由于市政污水处理量逐渐增加，产生的污泥也日益增多。市政污泥含水率高，这严重制约了污泥的输送和后续处置。目前，污水厂使用常规脱水设备处理污泥后，污泥含水率仍有80%左右，污泥减量化程度有限。因此，研发新型污泥深度脱水技术、进一步降低污泥含水率已成为行业追求目标。热干化技术是目前市场上污泥深度脱水的主流技术之一，但其存在燃料消耗大、运行成本高等问题，且在污泥热处理过程中会产生污染气体，对人体健康会产生很大影响。为减少燃料使用量并提高污泥脱水效率，研发出了污泥高压无热深度脱水干化技术，其设备由高压压榨装置和微风干化仓组成，高压压榨装置液压系统运行压力最高可达15MPa，能最大限度地挤压出污泥中的水分。微风干化仓对压榨完成后的污泥进行风干，不使用热源，避免了消耗燃料和产生污染气体，具有节能减排、安全环保等特点。

1、材料和方法

1.1 试验装置

污泥高压无热深度脱水干化装置如图1所示。高压压榨装置型号为MC075-YZ01，钢制材料，规格为1m×1m×3m，压榨面积为0.75m×0.75m；微风干化仓型号为MC30-WFC01，不锈钢制材料，规格为2m×6m×4m，半密封仓体，一侧带有风机，风速为0.3m/s，另一侧为通风口；滤布采用丙纶材质，织物经纱密度为11根/英寸（1英寸=0.0254m），纬纱密度为19根/英寸；液压油泵的系统压力为13~15MPa；输送机长为7m，带宽为1m。

1.2 试验原料和仪器

试验原料取自安徽省六安市某污水处理厂经絮凝叠螺脱水后的污泥，其性质如下：pH为7.21，含水率为80.41%，有机物含量为42.78%，COD为110.84mg/L。试验仪器主要包括电热恒温鼓风干燥箱、电子天平、pH计、马福炉等。

1.3  试验方法

1.3.1 污泥压榨试验

经滤布包裹后的污泥放入压榨平台，通过压榨机重压后，挤出污泥中的水分，以出泥含水率为指标，以液压系统运行压力、污泥摊铺总厚度、装置压榨时间为影响因素，选出各因素的较佳范围进行正交试验。表1为L（934）试验因素水平设计情况，每组试验重复三次，结果取平均值。

1.3.2 污泥干化试验

压榨结束后的污泥由输送机送至微风干化仓，污泥由进料口进入仓体，经过切板切片后落入下方行走传送带上，传送带不断向下输送，并利用风机实现对污泥的风干。设置污泥摊铺厚度为3cm，分别采用室内自然风干、室外自然风干、微风干化仓风干三种方式进行试验，其中室内自然风干、室外自然风干都采用相同规格（2m×6m×4m）的半密封式仓体进行试验，研究不同风干方式下出泥含水率变化情况。采用微风干化仓干化时，设置污泥摊铺厚度分别为3、5、10cm，研究不同摊铺厚度下出泥含水率变化情况。压榨试验和干化试验以及工程应用的出泥含水率都采用重量法测定。

2、结果与讨论

2.1 污泥压榨试验

2.1.1 液压系统运行压力对脱水性能的影响

将污泥摊铺总厚度控制在2cm、装置压榨时间控制在4h，考察液压系统运行压力对污泥压榨机出泥含水率的影响。结果表明，当液压系统运行压力分别为11、12、13、14、15MPa时，出泥含水率分别为60.11%、55.17%、48.37%、44.84%、45.53%。可以看出，增加液压系统运行压力会改变出泥含水率，当施加11~14MPa运行压力时，随着运行压力的增加，出泥含水率快速降低，之后将运行压力增加至15MPa，出泥含水率不再降低反而略有上升。出现这种现象可能是因为过高的压力使污泥孔隙比快速降低，部分污泥形成更加密实的泥饼，堵塞输水通道，使得脱水能力变差甚至阻止脱水。当液压系统运行压力在13~15MPa时，出泥含水率较低，污泥压榨效果较好。

2.1.2 污泥摊铺总厚度对脱水性能的影响

控制液压系统运行压力为14MPa、装置压榨时间为4h，分析不同污泥摊铺总厚度对出泥含水率的影响。结果表明，当污泥摊铺总厚度分别为1、2、3、4、5cm时，出泥含水率分别为45.34%、45.67%、46.70%、50.21%、55.47%。可以发现，污泥压榨机出泥含水率与污泥摊铺总厚度呈线性正相关。当厚度为1cm时，出泥含水率最低，继续增加厚度，出泥含水率缓慢增大，当厚度超过3cm后，出泥含水率增长速度变快且数值较大。推测原因是当厚度在3cm以上，在污泥压榨过程中，较厚的污泥厚度使污泥内部颗粒之间排水路径的连通性降低，曲折度增加，使脱水变困难。当污泥摊铺总厚度为1~3cm时，出泥含水率较低。

2.1.3 装置压榨时间对脱水性能的影响

保持液压系统运行压力为14MPa、污泥摊铺总厚度为2cm，分析压榨时间对出泥含水率的影响。结果表明，当压榨时间分别为1、2、3、4、5h时，出泥含水率分别为63.56%、57.21%、49.36%、44.43%、44.22%。可见，随着装置压榨时间的延长，出泥含水率呈现不断下降并且最后趋于稳定的现象。当装置压榨时间从4h提高到5h时，出泥含水率基本没有变化。这可能是随着装置压榨时间的增加，污泥颗粒被挤压致密，过滤阻力增大，导致脱水速度变慢。当装置压榨时间在3~5h时，出泥含水率较低。

