在城市污水處理廠處理過程中，產生大量含水量很高的污泥是必然的，而且這些污泥具有容量大、不穩定、易腐敗、有惡臭的特點，若不加處理，任意排放，將引起嚴重的二次污染。目前，從G外到G內，污泥處理的方法主要從四個方面去考慮。一是穩定化，消除惡臭；二是無害化，殺死蟲卵及病菌；三是減容化，便于運輸處置；四是資源化，實現污泥的**終利用[1]。本文就減容化中污泥的水分及脫除作進一步的探討。
1、污泥的產生
城市污水廠的污泥是指處理污水時所產生的固態、半固態及液態的廢棄物，含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等，如果不加處理任意排放，會對環境造成嚴重的污染。對污泥處理總的要求是穩定化、無害化和減量化。
2000年我G工業和城市生活廢水排放總量為415億噸，其中工業廢水排放量為194億噸，城市生活污水排放量為221億噸。化學需氧量（COD）排放量1445萬噸，其中工業廢水中COD排放量705萬噸，生活污水中COD排放量為740萬噸。由此可見工業廢水和生活污水平均COD濃度大致相同。如果萬噸廢水污泥產生量的平均值為2.7噸（干重），415億噸廢水65％用生物處理，則將產生污泥728萬噸（干重）。2000年全G工業廢水處理率為94.7％，生活污水25％，按此計算我G每年產生的污泥量約420萬噸。這些數量巨大的污泥將成為未來急需處理的難題[2]。2、污泥中的水分
污泥中含有大量的水分，這可以用含水率來表示。污泥的含水率是指污泥中所含水分的質量百分比，它直接與污泥的收集、儲存、輸送、處理處置相關，對于有機性污泥的含水率還與污泥穩定性有關。含水率也是衡量脫水設備的工作性能和污泥回收產品質量的重要指標。通常污泥含水率隨有機物含量的增加而升高。污泥的體積V、質量W、含水率p和固體濃度C之間存在如下數量關系：
V1/V2＝W1/W2＝（100－p2）/（100-p1）＝C2/C1[3]
式中，各項參數指污泥脫水前后的污泥體積（L或m3）、質量（kg或T）、含水率（％）、固體濃度（mg/L或g/L）。
含水率很高幾乎是一切污泥的共性，城市污水廠的初沉污泥含水率一般為95％～97％，而二沉污泥含水率則高達99％以上。污泥含水率很高，導致體積龐大，不但給輸送、處理與處置帶來很大的負擔，而且對回收利用也不利。另外，含有大量微生物的有機性污泥在高含水率條件下特別容易腐敗變質。總而言之，降低含水率是污泥處理處置的**道工序，是所有污泥處理中的重中之重[3]。經過脫水處理后的污泥其體積大大減少，易于開展綜合利用。
污泥中的水分大致分為四類（見圖1）：顆粒間的空隙水，約占污泥水分的70％，一般用濃縮法分離；在污泥顆粒間形成一些小的毛細管，其中充滿的水稱毛細水，約占20％，可采用高速離心機脫水、負壓或正壓過濾機脫水；顆粒的吸附水被吸附在顆粒表面，約占7％左右，可用加熱法脫除；存在于污泥顆粒內部或微生物細胞內的水稱為內部水，約占污泥的3％，可采用生物法破壞細胞膜除去胞內水或高溫加熱法、冷凍法去除。污泥中水分與污泥顆粒結合的程度由大到小的順序為：內部水>吸附水>毛細水>空隙水，結合程度越高，越難脫除。
3、污泥中水分的脫除
