外加熱源的技術(shù)缺陷，決 定了熱干化的能耗難以降低，成本相對(duì)較高。且熱干化過程必須考慮污泥惡臭、揮發(fā)性有機(jī)物排放等污染治理設(shè)施，投資成本增加，占地面 積大。

1.4低溫真空脫水

污泥低溫真空脫水技術(shù)主要以板框壓濾機(jī)為主體設(shè)備，在此基礎(chǔ)上增加抽真空系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。通過真空系統(tǒng)將腔室內(nèi)的氣壓降低，從而使 腔室內(nèi)污泥中水的沸點(diǎn)降低，同時(shí)通過濾板對(duì)腔室內(nèi)污泥進(jìn)行加熱[10,11]。在加熱至50℃左右時(shí)，污泥中水分便沸騰汽化，水分得以從污 泥中分離處理。該技術(shù)集壓力脫水真空干化為一體，包括調(diào)理系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng) 等，能達(dá)到傳統(tǒng)熱力干化脫水效果，同時(shí)省去了傳統(tǒng)熱力干化的占地面積，但存在一次性投資成本高、操作復(fù)雜、處理規(guī)模受限等缺點(diǎn)。

2污泥低溫除濕深度脫水新技術(shù)

2.1基本原理

在空調(diào)制冷領(lǐng)域，低溫除濕技術(shù)并不陌生。而利用低溫除濕熱泵技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行深度干化，近年來已成為一項(xiàng)污泥深度脫水新技術(shù)，備受關(guān) 注。現(xiàn)有的低溫除濕污泥干化設(shè)備多為在帶式干化機(jī)的基礎(chǔ)上衍生而來，包括進(jìn)料系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、熱泵除濕系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等 ，一體化集成。其中，熱泵除濕系統(tǒng)作為最為核心的結(jié)構(gòu)組件，決定了全系統(tǒng)的除濕和干化脫水效能。除濕熱泵組件主要由壓縮機(jī)、冷凝器 、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等構(gòu)成。低溫干化單元運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器中的工質(zhì)吸取污泥低溫除濕倉(cāng)內(nèi)排出的濕熱空氣中的熱量，從低壓液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)成 低溫低壓氣態(tài)工質(zhì)，進(jìn)而經(jīng)壓縮機(jī)增壓成高溫高壓的氣態(tài)工質(zhì)；在冷凝器中，高溫高壓的氣態(tài)工質(zhì)放出熱量，加熱進(jìn)入污泥低溫除濕倉(cāng)內(nèi)的 干空氣，而工質(zhì)本身轉(zhuǎn)化成高溫高壓液態(tài)工質(zhì)；進(jìn)而通過節(jié)流閥，壓力和溫度降低，轉(zhuǎn)化成低壓低溫的液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)再度進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收 濕熱氣體中的熱量。如此反復(fù)循環(huán)將低溫?zé)崃枯斔偷礁邷亟橘|(zhì)中去，形成循環(huán)熱泵系統(tǒng)。系統(tǒng)原理見下圖。

圖1 干化單元熱泵工作原理

1壓縮機(jī)2冷凝器3節(jié)流閥4蒸發(fā)器

2.2工藝特點(diǎn)

低溫除濕技術(shù)應(yīng)用于污泥深度脫水領(lǐng)域，在節(jié)能性、適用性、安全性等方面具有以下工藝特點(diǎn)。

（1）節(jié)能性：現(xiàn)有研發(fā)的干化系統(tǒng)除濕性能比可大于3kg水/kw?h，相對(duì)傳統(tǒng)燃煤型污泥干化系統(tǒng)可節(jié)能40%以上；相對(duì)燃油燃?xì)庑拖到y(tǒng)節(jié) 能更多。該系統(tǒng)若采用晚間低谷電供電，節(jié)能效果更加明顯；

