近年來，隨著我國城市化進程的加快及人口的增長，城市污水處理率逐年提高，污泥產量也急劇增加，對污泥的處理已經成為一個極大的問題，如何迅速恰當處置污泥迫在眉睫。污泥的成分非常復雜，除了含有大量水分外，還含有多種病原體、重金屬、難降解的有機物等有害物質，且伴有惡臭等特點。如果未經恰當處理去隨意排放污泥，則會直接給環境帶來二次污染，不但會降低城市污水處理廠處理系統的有效處理能力，而且會對人體健康及環境、資源構成嚴重威脅。一般情況下，處理污泥的成本是十分昂貴的，幾乎可以達到污水處理廠建設和運行費用的50%～60%，因此，污泥的處理面臨著極大的挑戰。

目前為止，我國對污泥處置處理的主要方法中，陸地填埋約占31%、污泥農用約占44.8%、其他處置約占10.5%、沒有處置的約占13.7%，雖然這些所謂的“處理”基本上都是在特定的條件下估算的，嚴格來說以上數字將會有很大變化，但卻側面證明我國對污泥處置處理處于嚴重滯后狀態。目前，雖然眾多學者對污泥脫水的理論及技術的研究都有較大的突破，但對于污泥脫水的實際操作還存在較大的技術性難題。

本文將從污泥的自身特性及主要脫水手段兩方面展開介紹，其目的也是為污泥脫水這一問題服務的。

1 自身特性

污泥是水處理過程中形成的以有機物為主要成分的泥狀物質，容易腐化發臭、顆粒較細、密度較小、含水率高且不易脫水，呈膠狀結構的親水性物質。污泥中有機質、N、P含量很高，重金屬含量也很高，同時還含有大量的病原微生物。

1.1 微觀結構

對污泥微觀結構的研究主要是應用掃描電鏡（SEM）進行的，掃描電鏡實驗具體步驟在本文不做介紹。

對于污泥的微觀結構，可使用SEM進行更加細微的觀察和分析，可觀察到大量細菌存在于污泥中，而球狀細菌是主要的細菌類群。除了微生物外，其它物質如胞外多聚物、有機質無機鹽等分散在細菌的周圍，與細菌、真菌等一起構成污水處理廠中肉眼可見的活性污泥。其中的細菌有球狀和桿狀，成群聚集在一起，且表面結構完整。污泥的絮體結構的形成經歷四個階段，即細菌增殖、絮狀體形成、絮狀體聚合和絮體結構形成。大量增殖的細菌逐漸附著于污泥顆粒上并形成菌膠團，污泥逐漸凝聚形成小的絮狀體，外觀上污泥的顏色由淺灰變為土黃色，小的絮狀體進一步凝聚形成較大且結構致密的絮體結構。對于生活污水處理廠污泥，在微生物類群中球狀菌占據主導地位。污水中污染物的降解與去除主要是由污泥中的微生物完成，更進一步來說，是由占據多數的各類細菌所完成的。

污泥脫水過程是一個動態變化的過程，每一個污泥脫水的階段，或者通過不同脫水手段對污泥進行脫水，污泥單個絮團的運動及絮團合并的過程有可能不同，水分的散失方式也可能不同，污泥的微觀結構變化也會有所不同。如何證明這一想法，還需進行進一步的研究。

1.2 水分分布

污泥在不同含水率時，水分分布的形式是不同的，且在脫水過程中，水分的存在形式也是不斷變化的。

實際上，早在1956年，有學者就提出將污泥中的水分成自由水和結合水2種。但這樣簡單的分類不利于對污泥脫水的進一步研究。

而后來的學者對污泥中的水分進行進一步研究，簡單來說，活性污泥中的水分主要可分為自由水和結合水兩大類。為了更換的理解污泥的水分分布，通常將污泥中的水分分為4種：

（1）自由水：與固體顆粒之間無作用力，通過簡單重力沉淀可實現固液分離。

（2）間隙水：絮體或生物體結構內部空隙中的水，當絮體或生物體結構被破壞時，空隙水可釋放出來。

（3）吸附水：與固體顆粒表面之間通過吸附或黏附結合的水。

（4）結合水：與固體顆粒表面通過化學鍵結合的水，結合水只能通過固體顆粒的熱化學破壞而得到釋放。

1.3 力學性能

力學性能對于污泥的處理具有重要意義，國外對于污泥填埋有詳細的參數指標要求，其中主要的是兩類重要參數：一是污泥力學性能（承載能力）參數指標；另一類為有機物含量指標。

目前，對土樣的力學性能研究較多，而對于污泥的力學性能研究較少，對污泥的填埋、存儲輸送等缺乏理論及實踐經驗的指導。因此，深入分析污泥的力學性能，建立污泥相關特性關系曲線，針對污泥的性質制定適宜的處理工藝，對污泥的處置具有重要意義。

