近年来，随着我国城市化进程的加快及人口的增长，城市污水处理率逐年提高，污泥产量也急剧增加，对污泥的处理已经成为一个极大的问题，如何迅速恰当处置污泥迫在眉睫。污泥的成分非常复杂，除了含有大量水分外，还含有多种病原体、重金属、难降解的有机物等有害物质，且伴有恶臭等特点。如果未经恰当处理去随意排放污泥，则会直接给环境带来二次污染，不但会降低城市污水处理厂处理系统的有效处理能力，而且会对人体健康及环境、资源构成严重威胁。一般情况下，处理污泥的成本是十分昂贵的，几乎可以达到污水处理厂建设和运行费用的50%～60%，因此，污泥的处理面临着极大的挑战。

目前为止，我国对污泥处置处理的主要方法中，陆地填埋约占31%、污泥农用约占44.8%、其他处置约占10.5%、没有处置的约占13.7%，虽然这些所谓的“处理”基本上都是在特定的条件下估算的，严格来说以上数字将会有很大变化，但却侧面证明我国对污泥处置处理处于严重滞后状态。目前，虽然众多学者对污泥脱水的理论及技术的研究都有较大的突破，但对于污泥脱水的实际操作还存在较大的技术性难题。

本文将从污泥的自身特性及主要脱水手段两方面展开介绍，其目的也是为污泥脱水这一问题服务的。

1 自身特性

污泥是水处理过程中形成的以有机物为主要成分的泥状物质，容易腐化发臭、颗粒较细、密度较小、含水率高且不易脱水，呈胶状结构的亲水性物质。污泥中有机质、N、P含量很高，重金属含量也很高，同时还含有大量的病原微生物。

1.1 微观结构

对污泥微观结构的研究主要是应用扫描电镜（SEM）进行的，扫描电镜实验具体步骤在本文不做介绍。

对于污泥的微观结构，可使用SEM进行更加细微的观察和分析，可观察到大量细菌存在于污泥中，而球状细菌是主要的细菌类群。除了微生物外，其它物质如胞外多聚物、有机质无机盐等分散在细菌的周围，与细菌、真菌等一起构成污水处理厂中肉眼可见的活性污泥。其中的细菌有球状和杆状，成群聚集在一起，且表面结构完整。污泥的絮体结构的形成经历四个阶段，即细菌增殖、絮状体形成、絮状体聚合和絮体结构形成。大量增殖的细菌逐渐附着于污泥颗粒上并形成菌胶团，污泥逐渐凝聚形成小的絮状体，外观上污泥的颜色由浅灰变为土黄色，小的絮状体进一步凝聚形成较大且结构致密的絮体结构。对于生活污水处理厂污泥，在微生物类群中球状菌占据主导地位。污水中污染物的降解与去除主要是由污泥中的微生物完成，更进一步来说，是由占据多数的各类细菌所完成的。

污泥脱水过程是一个动态变化的过程，每一个污泥脱水的阶段，或者通过不同脱水手段对污泥进行脱水，污泥单个絮团的运动及絮团合并的过程有可能不同，水分的散失方式也可能不同，污泥的微观结构变化也会有所不同。如何证明这一想法，还需进行进一步的研究。

1.2 水分分布

污泥在不同含水率时，水分分布的形式是不同的，且在脱水过程中，水分的存在形式也是不断变化的。

实际上，早在1956年，有学者就提出将污泥中的水分成自由水和结合水2种。但这样简单的分类不利于对污泥脱水的进一步研究。

而后来的学者对污泥中的水分进行进一步研究，简单来说，活性污泥中的水分主要可分为自由水和结合水两大类。为了更换的理解污泥的水分分布，通常将污泥中的水分分为4种：

（1）自由水：与固体颗粒之间无作用力，通过简单重力沉淀可实现固液分离。

（2）间隙水：絮体或生物体结构内部空隙中的水，当絮体或生物体结构被破坏时，空隙水可释放出来。

（3）吸附水：与固体颗粒表面之间通过吸附或黏附结合的水。

（4）结合水：与固体颗粒表面通过化学键结合的水，结合水只能通过固体颗粒的热化学破坏而得到释放。

1.3 力学性能

力学性能对于污泥的处理具有重要意义，国外对于污泥填埋有详细的参数指标要求，其中主要的是两类重要参数：一是污泥力学性能（承载能力）参数指标；另一类为有机物含量指标。

目前，对土样的力学性能研究较多，而对于污泥的力学性能研究较少，对污泥的填埋、存储输送等缺乏理论及实践经验的指导。因此，深入分析污泥的力学性能，建立污泥相关特性关系曲线，针对污泥的性质制定适宜的处理工艺，对污泥的处置具有重要意义。

