近年來(lái)，污泥產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。目前，我國(guó)年廢水排放總量超過(guò)400×108 t，每年排放干污泥約為550×104～600×104 t，且不斷增加。一方面是因?yàn)槲鬯芫W(wǎng)的服務(wù)人口不斷增加，另一方面是因?yàn)樗|(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格。
污泥是一種高水分的多孔介質(zhì)物質(zhì)，未經(jīng)處理的污泥含水率高達(dá)95%以上。因其含水量高，體積大，污泥的處理因不同的目的而采用不同的處理方法。
傳統(tǒng)的污泥處理與處置技術(shù)系統(tǒng)為：污泥→濃縮→穩(wěn)定→脫水，脫水之后的污泥通常采用農(nóng)用、填埋或焚燒的處置方法。
在這幾種技術(shù)系統(tǒng)中，農(nóng)用或因濃縮污泥含水率太高（一般為92%～96%），造成運(yùn)輸困難、運(yùn)輸量大，或因脫水泥餅分散困難需借助機(jī)械設(shè)備支持田間操作，使該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在較多的困難；填埋則因脫水泥餅含水率較高（一般為70%～85%），土力學(xué)性質(zhì)差，需混入大量泥土，從而導(dǎo)致土地的容積利用系數(shù)明顯降低；脫水泥餅直接焚燒，也因其含固率低不能達(dá)到維持過(guò)程自行運(yùn)作所需的能值，需加入輔助燃料，使處理成本明顯增加，難以承受。綜合分析上述污泥處理與處置技術(shù)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所遇到的困難，不難看出污泥的含水率是關(guān)鍵的影響因素。因此，降低污泥含水率是解決目前在污泥處理所遇到的許多問(wèn)題的關(guān)鍵。
污泥的干燥是污泥進(jìn)行資源化（農(nóng)用、焚燒等）的前提。目前，污泥的干燥技術(shù)已經(jīng)等到較為深入的研究，很多技術(shù)已經(jīng)得到推廣及應(yīng)用。本文在分析污泥含水特性的基礎(chǔ)上論述了污泥干燥技術(shù)的各種方法，為污泥的更有效的資源化處理利用提供參考。
1 城市污泥含水特性分析
1.1 城市污泥體積和含水率的關(guān)系
污泥的含水率一般都很大，相對(duì)密度接近1.主要取決于污泥中固體的種類及其顆粒大小。通常，固體顆粒越細(xì)小，其含有機(jī)物越多，污泥的含水率越高。
污泥的含水率或固體含量與污泥體積密切相關(guān)，污泥經(jīng)過(guò)消化或脫水處理的前后，其污泥體積、固體含量及含水率之間的關(guān)系可按照下式簡(jiǎn)易換算：
V2=V1（100-P1）/（100- P2）
式中，V2、P2分別表示處理后污泥總體積（cm3）和含水率（%）。根據(jù)上述公式，污泥含水率稍有降低，其總體積就會(huì)顯著減少。
例如，污泥含水率從95%降至90%時(shí)求污泥體積的改變。
解：由式V2=V1（100-P1）/（100-P2）
得：V2=（100-95）/100-90）V1=1/2V1
可見污泥體積減少一半。所以降低污泥中含水率具有十分重要的意義。
1.2 污泥水分存在形式及其干燥的可行性
20世紀(jì)80年代，Mülle[5]等人對(duì)污泥的干燥特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其與晶體物質(zhì)的干燥特性有很大的差異。他們認(rèn)為，水分在污泥中有4種存在形式：間隙水分、毛細(xì)管結(jié)合水分、表面吸附水分以及結(jié)合（內(nèi)部）水分，分別反映了水分與污泥固體顆粒結(jié)合的情況。
間隙水：被大小污泥塊包圍著的間隙水，并不與固體直接結(jié)合，作用力弱，因而很容易分離。這部分水是污泥濃縮的主要對(duì)象。間隙水約占污泥水分總量的70%.