饒賓期等采用土工試驗，對污泥的密度、含水率、孔隙比、壓縮系數等進行了實驗研究，為深入了解污泥的工程性質，解決污泥的填埋、儲存、輸送等提供參考依據。根據其實驗結果表明：

（1）污泥含水率明顯高于一般的土體。

（2）污泥初始孔隙比遠高于一般淤泥（e0＞1.5）和淤泥質土（1.5＞e0＞1.0）的孔隙比，具有高壓縮性，在某一壓力值（62.5～100KPa）會出現壓縮系數的極小值，污泥顆粒結構相對穩定。抗剪強度和垂直壓力的關系明顯分成兩部分，在垂直壓力大于某一壓力值時，污泥會出現超固結現象。

（3）結實污泥的抗剪強度、內聚力都明顯高于松散污泥。

用來表征污泥脫水性能的另一個很重要的力學指標就是污泥比阻，可通過污泥比阻測試測得。污泥比阻作為脫水性能評判標準不很明確。作為衡量污泥脫水性能的參數，污泥比阻對生產廢水污泥脫水性能的評判并沒有一個確定的標準，一般認為比阻小于1×10¹¹m/kg的污泥易于脫水，大于1×10¹¹m/kg的污泥難以脫水。

2 主要脫水手段

2.1 污泥自然干化法

污泥的自然干化是一種簡便經濟的脫水方法，但容易形成二次污染。它適合于有條件的中小規模的污水處理廠。污泥自然干化主要用到干化場地，干化場即是將污泥對方進行自然脫水的設施。干化場可分為自然濾層干化場與人工濾層干化場兩種，包括干化床式和砂濾床式。干化床式是利用太陽熱量和風的作用進行自然蒸發脫水，適用于給水污泥、排水污泥等。砂濾床式是依靠砂層過濾脫水以及利用太陽能和風進行自然蒸發脫水，適用于給水污泥、排水污泥，脫色廢水、洗毛廢水、電鍍廢水等處理后的污泥。

其脫水途徑為上部蒸發、底部滲透、中部放泄。自然干化法的影響因素包括自然條件（溫度、濕度、日照、蒸發量、風速等）和滲水層特征等。干化后污泥的含水率可降至65～75%。

2.2 污泥機械脫水法

一般的大中型污水處理廠均采用機械脫水。機械脫水的基本原理都是以過濾介質兩側的壓力差作為推動力，使污泥中的水分被強制通過過濾介質，形成濾液排出，而固體顆粒被截留在過濾介質上成為脫水后的濾餅，從而實現污泥脫水的目的。目前我國城市污水處理廠廣泛采用的方法是機械脫水，但機械手段對污泥的脫水程度有限（只能將污泥的含水率降至70%～80%）。

（1）真空過濾法

真空過濾法主要用于初沉池污泥和消化污泥的脫水，其特點是連續運行、操作平穩、處理量大、能實現過程操作自動化。缺點是脫水前必須經過預處理，附屬設備多、工序復雜、運行費用高、再生與清洗不充分，易堵塞。真空過濾脫水目前應用較少。

真空過濾機是一種利用真空脫水原理的固液分離設備。真空過濾機有轉筒式、燒繩式和轉盤式三種類型，真空過濾機的主要設計參數是過濾機的產率，即單位面積在單位時間產生的干固體重量。以轉盤式真空過濾機為例，過濾盤由調速電機通過減速器及開式齒輪傳動來驅動過濾盤，在裝滿料漿的槽體中以一定的轉速轉動。真空泵作用于過濾圓盤的某一濾扇處。在過濾吸附區，過濾介質兩側形成壓力差，使固體物料吸附在濾布上形成濾餅，而濾液則經濾液管及分配頭排出。當這一濾扇從料漿液位中脫離而進入脫水區后，真空的抽吸力使得濾餅中的水不斷與濾餅分離，進一步從濾液管及分配頭排出，濾餅得以干燥。在卸料區濾餅自濾盤上卸下，落入排料槽，由集料皮帶運走。整個作業過程連續不斷地重復進行。真空過濾機可用于經預處理后的初次沉淀污泥、化學污泥及消化污泥等的脫水。

（2）壓濾法

壓濾法與真空過濾法的基本理論相同，只是壓濾法推動力為正壓，而真空過濾法為負壓，常用的壓濾機械有板框壓濾機和帶式壓濾機。壓濾法適用于給水污泥和排水污泥等，由于構造復雜，實用例子也較少。