饶宾期等采用土工试验，对污泥的密度、含水率、孔隙比、压缩系数等进行了实验研究，为深入了解污泥的工程性质，解决污泥的填埋、储存、输送等提供参考依据。根据其实验结果表明：

（1）污泥含水率明显高于一般的土体。

（2）污泥初始孔隙比远高于一般淤泥（e0＞1.5）和淤泥质土（1.5＞e0＞1.0）的孔隙比，具有高压缩性，在某一压力值（62.5～100KPa）会出现压缩系数的极小值，污泥颗粒结构相对稳定。抗剪强度和垂直压力的关系明显分成两部分，在垂直压力大于某一压力值时，污泥会出现超固结现象。

（3）结实污泥的抗剪强度、内聚力都明显高于松散污泥。

用来表征污泥脱水性能的另一个很重要的力学指标就是污泥比阻，可通过污泥比阻测试测得。污泥比阻作为脱水性能评判标准不很明确。作为衡量污泥脱水性能的参数，污泥比阻对生产废水污泥脱水性能的评判并没有一个确定的标准，一般认为比阻小于1×10¹¹m/kg的污泥易于脱水，大于1×10¹¹m/kg的污泥难以脱水。

2 主要脱水手段

2.1 污泥自然干化法

污泥的自然干化是一种简便经济的脱水方法，但容易形成二次污染。它适合于有条件的中小规模的污水处理厂。污泥自然干化主要用到干化场地，干化场即是将污泥对方进行自然脱水的设施。干化场可分为自然滤层干化场与人工滤层干化场两种，包括干化床式和砂滤床式。干化床式是利用太阳热量和风的作用进行自然蒸发脱水，适用于给水污泥、排水污泥等。砂滤床式是依靠砂层过滤脱水以及利用太阳能和风进行自然蒸发脱水，适用于给水污泥、排水污泥，脱色废水、洗毛废水、电镀废水等处理后的污泥。

其脱水途径为上部蒸发、底部渗透、中部放泄。自然干化法的影响因素包括自然条件（温度、湿度、日照、蒸发量、风速等）和渗水层特征等。干化后污泥的含水率可降至65～75%。

2.2 污泥机械脱水法

一般的大中型污水处理厂均采用机械脱水。机械脱水的基本原理都是以过滤介质两侧的压力差作为推动力，使污泥中的水分被强制通过过滤介质，形成滤液排出，而固体颗粒被截留在过滤介质上成为脱水后的滤饼，从而实现污泥脱水的目的。目前我国城市污水处理厂广泛采用的方法是机械脱水，但机械手段对污泥的脱水程度有限（只能将污泥的含水率降至70%～80%）。

（1）真空过滤法

真空过滤法主要用于初沉池污泥和消化污泥的脱水，其特点是连续运行、操作平稳、处理量大、能实现过程操作自动化。缺点是脱水前必须经过预处理，附属设备多、工序复杂、运行费用高、再生与清洗不充分，易堵塞。真空过滤脱水目前应用较少。

真空过滤机是一种利用真空脱水原理的固液分离设备。真空过滤机有转筒式、烧绳式和转盘式三种类型，真空过滤机的主要设计参数是过滤机的产率，即单位面积在单位时间产生的干固体重量。以转盘式真空过滤机为例，过滤盘由调速电机通过减速器及开式齿轮传动来驱动过滤盘，在装满料浆的槽体中以一定的转速转动。真空泵作用于过滤圆盘的某一滤扇处。在过滤吸附区，过滤介质两侧形成压力差，使固体物料吸附在滤布上形成滤饼，而滤液则经滤液管及分配头排出。当这一滤扇从料浆液位中脱离而进入脱水区后，真空的抽吸力使得滤饼中的水不断与滤饼分离，进一步从滤液管及分配头排出，滤饼得以干燥。在卸料区滤饼自滤盘上卸下，落入排料槽，由集料皮带运走。整个作业过程连续不断地重复进行。真空过滤机可用于经预处理后的初次沉淀污泥、化学污泥及消化污泥等的脱水。

（2）压滤法

压滤法与真空过滤法的基本理论相同，只是压滤法推动力为正压，而真空过滤法为负压，常用的压滤机械有板框压滤机和带式压滤机。压滤法适用于给水污泥和排水污泥等，由于构造复杂，实用例子也较少。

