高温水热处理联合机械压滤对市政污泥脱水性能的影响研究

高温水热处理联合机械压滤对市政污泥脱水性能的影响研究

曹小卫

身份证：320683198207143012

摘要：污泥是城市污水处理厂的主要污染物之一，其含水率高达90%以上，体积大且不稳定，易产生二次污染。机械脱水是污泥处理处置的常用方法，但由于传统脱水设备的局限性，使污泥脱水效果不佳。本研究提出一种新的处理方法——高温水热处理联合机械压滤，探究了不同温度和压力对污泥脱水性能的影响。结果表明，在150℃和3.0MPa下处理5h后，污泥中有机物和重金属含量均有明显降低；在温度为150℃和3.0MPa时，污泥中有机物和重金属含量均有明显降低。在机械压滤过程中，随着压力的增加，污泥含水率下降明显，当压力为20kPa时，脱水率从90.3%提升到93.3%。在机械压滤过程中添加1%Na2CO3能够有效抑制微生物生长和细胞破碎。

关键词：高温水热处理；机械压滤；污泥脱水；重金属

引言

在城市化进程不断加快的背景下，市政污泥排放量不断增加，这对环境保护与资源利用都是一个极大的挑战。为使污泥减量化，稳定化及无害化，热处理及机械压滤技术在市政污泥处理方面得到了广泛运用。热处理在热能及机械压力作用下促使污泥内大分子物质热分解而相对分子质量下降，与此同时微生物细胞壁被降解而生物稳定性增强。但机械压滤是在高压力作用下将污泥内水分释放出来达到脱水的目的。这两项技术各具优点，结合使用可望进一步提高市政污泥脱水效果及处理效率。

1.高温水热处理及机械压滤工艺综述

高温水热处理就是使污泥中有机物、无机物在特定温度条件下发生分解、性质变化、含水量下降从而实现污泥无害化。其实质是利用高温将污泥中的可溶性有机物质（如蛋白质、脂肪等）和无机质（如铁、铝等）分解成易挥发的有机物质（例如挥发性脂肪酸，挥发性氯化物等等）和无机质（例如，二氧化碳，水，氮气）。机械压滤技术是利用机械方法从污泥中分离出水分的技术，这也是当前处理市政污泥的常见手段之一。传统的机械脱水设备包括板框压滤，螺旋挤压机及离心机。其中板框压滤设备使用较多，但是存在滤饼含固率不高，无法达到污泥减量化要求等缺点；离心机设备具有分离效率高的特点，但是能耗大。

1.1高温水热处理的工艺原理和应用领域

高温水热处理是一种将污泥在特定温度（<150°C）下加热至高温的方法，通过一系列的化学反应，如水分蒸发、热解和微生物降解等，来实现污泥的减量、稳定化和无害化处理。热处理过程对热能及机械压力要求较高，此技术常用于市政污泥减量化处理及土地利用等方面。污泥在高温水热处理过程中因其中的一些蛋白质、多糖等大分子物质的热分解而导致相对分子质量下降；同时因微生物细胞壁降解而引起表面及内部的一系列改变。处理后的污泥主要存在以下几种变化：（1）污泥中的有机成分和可溶性无机盐溶出，其总固体含量（TS）由原污泥的62.5%降低至20.0%；（2）通过热分解污泥中的蛋白质、多糖和腐殖质等大分子物质所产生的小分子有机物被有效去除，这有助于增强污泥的生物稳定性，并为后续的处理工作提供便利；（3）污泥内水分蒸发、微生物细胞壁降解、有机成分溶出等过程增加了污泥处置模式的可选择性。

1.2机械压滤技术的原理和优势特点

机械压滤就是利用压滤机产生的高压力来释放污泥内的水分，实现污泥脱水。机械压滤按其所施压力分为加压式与离心式2种。加压式机械压滤所使用的压力较大，例如板框压滤机压力可达20~30kPa。离心式机械压滤是利用离心泵的离心力将污泥内水分与污泥分离而实现污泥脱水。机械压滤较传统的机械脱水有如下优点：（1）自动化程度和工作效率较高、操作方便；（2）自动化程度高、操作方便、不需要人为干预；（3）本实用新型能够实现污泥的各种处置以达到资源利用的目的；（4）本实用新型能够有效地解决传统脱水设备中所出现的问题。机械压滤技术因其造价低，适用性好，安全环保，可以作为城市污水处理厂残余污泥处理的主要手段。

2.市政污泥高温水热处理脱水性能研究

污泥脱水就是用物理、化学等方法除去污泥中水而不损害其性质。目前普遍采用机械压滤脱水，这种脱水方式可以使污泥中大分子有机物变成小分子物质以达到污泥脱水的目的。但是传统机械压滤设备普遍存在着泥饼含水率需求大，过滤周期长，滤饼强度低的问题，这一定程度制约着机械压滤技术在市政污泥脱水中的推广应用。高温水热处理技术可通过热处理促进有机物热解及酶促氧化以提高污泥的脱水性能。本项研究选取某市市政污水处理厂脱水污泥作为研究目标，探讨温度和压力等因素对污泥脱水特性的影响规律，旨在为市政污泥脱水领域高温水热处理提供数据支撑，并对其他污水处理厂及垃圾填埋场污泥处理具有借鉴意义。

3.机械压滤处理市政污泥脱水性能研究

在20kPa的压力下，污泥的含水量从90.3%下降到了93.3%；当压力低于20kPa时，污泥的水分含量从96.6%下降至96.1%；当压力超过20kPa时，污泥的含水量从96.6%下降到了98.5%。试验结果表明，机械压滤能够有效地改善污泥的脱水性能。污泥经机械压滤后，细胞破碎，挥发和溶胀，导致滤饼空隙变大，泥饼减薄。此项研究还观察到，当加入1%的Na2CO3后，机械压滤过程中的滤饼空隙有所扩大，孔隙率从80.5%增加到93.5%，从而显著提升了机械压滤的脱水效果。

4.高温水热处理结合机械压滤处理市政污泥脱水性能研究

该研究将高温水热处理与机械压滤2种污泥脱水技术相结合，旨在通过两者协同作用进一步改善市政污泥脱水效果。高温水热处理阶段有效地减少污泥中有机物及重金属的含量，为之后的机械压滤工艺提供有利条件。但在机械压滤阶段通过施加合适压力有效地促进污泥中水的去除和脱水效率的提高。

试验结果表明：高温水热处理结合机械压滤的污泥脱水效果显着优于单一处理方式。同等条件下联合处理污泥含水率较低脱水率较高。同时由于高温水热处理使污泥重金属含量减少，使处理污泥更安全且利于后续资源化利用。另外，研究发现机械压滤时加入适量Na2CO3不但能够改善脱水性能而且能够有效地抑制微生物生长及细胞破碎等现象，使污泥脱水效果得到进一步改善。这一研究结果为市政污泥脱水处理提供一种新思路，新途径。

结语

该研究采用高温水热处理和机械压滤相结合的方法对市政污泥脱水性能进行有效改善。试验结果表明：联合处理方式对降低污泥含水率，增加脱水率和减少重金属含量都显示了明显的优越性。同时Na2CO3的加入可进一步提高机械压滤工艺脱水性能。

今后将对市政污泥脱水中高温水热处理与机械压滤相结合的工艺进行持续深入的研究，并对处理工艺进行进一步的优化，以提高处理工艺效率。与此同时，我们也会密切关注其他创新的污泥脱水技术的进展，希望能为市政污泥的资源再利用和环境保护做出更大的贡献。

参考文献

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