帶式壓濾機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規律排列的輥壓筒中呈S形經過，依靠濾帶本身的張力形式對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細水擠壓出來，獲得含固量較高的泥餅，從而實現污泥脫水。板框壓濾機工作時，靠壓力將一定數量的濾板加以固定，濾板表面包有濾布，當緊壓在一起時，就形成了一連串相鄰的泥室，泥水進入泥室后，在一定壓力的作用下，液體被擠出濾布流走，固體物則被濾布阻擋在泥室內，形成含水率很低的泥餅，達到脫水目的。

（3）離心法

離心就是利用離心機轉子高速旋轉產生的強大離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數和浮力密度的物質分離開。離心脫水機就是利用離心力作用將泥水分離的一種機械設備。

離心過濾機分為臥式和立式。離心脫水機主要由轉鼓和帶空心轉軸的螺旋輸送器、差速器等組成。污泥由空心轉軸送入轉筒后，在高速旋轉產生的離心力作用下，立即被甩入轉鼓腔內。污泥顆粒比重較大，因而產生的離心力也較大，被甩貼在轉鼓內壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內側產生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉鼓的錐端，經轉鼓周圍的出口連續排出，液體則由堰口溢流排至轉鼓外，匯集后排出脫水機，達到泥水分離的目的。

離心脫水中脫水的推動力是離心力，推動的對象是固相，離心力的大小可控制，比重力大幾百倍甚至幾萬倍，因此脫水的效果也比濃縮好。離心脫水機可連續操作，工作場所衛生條件好，占地面積小。同時，離心脫水機結構緊湊，體積小，分離效率高，處理量大，濾餅水分低，附屬設備少。大型離心脫水機內部磨損較快，而且耗電量大，噪聲大。離心脫水進泥含水率要求一般為95%～99.5%，出泥含水率一般為75%～80%。目前，離心脫水機在處理廠使用比例逐漸增大。

2.3 污泥熱干燥法

目前，許多國家已在污泥處理中采用熱干燥技術。按照熱介質是否與污泥相接觸，現行的污泥熱干燥技術可以分為三類：直接熱干燥技術、間接熱干燥技術和直接-間接聯合式干燥技術。

直接熱干燥技術又稱對流熱干燥技術。對流熱干燥是通過熱空氣從污泥表面去除水分。干燥的效率取決于如下兩個因素：空氣運行條件（穩點、相對濕度、速度）和污泥的自身結構及特征。在操作過程中，熱介質（熱空氣、燃氣或蒸汽等）與污泥直接接觸，熱介質低速流過污泥層，在此過程中吸收污泥中的水分，處理后的干污泥需與熱介質進行分離。排出的廢氣一部分通過熱量回收系統回到原系統中再用，剩余的部分經無害化后排放。此技術熱傳輸效率及蒸發速率較高，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，熱介質將受到污染，排出的廢水和水蒸氣須經過無害化處理后才能排放；同時，熱介質與干污泥需加以分離，給操作和管理帶來一定的麻煩。閃蒸式干燥器、轉筒式干燥器、帶式干燥器等都屬直接熱干燥裝置類型。

在間接熱干燥技術中，熱介質并不直接與污泥相觸，而是通過熱交換器將熱傳遞給濕污泥，使污泥中的水分得以蒸發，因而熱介質不僅僅限于氣體，也可用熱油等液體，同時熱介質也不會受到污泥的傳染，省卻了后續的熱介質與干污泥分離的過程。過程中蒸發的水分到冷凝器中加以冷凝。熱介質的一部分回到原系統中再用，以節約能源。由于間接傳熱，該技術的熱傳輸效率及蒸發速率均不如直接熱干燥技術，這種技術的操作設備有薄膜熱干燥器，圓盤式熱干燥器等。

直接-間接聯合式干燥技術則是對流-傳導技術的整合，如高速薄膜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用較廣的一種。

3 結論及展望

污泥的自身特性與污泥脫水息息相關，通過對污泥自身特性的研究，可以掌握污泥的相關特性，可為污泥如何脫水提供依據。對污泥的微觀結構、水分分布、力學特性的觀察分析，都是為以后污泥脫水提供一個可借鑒的基礎。本文還介紹了目前我國污水處理廠的主要脫水手段，但目前這些脫水手段還存在較大缺陷，比如：脫水程度有限，還不能滿足污泥更有效的處置。

污泥脫水已經成為污水治理及污泥處置的難題，污泥成為污水處理廠的重大負擔，如何對實現污泥的減量化是污泥處理的重點。目前已有學者對污泥脫水難的問題做了詳細的研究，污泥脫水理論和技術都取得較大的進展，也提出了一些新的脫水手段來代替現有的脫水手段，但如何將其研究成果應用到實踐中，還需要進行進一步的研究。