城市污泥水热脱水处理的工业应用与研究进展

不仅如此，污泥水热脱水的工业化应用在减耗方面也有突出优势。WANG等设计出一套污泥水热处理耦合机械压滤系统，将之与传统热干处理以及电脱水处理相比可发现污泥水热脱水的能耗低于上述两种处理方法。

如图2所示，其中热干燥能耗区间底部为理论最小值，即水的气化潜热2257kJ/kg；热干燥能耗区间顶部为工业应用最大值，4320kJ/kg。ESCALA等也将污泥在205℃下水热处理并进行机械脱水处理以及能耗计算，得出污泥水热脱水处理要比直接机械脱水处理减少65%热能损耗与69%电能损耗。

GUAN等则研究了污泥分别在中性、酸性、碱性和CaCl2催化剂条件下的水热脱水能耗，发现CaCl2催化剂作用下污泥水热脱水处理能耗仅为185.1kJ/kg，比中性水热条件下的能耗低74%。同时，由于污泥的水热处理本身是一个放热过程，若将污泥在水热过程中所释放的热量以及反应结束后的污泥余热充分地回收利用，则能进一步降低污泥水热脱水过程中的能量输入。

从污泥的水热技术发展可以看出，水热处理能有效提高污泥的脱水性，尤其在污泥的减量化和减耗方面体现出较大优势，具有良好的发展前景。但相对于工艺的改进，污泥水热脱水的相关机理一直没有定论或者出现较多的矛盾结论。为了进一步优化水热处理工艺，对污泥水热脱水的影响因素与机理进行深入分析十分重要。

2影响因素与机理

2.1污泥水热处理的影响因素

污泥水热处理过程中，水热温度、反应时间以及pH等反应条件对污泥的脱水性能影响很大。对于水热温度而言，WANG等在120～210℃条件下对污泥进行水热处理，发现在120～150℃下污泥含水率的降低趋势不明显，而当水热温度高于150℃时，污泥含水率的降低程度增大，说明150℃是污泥在水热处理后脱水性能改善的一个临界温度点。

BOUGRIER等也在其研究中给出水热处理改善污泥脱水性能的临界温度点为150℃，这与GUAN等的研究结果相近。同时，SAVEYN等在150～240℃的区间下进行污泥水热处理，发现在195～240℃范围内污泥含水率降低的趋势趋于平缓，说明水热温度对污泥脱水性能的改善也具有一个上限值。因此，在对污泥进行水热处理时，在合适的温度范围（150～210℃）内，水热污泥的脱水性能随水热温度的增加而增加。

对于水解时间对污泥脱水性能的影响，WANG等研究了在10～90min水解时间下污泥的水热脱水效果，发现水热污泥含水率在10～30min区间内缓慢降低，而在30～60min区间内降低程度明显。

当水解时间超过60min后，污泥的深度脱水性能仅有微小的提高，说明依靠延长水热停留时间以改善污泥脱水性能的程度是有限的，这与其他研究者的结论相符。因此，在对污泥进行水热处理时，在合适的时间范围（30～60min）内，水热污泥的脱水性能随水解时间的增加而增加。

此外，通过调节pH来进行酸碱热水解也由于其简单有效性而受到越来越多的关注。陈嘉愉等指出，在碱性条件下适当提高污泥pH可以使胞外聚合物从污泥絮体表面脱离，释放束缚水从而提高污泥的脱水性；而邢弈等则认为在酸性条件下污泥脱水性能要优于中性条件与碱性条件下处理的污泥，在酸性条件（pH为3）下处理的污泥含水率与毛细吸水值（CST）均为最低值（60.8%和25.4s），这与DEVLIN等的结论相符。

HE等研究亦发现酸化处理可以使污泥中EPS发生水解，破坏污泥絮体结构，改变污泥中的水分分布以及减少污泥束缚水含量，从而提高污泥脱水性能。NEYENS等则分别研究了酸碱热水解对污泥脱水性的影响，发现酸热水解对污泥脱水性的改善效果要优于碱热水解，其含水率能从78%降至30%，而碱热水解仅能将污泥含水率降至54%。一般而言，在酸性pH为3～5条件下进行污泥酸水解能有效提高其脱水性能。

2.2污泥水分分布形态对其脱水的影响研究

大量研究发现，污泥脱水的效率与程度由污泥中水分的分布特性决定。污泥中水分分布根据其与固体颗粒间的结合力大小可分为4种形态，包括自由水、间隙水、表面吸附水和结合水，如图3所示。

其中自由水与间隙水是污泥水分的主要部分（占总水分的80%～90%），其受固体颗粒的影响较少，可通过沉降浓缩或机械力等方式进行脱除。相反，表面吸附水与结合水则由于其分子间结合力等作用，较难以机械力等形式脱除。

在污泥脱水干化过程中，一般只将水分简单分为自由水分与束缚水分，能被机械力脱除的水分称为自由水分，反之则为束缚水分。HERWIJN通过结合能的大小定义自由水分与束缚水分，认为当结合能小于1kJ/kg时的水分可归类为污泥中的自由水分。

表2列举了近年来关于污泥水热脱水的研究成果，从中可发现直接对污泥进行机械脱水一般只能将含水率降到70%～80%，但对污泥进行水热处理后能有效提高污泥脱水性，其机械脱水滤饼的含水率能降至20%～40%。

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