毛細(xì)管結(jié)合水：污泥中的各類毛細(xì)管結(jié)合水約占污泥中水分總量的20%.由于毛細(xì)現(xiàn)象形成的毛細(xì)管結(jié)合水受到液體凝聚力和液固表面附著力作用，要分離出毛細(xì)管結(jié)合水需要有較高的機(jī)械作用力和能量，可以用與毛細(xì)水表面張力相反的作用力，例如離心力、負(fù)壓抽真空、電滲力或熱滲力等，常用離心機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)或高壓壓濾機(jī)來(lái)去除這部分水、
表面吸附水：污泥常處于膠體狀態(tài)，膠體顆粒很小，比表面積大，所以表面張力作用吸附水分較多。表面吸附水的去除較難，不能用普通的濃縮或脫水方法去除。通常要用混凝方法加入電解質(zhì)混凝劑，以達(dá)到凝結(jié)作用而易于使污泥固體與水分分離。
內(nèi)部水：一部分污泥水被包圍在微生物的細(xì)胞膜中形成內(nèi)部結(jié)合水。內(nèi)部水和固體結(jié)合得很緊，要去除它必須破壞細(xì)胞膜。用機(jī)械方法使不能脫除的，但可用生物作用（好氧堆肥化、厭氧堆肥化等）使細(xì)胞進(jìn)行生化分解，或采用其他方法破壞細(xì)胞膜，使內(nèi)部水變成外部液體從而進(jìn)行去除。表面吸附水和內(nèi)部水約占污泥中水分的10%，都可以采用人工加熱干化熱處理或焚燒法去除。
2 污泥的濃縮及脫水
濃縮主要是去除污泥中的間隙水，是城市污水處理后的第一步驟，也就是污泥處理系統(tǒng)的第一步驟。濃縮是減少污泥體積最經(jīng)濟(jì)有效的方法，但濃縮通常難以將污泥含水量降低到90%以下。
污泥濃縮的工藝通常有重力濃縮、機(jī)械濃縮、氣浮濃縮三種，其中，利用自然的重力作用分離污泥液的重力濃縮是使用最廣泛和最簡(jiǎn)便的濃縮方法。由于傳統(tǒng)的重力濃縮存在天生的缺陷，目前，對(duì)污泥的濃縮和機(jī)械脫水的研究得到關(guān)注，Mihoubi等研究得出了污泥機(jī)械脫水中濃縮、具體阻力和壓力之間的關(guān)系，吉圃圃對(duì)污泥的濃縮脫水一體化技術(shù)進(jìn)行了探討，席瑩本等闡述了濃縮脫水“一體化機(jī)”在污泥濃縮上的應(yīng)用，Raats等還研究了污泥的動(dòng)電脫水。
為了提高污泥濃縮脫水效率，在進(jìn)行污泥濃縮之前進(jìn)行污泥調(diào)理。污泥調(diào)理方法有洗滌（淘洗調(diào)節(jié)）、加藥（化學(xué)調(diào)節(jié)）、熱處理及冷凍熔融法。近年來(lái)，高分子混和劑在污泥濃縮中得到了廣泛的應(yīng)用，另外，F(xiàn)enton過(guò)氧化反應(yīng)可以提高污泥的脫水性和干燥性能，李丹陽(yáng)等介紹了超聲波技術(shù)在污泥預(yù)處理中的應(yīng)用。
污泥脫水包括自然干化和機(jī)械脫水。自然干化可以使污泥的含水率降低到65%，但這種方法需要大量的場(chǎng)地和勞動(dòng)力，而且受氣候條件的影響大。
機(jī)械脫水是污泥脫水的主要方向。目前大多數(shù)的污水處理廠采用機(jī)械進(jìn)行污泥脫水，其中以帶式壓濾機(jī)為主。通過(guò)帶式壓濾機(jī)脫水的泥餅含水率為75%左右。
3 城市污泥干燥方法
研究表明，經(jīng)傳統(tǒng)的濃縮和脫水工藝處理之后的污泥的含水率不可能達(dá)到60%以下如果要達(dá)到較為深度的脫水，就必須引進(jìn)各種污泥干燥技術(shù)。
3.1 熱干燥
目前，許多國(guó)家已在污泥處理中采用熱干燥技術(shù)。按照熱介質(zhì)是否與污泥相接觸，現(xiàn)行的污泥熱干燥技術(shù)可以分為三類：直接熱干燥技術(shù)、間接熱干燥技術(shù)和直接－間接聯(lián)合式干燥技術(shù)。
