污泥自然干化技术——脱水原理、设施的基本构造和工艺过程

1. 自然干化脱水原理

污泥的自然干化是一种历史悠久、简便易行的污泥脱水方法，其原理是利用自然力(如太阳能)去除污泥中的水分。

方式主要有污泥干化床或污泥塘、冰冻-解冻床和脱水礁湖。其中以污泥干化床最为常用，适用于小型污水厂。此外，国外近些年出现了一种通过种植芦苇等沼生植物来实现污泥干化的新方法，其优点是不需电能也不需化学物质，可视作一种可持续运转的人造生态系统，可使污泥固体含量由1%增加到40%，还可富集过量的重金属。但其缺点也较为突出，主要在于该法占地面积大并对地下水环境造成潜在威胁。

2.污泥自然干化设施的基本构造和工艺过程

(1) 干化床

传统的污泥自然干化一般均采取千化床的形式，利用该种方法干燥后的污泥含固率较高，可达25%~35%，但是其占地面积大、卫生条件差、铲运装卸劳动强度大因此适用于气候比较干燥、蒸发率相对较高、土地使用不紧张并且环境卫生条件允许的地区。千化床最初用于污水厂的生物污泥处理，而发展至今也用于水厂污泥脱水。

般来说，常规的干化床在下部一般铺一层砂，也可在砂下再加一层砾石，污泥进入干化床后，通常依靠蒸发、渗透和溢流这3种脱水机理来实现其水分的去除。其中蒸发是其最主要的脱水机理，用于去除渗透和溢流后剩余的污泥水分。蒸发效果取决于日照量与日照时间，因此干化场方式仅适合于日照强烈、蒸发率较高的千旱地区。在干化床中，污泥的自由水在重力的作用下从泥层中脱离，其中一部分自由水从底部渗入砂层，然后由收集系统汇集并排除，另一部分形成上清液层，通过溢流而去除。此外，降落于干化床的降水也同样由溢流管排出。

而在实际应用中的干化床的形式主要有以下几种：

1)太阳能干化床

太阳能干化床的中心有一层脱水砂层，底部设有垫层或由混凝土浇筑而成，垫层中可埋设风管，为抵御雨水冲袭可设保护层。整个底部为不透水的封闭设计，故仅有少量或根本没有渗透排水，污泥的千化依靠溢流和蒸发作用来完成。由于底部封闭，因此此类干化床亦无需设置排水暗渠，节省了建设和维护费用，其最大的特点是不需要换砂，从而降低了修护和清理成本。

2)由边墙、一层砂层或碎石层和地下排水管组成的千化床

此类千化床主要由边墙、一层砂层或碎石层和地下排水管构成，并根据具体情况考虑是否在顶部设绿化层。在蒸发、渗透和溢流3种脱水机理的基础上实现污泥干化。

3)楔入金属网间隔层的千化床

在该类千化床中设置有金属网间隔层，以便渗透液的排出。操作过程中，为了便于控制泥饼的形成过程和机械清泥，先用一层薄薄的水层将干化床淹没，再在其上注入液体污泥，使污泥处于水层之上。

(2)冰冻-解冻床

由于冰晶具有高度规则的结构，在没有外力作用时很难容纳其他原子、分子和杂质。因此生长过程中的冰晶在与污泥颗粒等原子、分子和杂质接触时，将会排挤这些物质，从而使所有水分子聚集、冻结在一起，同时也使这些原子、分子和杂质集合起来，进而将水和其他物质分离开来，此为冰冻-解冻方法的作用机理。

通过冰冻解冻和蒸发后，污泥颗粒粒径变大且依然能保持絮凝状态，即使经强烈搅拌后也不会破碎，污泥体积会下降而含固率上升，若再伴随有蒸发作用，则其体积的下降将超过70%，含固率可高达80%。通常，该法适合较寒冷的地带使用。

(3)脱水礁湖

脱水礁湖的污泥干燥原理与太阳能干化床如出一辙，构造也相似，同样具有溢流结构和排水暗渠。完全充满脱水礁湖所需的时间很长，一般长达3~12个月，因此其工作期也较长，到另一个礁湖被充满的这段时间之内均可对污泥进行脱水、干化，这就使其具有较高的污泥负荷水平，并可以削减峰值。

目前，一些寒带地区的水厂开始了利用冰冻-解冻原理来对脱水礁湖工艺进行改进的尝试。其中一项技术就是先将脱水礁湖中的表层水溢流排出，而将剩余的污泥置于冬季的空气中冰冻，从而去除其中的水分。另一项技术是在冬季时用泵将脱水礁湖中的一小部分污泥抽至干化床或池塘，使其结冰进而脱水。相比之下，第二种技术更易于使污泥完全冰冻，也可较好地保证对污泥脱水的实施效果。