- 文献综述（或调研报告）
- 课题背景
我国公众环保意识的觉醒、社会经济的发展和环保相关法律法规的制定导致污水排放标准不断提高，污水处理量迅速扩大。随之而来的是含水率高达 95%以上的污水处理副产物——剩余污泥剩余污泥的量也大量增长[1]。据统计，全国污泥处理能力，2016年全国仅有33%的污泥（约为1300万t）得到无害化处置，2018~2022五年的污泥年均复合增长率据预测约为13.49%且在2022年将为8909万t[2]。作为污水处理的副产物, 污泥可能含有重金属、难降解的有毒有害有机物和细菌、病毒、寄生虫卵等有害微生物,不对其进行处置会对土壤和水体造成二次污染，对公众健康造成威胁。而污泥处理费用在城市污水处理厂运行费用中占较大比例（25%～40%），其处理处置已成为全球都面临的一个严峻挑战。《生活垃圾填埋场污染控制标准（GB 16889-2008）》规定生活污水处理厂污泥含水率小于60%时，才能进入生活垃圾填埋场填埋；《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》规定污泥用于好氧堆肥时含水率应低于65%；而污泥焚烧时，含水率越低，焚烧效果越好。可见，无论何种污泥处置方法，污泥脱水减量都是重要的第一步，[3]脱水减量有利于缩减后续处理过程的储存空间、能耗和运输成本，这使得污泥脱水减量在污泥处理处置中的地位不断升高。
因此，确立经济高效的污泥脱水减量技术，既能缓解污泥对环境和公众健康的威胁，又能缓解污泥处置压力、协助后续污泥无害化、稳定化和资源化处置，合乎国家可持续发展和生态文明建设的要求。
- 污泥脱水减量概述
2.1污泥脱水的难点
城市污水处理厂污泥由各种微生物和有机、无机颗粒及有机残片组成，一般具有高含水率和高亲水性的特点，且污泥颗粒细小、结构疏松。污泥中水的主要有4种存在形式：间隙水、毛细水、表面吸附水和胞内结合水[4]。表面吸附水、毛细结合水和部分间隙水能够以普通的机械方法脱除，使污泥含水率降到 70%左右[5] ，而占总细胞质量70-80%[6]的胞内结合水无法以普通机械方法脱除。其原因为污泥中胶体物质和胞外聚合物的存在使得水分子和污泥固体表面紧紧结合或者将水分子包裹在细胞和絮体中[7]。而污泥主要由微生物构成，其细胞壁是缩氨酸连接的糖类物质构成的半钢性物质，从而导致用常规的脱水方式主要存在于细胞内部的结合水很难去除。污泥细胞自身的解体是污泥裂解的关键。[8]
2.2污泥脱水减量技术概述
孟昭辉等[9]认为污泥的减量化按减量时间可分为两种：过程和后续减量化。污泥过程减量化是指采用某种技术或工艺，在保证污水出水水质的不收影响的前提下，减少剩余污泥在污水的处理过程中的产量。污泥的后续减量化主要是在污泥产生后再通过一定的手段， 减少已产生的污泥量。
郝晓地等[10]认为按原理可以将污泥脱水减量方法分为以下几大类：物理、机械、化学、生物以及联合处理。
物理方法有：超声波破解法、微波破解法、污泥热干燥法、低温冻融法、聚焦脉冲法、gamma;射线法和电子束辐射法等。超声波处理法是用超声波作用于污泥液体上，使其产生空化作用，击破污泥中的微生物细胞壁, 使污泥絮体破碎，胞内物质流出，促进污泥水解。[10]有研究也表明，超声波破解法虽染一定程度上降低了污泥含水率，但会使污泥脱水性能下降。[11]微波法主要利用电磁波（频率0.3-300 GH） 对污泥快速均匀地加热，使得污泥中微生物细胞在微波辐射热效应和非热效应下裂解。细胞裂解的主要原因是微波辐射热效应[10]。微波法预处理污泥有很好的融胞效果，Toteci等[12]利用微波在175℃、微波强度为3.75℃/min下对污泥进行预处理，处理后污泥产气量有所提高，挥发性固体去除率下降。热干燥法热处理法指加热污泥至40-180℃以对微生物灭活，使微生物细胞被破坏并释放胞内物质。污泥凝胶网络在这个过程中被打破，使得污泥固体的亲水性和粘度都降低，从而提高污泥脱水性能。污泥热干化技术可以有各类热源如微波、热水、蒸汽、天然气、太阳能热泵、生石灰等[13]。低温冻融法是指对剩余污泥进行多次重复低温冷冻和融解的过程，污泥的结构在这过程中会变得更紧凑，且会释放出释放细胞中的结合水，污泥脱水性能因此提升。聚焦脉冲法、gamma;射线法和电子束辐射法等方法不但能耗大，且操作复杂，不适合大规模的工程应用。物理方法有不少有效的，但是都不够经济，其建设成本和运行成本都很高，因为其能耗太大，且对设备要求高。
机械方法有：有旋转球磨、高压均质机、文丘里管空化和溶胞离心等[10]，机械方法的原理就是通过施加强压，迫使污泥细胞破裂，胞内物质流出，机械方法机器损耗大，能耗也大。
岑俨君[14]对化学预处理方法进行了更概括的分类将其分为酸碱法和氧化法。酸碱法顾名思义即为通过向污泥投加酸或碱来溶解污泥中微生物的细胞，释放胞内物质，使胞内结合水变为易于脱除的自由水。目前的很多相关研究表明酸碱法有效果但效果有限。氧化法主要是利用臭氧或氯气等强氧化性物质对污泥进行处理，破坏微生物细胞来提高污泥脱水性能。臭氧具有强氧化性，其氧化能力仅次于氟，由于其还原产物是氧气，被认为是高效且无污染的。已有研究表明污泥回流前经臭氧氧化可以实现污泥减量化，臭氧投加量增加到一定程度时，可以实现好氧系统零剩余污泥排放[15]。Fe 2 和 H 2O2组合而成 Fenton 试剂也可应用于污泥氧化预处理[16, 17]。除了酸碱法和氧化法，还有向污泥中投加絮凝剂和助凝剂等药剂以促进污泥聚团，增大污泥颗粒，提高污泥沉淀性能。
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