污泥處理與處置的主要目的是減少水分，為后續處理、利用和運輸創造條件；消除污染環境的有毒有害物質；回收能源和資源。污泥的處理處置工藝包括污泥的濃縮、消化、脫水、干化及焚燒等方法以及**終處理。在這些方法中，減容是**重要的過程，其投資約占污水廠總投資的12％～30％，而污泥脫水是其中費用較高，機理**不清楚的過程之一。高效脫出占污泥含量95％以上的水分，成為經濟、高效處理污水污泥的關鍵環節。我G城鎮建設行業標準之城市污水處理廠污水泥排放標準第4.3條指出：在廠內經穩定處理后城市污水處理廠污泥宜進行脫水處理，其含水率宜小余80％。G內現有的污泥處理處置基本是濃縮和脫水，污泥經濃縮和脫水后，一般含水率也只能降低到80%左右，而發達G家正逐步要求污泥的含水率降低到20%～30%。另外，我G不具有污泥脫水處理的污水廠約占48.65％。因此，擺在我們面前的是一個嚴峻的問題。 3.1 污泥脫水的指標要求[9]
污泥脫水指標主要包括脫水效果和經濟性兩方面。
脫水效果主要反映設備的污泥脫水分離性能是否符合要求，主要指標有：濾清液含固率、泥餅含固率、污泥回收率等。
經濟性指標主要指設備運行成本，主要指標有：絮凝劑投加量、污泥處理量、電耗等。
絮凝劑投加量：指每噸干污泥（不含水分）與干粉絮凝劑投加量之比，單位：kg/T或0/00，絮凝劑一般占到運行成本的3/4左右，是一個重要的經濟指標。
污泥處理量：是設備的污泥處理能力，反應勞動生產率。 電耗：反應設備能耗。
表1是城市污泥脫水對這些指標具體要求。
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3.2.1 自然干化
自然干化在干化場中完成。它是將污泥放到砂場上利用自然的力量進行干化，同時，一部分水還通過砂層過濾而去除。其具體過程由過濾、沉淀、干化等幾個階段組成，其中過濾和沉淀是通過重力作用，蒸發干化則是利用太陽的熱能進行的。但是，在具體的操作過程中，要掌握好各個階段是比較困難的。同時，過濾、沉淀、干化等的效率明顯受到地理條件限制。由于干化場需要相當大的面積，在用地少的G家是不太適用的，但在歐洲則被廣泛采用[4]。 3.2.2 機械脫水
機械脫水能有效降低污泥體積，可以為污泥的后續處置打下良好基礎。 3.2.2.1 污泥的調理
為了提高脫水機械的生產能力和降低運行電耗，在進行污泥機械脫水前往往對污泥進行必要的預處理，此過程通常稱為污泥的調理或調解。常用的方法有化學調理、淘洗調理、熱法調理、冷卻調理和輻射調理。淘洗法僅用于消化污泥的調理，而其它方法主要用于降低污泥比阻。 ① 化學調理
污泥脫水的關鍵是改善污泥的脫水性能，投加混凝劑、助凝劑等化學藥劑，使污泥凝聚、提高脫水性能因操作簡單、效果好而成為比較常用的方法。其作用原理是絮凝劑通過絮凝作用，減小了污泥與水的親和力，改變了污泥中水分的存在形式，從而達到易于脫水的目的。
常用的絮凝劑有無機與有機兩大類。無機絮凝劑包括鋁鹽、鐵鹽兩類，主要是對水中具有相反的電荷的膠體起中和、壓縮雙電層作用。從而使膠體脫穩凝聚，實現固液分離，但投加量大，效果不佳。有機絮凝劑包括聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化鋁（PAC）等，主要是對已脫穩的凝聚顆粒起吸附架橋作用，從而使其快速形成大的絮體，易于分離，但懸浮物的回收率低，濾餅含水率高。從近幾年的發展來看， PAM的效果比較好，因而應用比較廣泛。同時，郭亞萍等也將無機絮凝劑與有機絮凝劑復合使用，效果也不錯[5]。
另外，同濟大學環境科學與工程學院污染控制與資源化研究G家重點實驗室研究了表面活性劑及酸處理對污泥脫水性能的影響[6]，指出：表面活性劑無論單獨或與FeCl3和CaO混合使用，都能提高離心脫水的效果。而且他們還提出了表面活性劑和酸處理的作用機理，表面活性劑的作用原理是：分散作用使污泥絮體結構分散解體，釋放出原絮體內部的結合水；增溶作用可溶解有高度水合作用的ECP；酸處理的作用機理是：H＋與污泥的結合，改變了污泥的表面電荷特性，促進了污泥絮體間進一步的絮凝；使ECP水解，降低了絮體對水的親和力。