直接熱干燥技術(shù)又稱對(duì)流熱干燥技術(shù)。對(duì)流熱干燥是通過(guò)熱空氣從污泥表面去除水分。干燥的效率取決于如下兩個(gè)因素：空氣運(yùn)行條件（穩(wěn)點(diǎn)、相對(duì)濕度、速度）和污泥的自身結(jié)構(gòu)及特征。在操作過(guò)程中，熱介質(zhì)（熱空氣、燃?xì)饣蛘羝龋┡c污泥直接接觸，熱介質(zhì)低速流過(guò)污泥層，在此過(guò)程中吸收污泥中的水分，處理后的干污泥需與熱介質(zhì)進(jìn)行分離。排出的廢氣一部分通過(guò)熱量回收系統(tǒng)回到原系統(tǒng)中再用，剩余的部分經(jīng)無(wú)害化后排放。此技術(shù)熱傳輸效率及蒸發(fā)速率較高，可使污泥的含固率從25%提高至85%～95%.但由于與污泥直接接觸，熱介質(zhì)將受到污染，排出的廢水和水蒸氣須經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理后才能排放；同時(shí)，熱介質(zhì)與干污泥需加以分離，給操作和管理帶來(lái)一定的麻煩。閃蒸式干燥器（flashdryer）、轉(zhuǎn)筒式干燥器（rotarydryer）、帶式干燥器（beltdryer）、噴淋式干燥器（spraydryer）、螺環(huán)式干燥器（toroidaldryer）和多效蒸發(fā)器（multiple effect vaporattion）等都屬直接熱干燥裝置類型。
在間接熱干燥技術(shù)中，熱介質(zhì)并不直接與污泥相觸，而是通過(guò)熱交換器將熱傳遞給濕污泥，使污泥中的水分得以蒸發(fā)，因而熱介質(zhì)不僅僅限于氣體，也可用熱油等液體，同時(shí)熱介質(zhì)也不會(huì)受到污泥的污染，省卻了后續(xù)的熱介質(zhì)與干污泥分離的過(guò)程。過(guò)程中蒸發(fā)的水分到冷凝器中加以冷凝。熱介質(zhì)的一部分回到原系統(tǒng)中再用，以節(jié)約能源。由于間接傳熱，該技術(shù)的熱傳輸效率及蒸發(fā)速率均不如直接熱干燥技術(shù)，這種技術(shù)的操作設(shè)備有薄膜熱干燥器，圓盤式熱干燥器等。
直接－間接聯(lián)合式干燥系統(tǒng)則是對(duì)流-傳導(dǎo)技術(shù)的整合，如Vomm設(shè)計(jì)的高速薄膜干燥器，Sulzer開發(fā)的新型流化床干燥器以及Envirex推出的帶式干燥器就屬于這種類型。在所有提及的這些干燥器中，閃蒸式干燥器是目前應(yīng)用最廣的一種。
胡龍等對(duì)以機(jī)械脫水+熱干燥為主線的處理技術(shù)系統(tǒng)和以預(yù)干燥+焚燒工藝處理污泥的綜合熱干燥系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并得出…具有可行性。馬德剛等進(jìn)行了電場(chǎng)協(xié)同作用下污泥熱干燥的試驗(yàn)，結(jié)果表明，有電場(chǎng)時(shí)污泥的粘壁強(qiáng)度可降低到無(wú)電場(chǎng)時(shí)的1/16，且當(dāng)污泥含水率大于50%時(shí)其干燥速度較傳統(tǒng)方法有明顯的提高。
3.2 利用太陽(yáng)能干燥
目前，采用自然重力和機(jī)械脫水處理是我國(guó)污泥脫水處理的兩種主要方式。與這兩種方式相比，太陽(yáng)能干燥技術(shù)則具有節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能干燥污泥在國(guó)外有報(bào)道。在國(guó)內(nèi)，天津大學(xué)和天津市紀(jì)莊子污水處理廠聯(lián)合進(jìn)行了利用太陽(yáng)能干燥技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行脫水試驗(yàn)，以期為進(jìn)一步降低污泥脫水的運(yùn)行費(fèi)用以及節(jié)約能源找到新的方法。
鄭宗和等通過(guò)試驗(yàn)證明利用太陽(yáng)能污泥干燥技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理是一項(xiàng)可行的新技術(shù)。該技術(shù)使城市污水廠污泥脫水處理的進(jìn)一步節(jié)能成為可能。雷海燕等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究探索了利用混合型太陽(yáng)能干燥器干燥污泥的可行性及污泥的干燥特性。