2.2 正交试验结果极差分析

正交试验结果见表2，极差分析结果见表3。可知，在极差分析中，极差R越大，影响程度也越大，所以影响程度排序为：C>A>B，即装置压榨时间>液压系统运行压力>污泥摊铺总厚度。通过分析各参数因子k值发现，出泥含水率最小的压榨机运行参数组合为A2B1C3。但在污泥摊铺总厚度因素中，k1略低于k2，从生产效率和经济成本的角度来看，厚度为1cm会比2cm消耗更多的滤布，生产效率降低，成本增加，因此可认为污泥摊铺总厚度为2cm是该因子的最佳水平。在装置压榨时间因子中，k2略高于k3，从效率和能耗角度看，过长的压榨时间会减少污泥处理量并增加能耗，因此可以认为装置压榨时间为4h是该因子的最佳水平。综合考虑后，确定最佳组合为：A2B2C2，即液压系统运行压力为14MPa、污泥摊铺总厚度为2cm、装置压榨时间为4h。

2.3 污泥干化试验

2.3.1 不同风干方式下污泥干化试验结果

不同风干方式下出泥含水率的变化如图2所示。可以看出，三种不同风干方式下出泥含水率明显不同。在污泥摊铺厚度为3cm的条件下，微风干化仓的干化效果最好，出泥含水率从45%降低至40%用时约1h，降低至20%用时约8h。室外自然风干效果次之，出泥含水率降低至40%约3h，降低至20%约22h，由于试验在夏天进行，室外温度较高，通风条件好，室外自然风干效果也较好。室内自然风干效果较差，含水率下降速度缓慢，且在风干后期（20~25h）出现含水率上升情况，可能是因为室内通风差，相对湿度大，污泥出现返潮现象。综上可见，通风条件越好，污泥干化效果就越好，且微风干化仓的干化效果明显优于室内外自然风干效果，因此在实际工程中可选择使用微风干化仓进行污泥干化处理。

2.3.2 不同摊铺厚度下污泥干化试验结果

不同摊铺厚度下出泥含水率的变化如图3所示。

由图3可知，使用微风干化仓进行污泥干化时，不同摊铺厚度下出泥含水率具有明显差异。当污泥摊铺厚度为3cm时，干化效果最好，出泥含水率从45%降低至40%用时约1h，降低至20%用时约8h。当污泥摊铺厚度为10cm时，出泥含水率降低至40%左右用时约4.5h，30h后出泥含水率下降至32%左右，干化效果较差。当污泥摊铺厚度从3cm增加到10cm时，出泥含水率下降速度变慢，干化效果变差，可能是污泥厚度过高，污泥内部水分蒸发路径较长，使污泥风干速度降低。在实际应用中，选择污泥摊铺厚度为3cm即可。

2.4 工程应用

2.4.1 项目简介

以安徽省六安市某污水厂为例，该厂污水处理规模为6×104m3/d，日产污泥约30t（污泥含水率为80%），要求处理后污泥含水率降低至40％以下，然后进入垃圾发电厂焚烧发电。根据前期试验得到高压无热深度脱水干化技术最佳参数后，使用同一型号设备和配套系统对厂内污泥进行深度脱水干化。项目稳定运行一年后，经脱水干化的污泥含水率都稳定在40%以下，全过程在生产车间内完成，且自动连续运行。

2.4.2 工艺流程和主要设备参数

将初步脱水后的污泥输送至布泥机，布泥机将污泥均匀摊铺到装填平台，经滤布包裹后，由输送机送至高压无热深度脱水干化设备。主要设备包括4台有轴螺旋输送机，功率为5.5kW；2台无轴螺旋输送机，功率为7.5kW；2台布泥机，功率为3kW；2套装填平台，功率为2.25kW；8台高压压榨装置，单台高压压榨装置的污泥处理量为3762kg/d（污泥含水率为80%），液压系统运行压力为14MPa，污泥摊铺总厚度为2cm，装置压榨时间为4h，功率为0.75kW；1套微风干化仓，摊铺厚度为3cm，停留时间为1h，功率为10kW。

2.4.3 投资及运行成本计算

本工程投资成本主要由土建费、设备费和其他费用构成，总计约为2421万元。运行成本主要包括电力费、絮凝药剂费、人工费。整套设备运行时间为16h/d，电价按1元（/kW·h）计，总费用为1016元/d。絮凝药剂量为32kg/d，按单价25元/kg计，总费用为800元/d。人工费按6人次/d计，单价为280元/d，总费用为1680元/d。折算成1t含水率为80%的污泥，其电力费为33.9元/d，药剂费为26.7元/d，人工费为56.0元/d，直接运行成本为116.6元/d，相比热干化技术（运行成本>200元/d），本技术运行成本可降低40%以上。

3、结论

①以高压压榨装置出泥含水率为研究对象，采用单因素试验分析了出泥含水率随液压系统运行压力、污泥摊铺总厚度、装置压榨时间的变化趋势，并确定正交试验范围，最后通过正交试验得到压榨机运行参数影响程度大小和最优组合。正交试验结果表明，三者的影响程度排序为装置压榨时间>液压系统运行压力>污泥摊铺总厚度，三者最优组合如下：液压系统运行压力为14MPa，污泥摊铺总厚度为2cm，装置压榨时间为4h。采用微风干化仓对压榨后污泥进行风干，1h后出泥含水率可以从45%降至40%，有较好的实际应用价值，且微风干化仓污泥摊铺厚度为3cm时，干化效果最好。

②以安徽省六安市某污水处理厂工程应用为例，通过运行效果和经济效益分析，相比热干化技术，本工艺全程无热处理，运行成本降低40％以上，验证了污泥高压无热深度脱水干化技术处理市政污泥的可行性，并且该技术具有较好的经济效益和减排效果。