带式压滤机是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层，从一连串有规律排列的辊压筒中呈S形经过，依靠滤带本身的张力形式对污泥层的压榨和剪切力，把污泥层中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。板框压滤机工作时，靠压力将一定数量的滤板加以固定，滤板表面包有滤布，当紧压在一起时，就形成了一连串相邻的泥室，泥水进入泥室后，在一定压力的作用下，液体被挤出滤布流走，固体物则被滤布阻挡在泥室内，形成含水率很低的泥饼，达到脱水目的。

（3）离心法

离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。离心脱水机就是利用离心力作用将泥水分离的一种机械设备。

离心过滤机分为卧式和立式。离心脱水机主要由转鼓和带空心转轴的螺旋输送器、差速器等组成。污泥由空心转轴送入转筒后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩入转鼓腔内。污泥颗粒比重较大，因而产生的离心力也较大，被甩贴在转鼓内壁上，形成固体层；水密度小，离心力也小，只在固体层内侧产生液体层。固体层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下，被输送到转鼓的锥端，经转鼓周围的出口连续排出，液体则由堰口溢流排至转鼓外，汇集后排出脱水机，达到泥水分离的目的。

离心脱水中脱水的推动力是离心力，推动的对象是固相，离心力的大小可控制，比重力大几百倍甚至几万倍，因此脱水的效果也比浓缩好。离心脱水机可连续操作，工作场所卫生条件好，占地面积小。同时，离心脱水机结构紧凑，体积小，分离效率高，处理量大，滤饼水分低，附属设备少。大型离心脱水机内部磨损较快，而且耗电量大，噪声大。离心脱水进泥含水率要求一般为95%～99.5%，出泥含水率一般为75%～80%。目前，离心脱水机在处理厂使用比例逐渐增大。

2.3 污泥热干燥法

目前，许多国家已在污泥处理中采用热干燥技术。按照热介质是否与污泥相接触，现行的污泥热干燥技术可以分为三类：直接热干燥技术、间接热干燥技术和直接-间接联合式干燥技术。

直接热干燥技术又称对流热干燥技术。对流热干燥是通过热空气从污泥表面去除水分。干燥的效率取决于如下两个因素：空气运行条件（稳点、相对湿度、速度）和污泥的自身结构及特征。在操作过程中，热介质（热空气、燃气或蒸汽等）与污泥直接接触，热介质低速流过污泥层，在此过程中吸收污泥中的水分，处理后的干污泥需与热介质进行分离。排出的废气一部分通过热量回收系统回到原系统中再用，剩余的部分经无害化后排放。此技术热传输效率及蒸发速率较高，可使污泥的含固率从25%提高至85%～95%。但由于与污泥直接接触，热介质将受到污染，排出的废水和水蒸气须经过无害化处理后才能排放；同时，热介质与干污泥需加以分离，给操作和管理带来一定的麻烦。闪蒸式干燥器、转筒式干燥器、带式干燥器等都属直接热干燥装置类型。

在间接热干燥技术中，热介质并不直接与污泥相触，而是通过热交换器将热传递给湿污泥，使污泥中的水分得以蒸发，因而热介质不仅仅限于气体，也可用热油等液体，同时热介质也不会受到污泥的传染，省却了后续的热介质与干污泥分离的过程。过程中蒸发的水分到冷凝器中加以冷凝。热介质的一部分回到原系统中再用，以节约能源。由于间接传热，该技术的热传输效率及蒸发速率均不如直接热干燥技术，这种技术的操作设备有薄膜热干燥器，圆盘式热干燥器等。

直接-间接联合式干燥技术则是对流-传导技术的整合，如高速薄膜干燥器就属于这种类型。在所有提及的这些干燥器中，闪蒸式干燥器是目前应用较广的一种。

3 结论及展望

污泥的自身特性与污泥脱水息息相关，通过对污泥自身特性的研究，可以掌握污泥的相关特性，可为污泥如何脱水提供依据。对污泥的微观结构、水分分布、力学特性的观察分析，都是为以后污泥脱水提供一个可借鉴的基础。本文还介绍了目前我国污水处理厂的主要脱水手段，但目前这些脱水手段还存在较大缺陷，比如：脱水程度有限，还不能满足污泥更有效的处置。

污泥脱水已经成为污水治理及污泥处置的难题，污泥成为污水处理厂的重大负担，如何对实现污泥的减量化是污泥处理的重点。目前已有学者对污泥脱水难的问题做了详细的研究，污泥脱水理论和技术都取得较大的进展，也提出了一些新的脱水手段来代替现有的脱水手段，但如何将其研究成果应用到实践中，还需要进行进一步的研究。