城市污泥水热处理技术研究进展

陈 苑，王振宇

（浙江省丽水市丽水学院，浙江丽水 323020）

随着我国经济的快速发展和人口的增加，污水产量也随之剧增，污水处理事业得到重视。污水处理厂的建设投运伴随产生大量的剩余污泥，以含水率80%计，全国每年产生30～40mt市政污泥，预计到2023年市政污泥产量将达到90mt[1]。然而，我国目前仍然存在着重水轻泥、处置率低、责任主体不明等问题。大量污泥的直接堆放或填埋导致污泥运输费用的增加，大量土地废弃，污泥利用率偏低；同时，污泥中还存在大量病原菌、寄生虫卵、重金属和一些有毒有害的难降解有机污染物，有机会通过生物链影响到动植物及人类；另外，污泥中含有30%～70%的有机物，以及植物生长所需的N、P、K等营养组分，但污泥的直接堆放或填埋使得这些资源不能得到有效利用。然而，随着人们对环境问题的不断认识以及对环境质量要求的逐步提高，对污泥进行无害化、稳定化、资源化处置已逐步受到社会各界的广泛关注。因此，降低污泥含水率是节约污泥处理成本、提高污泥后续处置效率的关键。

1 水热处理技术

水热处理技术是一种有效的污泥预处理技术[2]。污泥水热技术是指在密闭的容器中将污泥加热到130℃及以上，并在饱和蒸汽压下维持30～60min，使污泥中的微生物絮体解体、细胞破裂，大分子有机物释放，并进一步分解为小分子有机物，细胞内结合水被释放，导致水更容易与污泥颗粒分离，进而极大地提高了污泥的脱水性能[3—4]。

1.1 水热处理对污泥含水率的影响

水热处理技术通过高温高压的饱和蒸汽作用使污泥颗粒相互碰撞，破坏污泥胶体结构，破裂微生物细胞，显著降低污泥束缚水含量，使其析出成为自由水，最终显著改善污泥的脱水性能。研究表明，水热处理将污泥单位固体颗粒的束缚水含量由原始的3.6g/g降至1.0g/g以下，并且随着热处理时间的增加，束缚水含量逐渐降低，但降低的幅度减小，在水热处理条件为170℃/90min时束缚水含量降至0.592g/g[5]。由于水热处理使污泥中大部分的束缚水转变为自由水，使其更容易被机械去除。束缚水含量大大降低，从而极大地改善了污泥的脱水效果。国内研究者发现，在170℃下水热改性的污泥压滤脱水后含水率可降至50%左右[6]。原始污泥采用常规机械脱水（如压滤、离心等）后的污泥含水率约为80%，而原始污泥经水热干化与机械脱水联合，可使泥饼含水率降至50%以下，并且水热处理温度越高，水热污泥脱水泥饼的含水率越低，干度越高[5]。

1.2 水热处理对污泥COD的影响

污泥水热处理过程中，微生物细胞破裂导致胞内物质的释放，以及固体有机物的溶解和水解，都将导致污泥水解液中溶解性有机物明显增加，同时固体有机物的溶解又使污泥同时达到减量化。刘金凤等对污泥进行水热处理研究发现，在170℃下处理30min后，溶解性有机物溶出率为43.64%，挥发性悬浮固体/总悬浮固体降至31.98%。并且随着水热温度的升高，COD溶出率和污泥减量化程度逐渐提高[7]。王在钊等的研究也同样证实了该现象，污泥水热处理温度为200℃，处理时间1h，污泥固液比为10%时，COD溶出率可达最大，较原始污泥提高了96.5%，同时污泥减量化最大达到80.1%[3]。国外研究者同样也有类似的报道，Kim等在180～210℃对污泥进行水热处理30min，污泥液相中COD溶出率提高了30%～37%，同时减少了VSS的含量[8]。这主要是由于在加热条件下污泥中固体有机物的溶解所导致的。同时水热处理可以进一步水解污泥中有机组分，可将蛋白质水解生成多肽、二肽、氨基酸等，并进一步水解成低分子有机酸、氨及二氧化碳；碳水化合物水解成低分子量的多糖和单糖；脂肪水解生成硬脂酸、棕榈酸等；核酸水解使胞内的磷和氮释放到水解液中。

1.3 添加剂对水热处理效果的影响

为了进一步提高处理效果，研究者在水热处理过程中加入电解质[9—10]。由于水热法的水解作用以及电解质的压缩胶体双电层和架桥作用等，水热法和电解质法的联合作用能够更大程度上提高污泥的脱水性能，并能降低反应温度[11]。常用电解质有酸（如HCl、H2SO4）、碱[如NaOH、KOH、Ca（OH）2、Mg（OH）2]和 金 属 离 子（如Ca2+、Mg2+）等[5，9—10，12]。Neyens等研究发现在温度为80～155℃，pH为2的条件下，随着温度的升高，污泥含水率逐渐降低，从62.3%降至27.5%，另外污泥毛细吸水时间逐渐减小，污泥脱水最佳温度为120℃[12]。但是由于药剂的费用高和高强度的腐蚀，实际运行并不理想。同时Neyens等还发现在100℃水热条件下投加氢氧化钙也能够明显改善污泥的脱水性能[9]。另外，Guan等[11]研究发现，通过水热水解联合氯化钙能够明显改善活性污泥的脱水性能，且脱水最佳温度为130℃，降低了水热法处理温度，且随着氯化钙浓度的增加，溶解性蛋白质和碳水化合物浓度增加，污泥毛细吸收时间逐渐减小，其脱水性能增强。

2 结束语

水热处理作为一种高效的污泥脱水技术受到国内外越来越多的关注。污泥水热处理后，污泥泥饼的含水率和有机质含量发生明显变化。脱水后泥饼可通过污泥焚烧技术达到污泥的最终处置。污泥焚烧处理不仅可以最大限度地实现污泥的减量化和无害化，而且焚烧渣还可以制成附属产品，是一种有效的污泥处置方式。污泥焚烧具有处理时间短，速度快，处理量大，占地面积小，无需长期储存，可就地焚烧，不需要长距离运输，可以回收能量用于供热或发电等特点。