另外，利用太陽(yáng)光和簡(jiǎn)單的輔助設(shè)備直接對(duì)污泥進(jìn)行干燥具有節(jié)能和低成本的優(yōu)點(diǎn)。丘錦榮等通過(guò)對(duì)利用塑料棚和日光對(duì)污泥和有機(jī)廢棄物進(jìn)行干燥的試驗(yàn)研究，初步設(shè)計(jì)出了可以達(dá)到高溫低濕的塑料棚，達(dá)到快速干燥污泥及其他有機(jī)物的目的。
3.3 微波加熱干燥
微波技術(shù)由于其的熱絕緣特性，廣泛應(yīng)用于科技領(lǐng)域的各個(gè)方面，微波加熱也被認(rèn)為是高溫分解有機(jī)物（如生物體，煤等）的一種可選方法。與傳統(tǒng)的干燥方法相比，微波加熱干燥污泥可以節(jié)約大量的時(shí)間和能量。
Menlendez等研究表明，假如用微波處理單獨(dú)的污泥，那么污泥只是起到干燥的作用；要是微波處理的污泥中參入少量的合適的微波吸收體，那么干燥的溫度可以達(dá)到900 ℃，此時(shí)對(duì)污泥起到的是分解作用而不是干燥作用。
Idris等利用微波加熱對(duì)含硅污泥干燥，得出了溫度升高和持續(xù)干燥過(guò)程在理論和試驗(yàn)上的一致性，并得出在較短干燥時(shí)間里產(chǎn)生較高干燥效率的污泥質(zhì)量和熱量比。
3.4 其他污泥干燥技術(shù)
通過(guò)種植植物對(duì)污泥的干燥：根據(jù)植物的本身對(duì)水分的吸收和蒸騰的特性，通過(guò)在污泥上直接種植一些特種植物，如玉米、芋等，使污泥本身的理化性質(zhì)發(fā)生改變，從而提高其干燥性能。MOUSSA等在污泥上種植多種不同植物的試驗(yàn)表明，植物可以改進(jìn)污泥的干燥特性。LIU等在城市污泥上種植玉米等植物的試驗(yàn)表明，污泥的含水率從85%降低到60%左右。植物在干燥污泥的同時(shí)可以收獲植物產(chǎn)品和使污泥穩(wěn)定化。
超聲波技術(shù)：超聲波脫水常見工藝為：城市污泥→重力沉降→超聲波處理→機(jī)械脫水。超聲波處理也可以看作是污泥機(jī)械脫水的預(yù)處理或者是污泥的調(diào)理。超聲波能有效的破壞菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，將其內(nèi)部包含水被釋放成為可以比較容易的去除的自由水。張光明等較為全面的介紹了超聲波技術(shù)在污泥脫水干燥中的應(yīng)用。
4 結(jié)論與研究展望
污泥干燥技術(shù)的不斷改進(jìn)，尤其是近年來(lái)的完善和發(fā)展，已使污泥干化后農(nóng)用、作為燃料使用、焚燒乃至減少填埋場(chǎng)地成為可能。
隨著科技的發(fā)展，將會(huì)有更多的新方法應(yīng)用于污泥干燥技術(shù)上，污泥干燥技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的完善與革新，這將直接推動(dòng)污泥處置手段的發(fā)展，拓展了污泥處置手段的選擇范圍，使之在安全性、可靠性、可持續(xù)性等方面得到越來(lái)越可靠的保證，最終使污泥能夠更有效地進(jìn)行資源化利用。
表1對(duì)目前應(yīng)用的各種污泥干燥方法的優(yōu)劣做了簡(jiǎn)單的比較。根據(jù)各種干燥方法所需要的外加能量和設(shè)備投資的多少進(jìn)行加權(quán)，最終估算出各種方法的應(yīng)用性價(jià)比。由表1可以看出，利用可再生的太陽(yáng)能和通過(guò)種植植物對(duì)污泥的干燥這兩種方法具有最高的性價(jià)比。
值得一提的是，利用可再生的太陽(yáng)能和通過(guò)種植植物對(duì)污泥的干燥方法，不但具有節(jié)能，操作方便，投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且充分利用了太陽(yáng)能和生物資源等可再生能源。考慮到環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展以及不斷嚴(yán)重化的能源危機(jī)問(wèn)題，預(yù)計(jì)這兩種方法將在未來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。
