污泥脱水预处理技术综述
慧聪水工业网 随着经济社会的发展和城市化进程的不断加快，公众的环保意识有了极大的提高，“重水轻泥”的观念得到改变，对污水处理厂产生的剩余污泥的处理、处置问题的关注与日俱增。当前，现行的污泥脱水预处理方法主要包括铁盐、铝盐和生石灰等，但脱水后的污泥存在灰分含量增加，脱水后污泥燃烧热值低及污泥碱性提高等缺点。污泥的脱水方法主要包括自然干化、污泥浓缩、机械脱水和污泥干化等，经上述方法脱水后，污泥的含水率降低至60%～80%，仍高于《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T23485—2009)所要求的含水率低于60%的目标。为了强化污泥深度脱水，降低污泥处理和外运成本，提高污泥减量化、资源化、无害化和稳定化效率，污泥脱水的预处理技术应运而生。
污泥脱水预处理是利用物理、化学等方法，通过向污泥中外加能量或者化学试剂等，破坏污泥的絮体结构，使污泥中的部分胞内水和孔隙水释放出来，从而达到降低污泥中的水分含量的目的。由于污泥组成成分复杂，是由有机残片、无机颗粒和细菌菌体等组成的复合物，其中包裹在细菌体周围的胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances,EPS)是一种具有三维结构的亲水性凝胶状物质，表面带有负电荷，约占总污泥重量的60%～80%。胞外聚合物对污泥表面的理化性质具有重要的影响。其包裹在污泥的外部形成保护层，阻止污泥细胞的破裂和溶解，从而恶化污泥的脱水性能。因此，在污泥脱水前，需要对污泥进行预处理，破坏稳定的污泥絮体结构，改变胞外聚合物中不同水形态的分布，从而提高污泥脱水性能。本文主要对当前科学研究所聚焦的污泥脱水预处理中的的物理、化学方法进行综述，介绍不同的预处理方法对污泥脱水性的影响。
Part1物理预处理方法
1.1超声预处理
超声预处理是通过声波(20～40kHz)传播过程中的周期性压缩和膨胀，在介质中形成微小气泡，微小气泡的破裂产生气穴现象，从而生成大量的活性自由基(H·和·OH)，并且产生高能量的振动剪切力，达到破坏微生物细胞的细胞壁，改变不同胞外聚合物所占的比例，合理释放胞内物质的目的，从而提高污泥的脱水效率。气穴现象的作用主要包括物理作用和化学作用，物理作用即超声波在传播的过程中产生微湍流和振动波，从而在介质中产生强烈的对流，破坏污泥絮体的结构。化学作用即在生成的微气泡瞬态坍缩的过程中，会产生一种极端工况(温度为5000K，压强为5×104kPa)促使溶剂蒸汽的离解，产生大量的活性自由基，破坏污泥絮体的结构，有利于污泥絮体内部水分的释放。此外，声波在传播的过程中，可以在介质中产生类似海绵状的结构，形成海绵效应，使污泥中的水分通过声波传递所产生的通道释放到污泥絮体的外部，提高污泥的脱水性能。
Feng等通过研究不同能量密度作用下，毛细管抽吸时间(capillarysuctiontime,CST)、污泥比阻(specificresistancetofiltration,SRF)、胞外聚合物浓度和粒径分布的变化，探究超声预处理对于污泥脱水性能的影响。研究结果表明：在低能量密度超声作用下[4400kJ/(kgTS)]，污泥的脱水性能略有提高，污泥比阻由处理前的2.35×1010m/kg降低至1.20×1010m/kg。这主要是由于在低能量密度超声作用下，污泥的絮体破碎，降低了絮凝体颗粒的粒径，使包裹在污泥中的水分释放出来，提高了污泥的脱水能力。当超声的能量密度超过4400kJ/(kgTS)时，污泥的脱水性能变差，这主要是由于高密度的超声处理使污泥絮体被破坏，产生大量小污泥絮体颗粒，增大了污泥絮体的总面积，增强了污泥的亲水性，从而使污泥的脱水性降低。薛向东等通过比较污泥超声预处理前后结合水和过滤比阻的变化特征，确定了超声预处理对污泥脱水性能的影响。试验结果表明，低超声预处理强度(0.1～0.15W/mL)和短超声预处理时间(2～3min)可有效降低污泥过滤比阻，减少污泥中结合水的含量。马德刚等研究了超声预处理过程中的声强和预处理时间对污泥电脱水性能的影响。试验结果表明：当试验过程中的声波频率、电场强度和压力相同时，适当的声波强度和超声预处理的时间有利于提高污泥的电渗透脱水效率，且最佳预处理工况为0.510W/cm2，预处理时间为3.5min。
1.2微波预处理
微波预处理所使用的微波波长为1mm～1m，频率为0.3～300GHz。微波预处理的原理主要包括热效应和非热效应。热效应即在振荡电磁场下，通过偶极子旋转产生热量，使污泥中的水分加热至水的沸点，导致污泥絮体细胞破裂。非热效应主要是由于极性分子的偶极取向变化所导致的，非热效应可能会导致氢键的断裂，并且可以使复杂生物分子解折叠和变性。微波预处理可以破碎污泥絮体结构，释放细胞内的有机质、降解大分子有机物从而提高污泥的脱水性。
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