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。另一方面，我國污泥處理起 步較晚，早期的污水處理廠建設存在嚴重的“重水輕泥”現(xiàn)象，污泥處理處置單元不完善，導致大量污泥“積壓”，未得到合理安全的處理 處置[1]。

我國大多污水廠早前建設的污泥處理方式仍以濃縮后再進行壓濾脫水或離心脫水為主，相當一部分污水廠甚至沒有濃縮或脫水設施。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方面落后， 更嚴重的是脫水后的污泥隨意傾倒，造成土地資源的浪費和嚴重的環(huán)境污染。

近年來，我國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，力圖在政策和技術層面解決污泥的環(huán)境問題。我國《水污 染防治行動計劃》（國發(fā)[2015]17號）提出：現(xiàn)有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無害化處理處 置率應于2020年底前達到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鍵的第一步[2] 。采用污泥深度脫水技術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)濟和環(huán)境平衡，逐步在污泥處置領域得到了共同的認可 。

1污泥深度脫水技術現(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，對含水率較高的污泥進行進一步脫水至含水率60%以下，甚至更低。通過使用 污泥深度脫水技術，不僅使得污泥總的數(shù)量和體積大大降低，同時極大減少后續(xù)處置資本投入和運輸管理費用，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，實現(xiàn)穩(wěn)定、無害化處置和資源化利 用。即使進行填埋，也能大幅減少土地占用和環(huán)境污染[3]。

污泥深度脫水技術在國外起源較早，隨著環(huán)保政策的不斷嚴格和污泥處理處置領域技術進步，近幾年在國內(nèi)逐步得到重視并有一定范圍的應 用。一般認為，污泥中的水分有自由間隙水、毛細水、吸附水和內(nèi)部水四種結合形式。從經(jīng)濟的角度出發(fā)，機械脫水是一種相對節(jié)能的方式 ，但機械脫水只能去除間隙水和毛細水，對后兩種形式的水去除效果差，所以一般需要預先對污泥進行調(diào)理。

1.1污泥調(diào)理

污泥調(diào)理是污泥深度脫水的關鍵步驟。污泥的預處理調(diào)理主要有化學調(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，或添加骨架構建體以增強污泥的可壓縮性，從而促進污泥胞外聚合物中的水分釋放或使污泥中水分的形態(tài)得以轉化[4] ?；瘜W調(diào)理是目前應用較為廣泛的污泥調(diào)理技術方法，其次是污泥熱水解等物理調(diào)理技術。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胞受熱膨脹而破裂，釋放出蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)以及細胞膜碎片的技術。由于細胞結合水被釋放，污泥的脫水 性能得到改善，同時避免投入難生物降解或有毒有害脫水劑對環(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高壓機械脫水

自動高壓隔膜壓濾機是一種間歇式污泥深度脫水設備，在城鎮(zhèn)污水處理領域已有多年的應用歷史，具有深度脫水效果好，適應性廣的特點， 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。該設備采用機、電一體化設計制造，結構合理，操作簡單 ，能夠實 現(xiàn)無人操作自動運行，自主創(chuàng)新研發(fā)的聚丙烯高壓隔膜濾板壓榨壓力可達到4.0MPa[7]。目前市場上應用比較成熟的污泥 深度脫水設備還有彈簧鋼制濾板壓濾機、鋼帶式壓濾機和新型高壓壓濾脫水機等，設備零部件可以達到更高的工作操作壓力，脫水效果可以 得到進一步提升。高壓機械脫水設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 榨時間長，不能連續(xù)出料，單臺設備處理能力不大，設備所需數(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，用于進一步降低常規(guī)機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，污泥干化設備 分為直接加熱和間接加熱兩種方式。目前，應用較多的干化設備包括流化床、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉盤式干化、立式圓盤式干化和 噴霧干化等六種工藝設備。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)設備的國產(chǎn)化發(fā)展很快，但目前投產(chǎn)的多為大型化干化項目。由于其必須利用外加熱源的技術缺陷，決 定了熱干化的能耗難以降低，成本相對較高。且熱干化過程必須考慮污泥惡臭、揮發(fā)性有機物排放等污染治理設施，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主要以板框壓濾機為主體設備，在此基礎上增加抽真空系統(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)污泥中水的沸點降低，同時通過濾板對腔室內(nèi)污泥進行加熱[10,11]。在加熱至50℃左右時，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，能達到傳統(tǒng)熱力干化脫水效果，同時省去了傳統(tǒng)熱力干化的占地面積，但存在一次性投資成本高、操作復雜、處理規(guī)模受限等缺點。

2污泥低溫除濕深度脫水新技術

2.1基本原理

在空調(diào)制冷領域，低溫除濕技術并不陌生。而利用低溫除濕熱泵技術對污泥進行深度干化，近年來已成為一項污泥深度脫水新技術，備受關 注?，F(xiàn)有的低溫除濕污泥干化設備多為在帶式干化機的基礎上衍生而來，包括進料系統(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)作為最為核心的結構組件，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、冷凝器 、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等構成。低溫干化單元運行時，蒸發(fā)器中的工質(zhì)吸取污泥低溫除濕倉內(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)，進而經(jīng)壓縮機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，加熱進入污泥低溫除濕倉內(nèi)的 干空氣，而工質(zhì)本身轉化成高溫高壓液態(tài)工質(zhì)；進而通過節(jié)流閥，壓力和溫度降低，轉化成低壓低溫的液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)再度進入蒸發(fā)器，吸收 濕熱氣體中的熱量。如此反復循環(huán)將低溫熱量輸送到高溫介質(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2冷凝器3節(jié)流閥4蒸發(fā)器

2.2工藝特點

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

（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，相對傳統(tǒng)燃煤型污泥干化系統(tǒng)可節(jié)能40%以上；相對燃油燃氣型系統(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）。設備緊湊，占地面積小，系統(tǒng)易損件少，易維護，使用壽命長；

（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)的低品位熱源進行靈活改造，進一步降低能耗。

2.3應用案例分析

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。

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，定制了1臺廣東西屋康達生產(chǎn)的ZK007-DMT污泥低溫干化除濕熱泵一體機，配置輸送系統(tǒng)及落 料系統(tǒng)：

1）運行費用計算：

每度電除水量3.69kg/h，電費按1.0元/kWh；

每日運行費用=2295÷3.69×1.0=622元/天；

企業(yè)每年按300天運營計算，年運行費用=622×300=186600元/年；

2）節(jié)省費用計算：

工業(yè)污泥處理費用按1800元/噸；

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

年節(jié)省處理費用=4131×300=1239300元/年；

3）實際收益計算：

經(jīng)濟收益=1239300-186600=1052700元/年；

項目投資成本：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℃；除水檢測完全達到直接排放標準 。

3結論

我國環(huán)境保護部門給出了明確的規(guī)定：“污水處理廠儲存（即不處理處置）為目的將污泥運出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下” （《關于加強城鎮(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出廠界前，必須將污泥脫 水至含水率40%以下的要求，更是對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)有污泥處理處置設施的效能成為污水處理部門亟需解決的一項課題。通過對目前行業(yè)應用中幾種典型的污泥深度脫水工藝進行 對比，筆者認為低溫除濕污泥深度脫水新技術，相比于現(xiàn)有工藝，呈現(xiàn)出運行費用低，操作簡單，設置靈活，適用性強，無需外加能源等 特點。當污泥處置單位遠離外接燃氣或蒸汽能源時，低溫工藝甚至可以發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。