（2）適用性：可滿足含水率從85%含水率的污泥一次性干燥成含水率10%的污泥顆粒，出泥含水率可調(diào)節(jié)；采用連續(xù)網(wǎng)帶干燥模式，不受污 泥黏糊區(qū)影響，適合各類型污泥干化（包括含砂量大的污泥）。設(shè)備緊湊，占地面積小，系統(tǒng)易損件少，易維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)；

（3）安全性：系統(tǒng)的輸出端主要為低溫干化后的污泥和低溫冷凝水，全系統(tǒng)在40-75℃范圍內(nèi)全封閉運(yùn)行，可有效抑制惡臭、揮發(fā)性氣體等 排放；無 尾氣排放，無需外加臭氣處理系統(tǒng)。

（4）可回收利用廠內(nèi)的低品位熱源進(jìn)行靈活改造，進(jìn)一步降低能耗。

2.3應(yīng)用案例分析

某中小型電鍍企業(yè)，生產(chǎn)過程中每天處理含水率80%污泥量為3噸/天，干化污泥至含水率15%后外運(yùn)。

脫水量=3000×（1-（1-80%）/（1-15%））=2295kg/天，具體參數(shù)如下：

方案選擇采用污泥低溫除濕深度脫水新技術(shù)，定制了1臺(tái)廣東西屋康達(dá)生產(chǎn)的ZK007-DMT污泥低溫干化除濕熱泵一體機(jī)，配置輸送系統(tǒng)及落 料系統(tǒng)：

1）運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算：

每度電除水量3.69kg/h，電費(fèi)按1.0元/kWh；

每日運(yùn)行費(fèi)用=2295÷3.69×1.0=622元/天；

企業(yè)每年按300天運(yùn)營(yíng)計(jì)算，年運(yùn)行費(fèi)用=622×300=186600元/年；

2）節(jié)省費(fèi)用計(jì)算：

工業(yè)污泥處理費(fèi)用按1800元/噸；

脫水后污泥節(jié)省處理費(fèi)用=2295÷1000×1800=4131元/天；

年節(jié)省處理費(fèi)用=4131×300=1239300元/年；

3）實(shí)際收益計(jì)算：

經(jīng)濟(jì)收益=1239300-186600=1052700元/年；

項(xiàng)目投資成本：初建投資成本按17萬/噸/天；

即投資成本=170000×3=510000元；

成本回收年限：510000÷1052700=0.48年；

4）現(xiàn)場(chǎng)效果明顯，除濕干化系統(tǒng)過程氧氣含量小于10%；粉塵濃度小于50g/cm3，污泥顆粒溫度小于60℃；除水檢測(cè)完全達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn) 。

3結(jié)論

我國(guó)環(huán)境保護(hù)部門給出了明確的規(guī)定：“污水處理廠儲(chǔ)存（即不處理處置）為目的將污泥運(yùn)出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下” （《關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥污染防治工作的通知》2010年11月26日）。目前有的地市甚至提出了將污泥運(yùn)出廠界前，必須將污泥脫 水至含水率40%以下的要求，更是對(duì)污泥深度脫水提出了更高的挑戰(zhàn)。顯然，現(xiàn)有的常規(guī)污泥脫水工藝遠(yuǎn)不能滿足污泥出廠含水率的要求， 加快提升現(xiàn)有污泥處理處置設(shè)施的效能成為污水處理部門亟需解決的一項(xiàng)課題。通過對(duì)目前行業(yè)應(yīng)用中幾種典型的污泥深度脫水工藝進(jìn)行 對(duì)比，筆者認(rèn)為低溫除濕污泥深度脫水新技術(shù)，相比于現(xiàn)有工藝，呈現(xiàn)出運(yùn)行費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單，設(shè)置靈活，適用性強(qiáng)，無需外加能源等 特點(diǎn)。當(dāng)污泥處置單位遠(yuǎn)離外接燃?xì)饣蛘羝茉磿r(shí)，低溫工藝甚至可以發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。