化學調理中一般選用石灰作助凝劑，用來調節污泥的pH值。
混凝劑的投加量以占污泥固體干重的百分比計，一般無機混凝劑投加量約為7％～20％，高分子聚合電解質（如PAM）投加量約為1％以下[2]。 ② 熱法調理[2][3][7]
熱法調理的原理是將污泥加熱，使污泥中的細胞物質破壞分解，細胞膜中內部水游離出來，親水性有機膠體物質解體，從而提高污泥脫水性能。該法除了提高脫水性外，不需加藥劑，不增加濾餅量，能殺死病原菌，從衛生學角度看是有利的，并且特別適宜脫水性能差的污泥處理。但也存在下述缺點：管道彎頭磨損、腐蝕較嚴重，容易在管道壁結垢；向處理廠四周散發惡臭，環境狀況不好；污泥可溶性有機物濃度高，需二次處理；加熱加壓處理時間長，設備費用、運行費用均高；處理后的污泥熱值低。
按照加熱溫度的不同，可以分為高溫加壓調理（170～200℃，1.0～1.5MPa）和低溫加壓調理（150℃以下，0.3～0.4MPa）兩種。高溫加壓調理后的污泥，含水率可降**80％～87％，比阻降到0.1×109m/kg，經過機械脫水后污泥含水率可降低到30％～40％（而直接脫水后污泥含水率為70％以上）；但設備易結垢，熱交換率降低，分離液中溶解性物質增多，致使分離液處理困難。因此，低溫加壓調理近年得到發展，它使有機物的水解受到控制，分離液BOD5較高溫加壓調理低40％～50％。 ③ 冷卻調理[2][3]
污泥經過反復冷凍后可破壞固體與水的結合力和破壞膠體的結構（類似于冷凍后的內脂豆腐），使膠體脫穩凝聚且細胞膜破裂，污泥顆粒迅速沉降，脫水速度比冷凍前提高幾十倍。冷卻調理在G外發展較快，它不需藥劑，處理后的污泥適用于肥料或飼料，且比熱法處理節省能源。關于冷卻調理和污泥脫水性能的關系可以參見表2。
④ 淘洗[3][7]
淘洗是將固體或固液混合物與液體完全混合，使某些組分轉移到液體中去。淘洗調理適宜于消化污泥的預處理，因為它可以除去消化污泥中可能消耗大量調理劑的某些可溶性有機物和無計組分,其反應情況大致如下：
當用氯化鐵作為絮凝劑時：
FeCl3＋3NH4CO3 → Fe（OH）3＋3NH4Cl＋3CO2
當用鋁鹽作為絮凝劑時：
Al3＋＋3HCO3－ → Al（OH）3＋3CO2
一般情況下，經淘洗厚，調理劑的消耗量可減小50％～80％。但是，淘洗污泥的費用往往超過由于降低調理劑所節省的費用，因此，這種方法現在較少采用。 3.2.2.2 污泥的機械脫水 #p#分頁標題#e#
污泥經過調理后，就進入具體的機械脫水階段。污泥的機械脫水是以過濾介質兩面的壓力差為推動力，使污泥中的水分被強制通過過濾介質（稱濾液），從而使固體顆粒被截留在介質上（稱濾餅），達到脫水的目的。
污泥是否適合機械脫水處理,主要取決于其脫水性能。污泥比阻是判斷污泥脫水性能的綜合性指標,它是單位過濾面積上單位干重濾餅所具有的阻力，在數值上等于粘滯度為1g/(s·cm)時,濾液通過單位質量的濾餅產生單位濾液流速所需的壓差。一般認為比阻值r﹥1.0×109s2
/g的污泥難于機械脫水，而r﹤0.5×109s2
/g的污泥易于機械脫水
[8]
。污泥的比阻大小與污泥中有機物含量及其成分有關，廢水生物處理排出的有機性污
泥中多聚糖類粘性物質含量很高，煉油化工廠隔油池底泥粘性高、含水率高，這些都是比阻很大的污泥[3]。
常見的污泥機械脫水方法有壓濾法、離心法等。不同的脫水方法其工藝原理、脫水設備及適宜的處理對象也有較大差異。表3為上述幾種污泥脫水方法的優缺點、使用范圍及一般情況下脫水泥餅的含水率。
表3 幾種污泥脫水方法的優缺點、適用范圍及泥餅含水率[3][7]
